Ondes et Relativité
Serge Cabala
Aspects historiques des ondes et de la relativité.

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Chapitre V
Période 1887-1905
 
Paragraphe 2.
Le tube à vide.

Une révolution: le tube à rayons cathodiques.
    C'est l'appareil simple qui fit faire à la physique des progrès considérables dans ses conceptions de la matière et de l'électricité.
    Mais précisons-en la genèse.

Les oeufs électriques.
    On provoque, dès le dix-huitième siècle, des décharges électriques dans des ampoules contenant, sous forme raréfiée, une vapeur un gaz ou de l'air. Ce sont les oeufs électriques des cabinets de physique. On remarque déjà à cette époque, que dans un vide poussé, la force électrique ne provoque pas d'éclair, mais une illumination assez uniforme de tout l'oeuf.
    Ces oeufs électriques sont branchés aux bornes de machines électrostatiques, de bouteilles de Leyde, puis plus tard à d'autres sources électriques (grandes batteries de piles, bobines de Ruhmkorff). Ces oeufs prennent parfois d'autre formes, tubes, sphère etc...
 

Ci dessous trois oeufs électriques.
 
    Vers 1843 M. Abria s'aperçu que si le vide était très poussé (moins de un millimètre de mercure), on pouvait voir à l'intérieur de l'oeuf, une stratification du phénomène lumineux. (Voir oeuf central ci-dessus).
    L'étude de ce phénomène fut reprise en 1852 par M. Grove et M. Quet, lorsque furent construites les premières bobines de Ruhmkorff.

La bobine de Ruhmkorff.
     En 1851, d'après une idée de Masson, Ruhmkorff réalisa sous la forme d'une bobine, un premier transformateur très haute tension, alimenté par du courant haché provenant de piles. Ce transformateur fut nommé bobine de Ruhmkorff. Cette bobine eut un énorme succès dans les laboratoires jusque dans les années 1930 et même au-delà.
 

Bobine de Ruhmkorff des années 1851-1860
 
    La tension alternative obtenue aux bornes Pet P' de la bobine est toujours beaucoup plus élevée dans un sens que dans l'autre. Ce qui fait qu'on peut utiliser cette bobine comme une source haute tension de courant quasi-continu pour les tubes à vide. Selon les dimensions de la bobine, la tension de sortie varie de quelques milliers à plusieurs centaines de milliers de volts.
 
    On brancha naturellement les oeufs électriques aux bobines de Ruhmkorff, et on en étudia les effets qui étaient pour beaucoup déjà répertoriés. Dans l'oeuf électrique, ne règne qu'un vide assez incomplet, et qui souvent s'estompe avec le temps. De plus l'objet est assez volumineux, et sa forme est peu fantaisiste. La préparation des démonstrations est assez longue, car il faut à chaque fois refaire le vide, et les résultats ne sont pas toujours identiques.

Les tubes de Gessler.
    On remplaça donc ces oeufs électriques par des ampoules ou tubes en verre munis d'électrodes. Ces tubes scellés contenaient de l'air ou du gaz très raréfié. On leur donna des formes très variées.
    Heinrich Geissler (1815-1879) physicien allemand de Bonn, construisit une grande variété de ces tubes. Ils eurent une remarquable réputation à travers l'Europe.
    Il inventa en 1857 la pompe à mercure. C'est une pompe qui permet d'atteindre un vide inférieur à un dixième de millimètre de mercure. Cette invention facilita la construction en série de tubes identiques à pression résiduelle très faible (de quelques millimètres à quelques dixièmes de millimètres de mercure).
    Les tubes de Geissler, furent très admirés, car branchés sur une bobine de Ruhmkorff, ils produisent de puissants et variés effets lumineux. L'actuel tube au néon n'est qu'un tube de Geissler.
 

Voici quelques tubes de Geissler
 
 
 
 
Les expériences de Wilhlem Hittorf (1824-1914).
    Wilhlem Hittorf en accentuant le vide dans les tubes de Geissler s'aperçu en 1868 qu'ils étaient très résistants au passage du courant, et qu'ils ne donnaient, sous haute tension, qu'une faible lueur verdâtre face à la cathode.
    En 1869 Hittorf montra que les rayons issus de la cathode se propageaient en ligne droite. Pour ce faire il interposa sur leur trajet une croix métallique. L'ombre de l'obstacle qui se détache en sombre sur la paroi opposée à la cathode prouve la propagation rectiligne.
    Hittorf mit encore en évidence cette même année (1869), la déviation du rayonnement cathodique par un aimant.

    Le faisceau cathodique fut attribué aux gaz résiduels, et les scientifiques admirent que le vide devait être un parfait isolant électrique.
    (Les rayons cathodiques furent nommés ainsi par E. Wiedemann en 1883. )
    Gassiot et Hittorf firent des expériences, qui jusqu'en 1880 et au delà, semblaient confirmer cette hypothèse.

    Je décris ici l'expérience faite par Hittorf, car, comme en 1905 pour l'expérience deMichelson et Morlay, on en tira une conclusion incertaine.
 

 Expérience d'Hittorf sur la conductibilité du vide.
 
    Le grand tube en verre suspendu au-dessus de la bobine de Ruhmkorff a trois mètres de longueur. Dans ce tube règne un vide de deux millimètres de mercure. Les extrémités de ce tube sont reliées par des fils électriques aux sorties de la bobine.
    Dans le petit tube en verre sur le support à gauche de la bobine règne le vide le plus absolu possible à l'époque. Les deux extrémités du petit tube sont traversées par des fils de platine, dont les bouts, à l'intérieur, ne sont distants que d'un demi-millimètre. A l'extérieur, les fils de platine sont reliés par des fils électriques aux sorties de la bobine, comme pour le grand tube.
    Lorsque la bobine est actionnée, une longue lueur traverse le grand tube, mais aucune étincelle n'éclate entre les deux fils de platine du petit tube.
    On en conclut que la résistance électrique du petit tube, est beaucoup grande que celle du grand, et que la présence d'un milieu matériel pondérable est nécessaire au passage du courant électrique.
    Si l'on augmente la puissance de la bobine, une étincelle finit par jaillir dans le petit tube.
    L'explication de l'époque est que les gaz résiduels du petit tube, laissent tout de même passer un léger courant qui vaporise les fils de platine ce qui provoque l'étincelle.
    (Dans le petit tube existe en réalité entre les deux électrode un courant d'électrons qui ne provoque aucun effet sensible sous une tension moyenne, mais qui fait fondre l'anode sous une forte tension.)

Voir aussi plus bas, à propos de la découverte de l'électron, la distinction que l'on faisait entre courant de conduction et courant de convection.
 

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