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Le tube de Crookes.
William Crookes (1832-1919) construisit dès
1876 des tubes en verre auxquels on donna son nom.
Qu'est-ce que le tube de Crookes ? C'est tout simplement
un tube de Geissler dans lequel le vide est toujours très poussé,
de un centième à moins de un millième de millimètre
de mercure pour les meilleurs, avec une cathode sous forme de disque plat
ou concave, et une ou plusieurs anodes.
Ces tubes sont encore appelés tubes à
cathode froide. Ils sont très semblables au tube d'oscilloscope,
mises à part les électrodes.
La différence de potentiel entre la cathode
négative et l'anode positive est élevée, généralement
plusieurs milliers de volts. Cette tension est obtenue à l'époque
à l'aide d'une bobine de Ruhmkorff , d'une machine électrostatique
ou d'une batterie de piles..
Après avoir réexaminé les découvertes
d'Hittorf, Crookes s'est beaucoup attaché à étudier
les actions calorifiques des rayons cathodiques. Le tube (4) des figures
ci-dessous, est un tube construit par Crookes, pour démontrer la
production de chaleur.
La violence des effets obtenus (ils peuvent même
percer le tube en verre) conduisit Crookes et certains scientifiques, à
attribuer aux rayons cathodiques une origine corpusculaire. Crookes affirma
en 1879 qu'il s'agissait d'un état ultra-gazeux de la matière,
son quatrième état.
William Crookes avait construit en 1876 un appareil
qu'il nomma radiomètre et qui passionna le monde scientifique. Un
radiomètre est une ampoule de verre vide qui contient un petit moulinet
qui tourne sous l'action de la lumière. Son fonctionnement, qui
fut trouvé en 1877, s'explique par l'action du gaz résiduel
de l'ampoule. Un surplus de vide arrête la rotation du moulinet,
tout comme un manque de vide. C'est par ce modèle, de molécules
pondérables qui peuvent faire de grands trajets en ligne droite
dans un vide poussé, que Crookes expliquait les rayons cathodiques.
Pour Crookes, dans cet état ultra-gazeux, qu'il appela état
radiant - terme emprunté à Faraday -, les molécules
qui entrent en contact avec la cathode se chargent d'électricité
négative, puis sont violemment repoussées en ligne droite
par cette même cathode. Elles heurtent la paroi face à la
cathode, puis viennent se décharger à l'anode. Selon Crookes,
ces mêmes molécules se chargent de moins d'électricité
positive que de négative, le faisceau le plus violent ne peut donc
être issu que de la cathode. En 1886 Goldstein ayant percé
la cathode comme une passoire, s'aperçu qu'un nouveau faisceau,
se produisait à l'arrière, on le baptisa rayon canal. Il
est moins puissant que le faisceau cathodique, et se trouve chargé
d'électricité positive. Cette découverte semblait
confirmer la théorie de Crookes.
(Les rayons canaux sont effectivement composés
de molécules chargées positivement. Mais si l'on accentue
encore le vide dans l'ampoule comme on le fera par la suite, les rayons
canaux diminuent, tandis que les rayons cathodiques restent.)
D'autres scientifiques, tels Hertz, Wiedemann, Tait,
pensaient que les rayons cathodiques étaient de nature ondulatoire.
Hertz avait cru établir expérimentalement que ces ondulations
ne transportaient aucune électricité, et qu'elles ne déviaient
pas une aiguille aimantée.
Les discussions sur la nature ondulatoire ou corpusculaire
des rayons cathodiques durèrent jusqu'en 1895, jusqu'à ce
que Jean Perrin eut prouvé, en utilisant le tube (3) ci-dessous,
que les rayons cathodiques étaient chargés d'électricité
négative.
L'exprérience de Jean Perrin en 1895 {tube
de Crookes (3)}
Le faisceau cathodique issu de N, lorsque
le faisceau n'est pas dévié, charge l'électroscope
d'électricité négative par l'intermédiaire
du tube ABCD. Si on dévie le faisceau à l'aide d'un
aimant de manière à ce qu'il ne pénètre plus
dans le tube anodique EFGH, on constate que l'électroscope
ne se charge pas. Le résultat de Perrin montrait que Hertz s'était
trompé dans ses expériences, ce qui renforça la théorie
corpusculaire des rayons cathodiques.
L'explication ondulatoire de Hertz sera reprise en 1924 sous une autre
forme par Louis de Broglie, en accompagnant chaque électron d'une
onde. Mais déjà en 1904, Lorentz pensait à une nature
ondulatoire de l'électron (voir plus bas les travaux de Lorentz).
