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

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Chapitre V
Période 1887-1905
 
Paragraphe 4.
Les électrons.

    En 1897 Joseph John Thomson (1856-1940 physicien anglais, qui devint dès 1883 directeur du Cavendish Laboratory à Cambridge) en étudiant les déviations des rayons cathodiques par des champs électriques et magnétiques, détermine le rapport de la charge à la masse, des particules qui selon lui composent ces rayons.
    Puis en assimilant leur charge élémentaire à celle d'un ion monovalent, il estime leur masse, et trouve que ces particules sont très légères. Il les considère alors comme des atomes d'électricité négative.
    Il leur donna le nom d'électron. Ce nom était déjà utilisé en Angleterre pour désigner la charge électrique transportée par un ion monovalent. Il fut inventé en 1891 par George Johnstone STONEY (physicien astronome irlandais 1826-1911), comme contraction de électro-ion.
    Electron n'apparaît dans le dictionnaire français qu'à partir de 1902.
    Electron est un mot grec qui désigne l'ambre jaune, c'est l'origine étymologique d'électricité.
 

Tube de l'expérience de 1897 de J.J. Thomson.
Au champ électrique entre P et P', J.J. Thomson superpose un champ magnétique de même direction. Ce champ magnétique est créé par deux bobines dont les axes sont perpendiculaires aux plaques P et P'. Les bobines creuses, représentées ici en rouge et vert, sont extérieures au tube. Elles se placent sur les excroissances desquelles sortent les fils de P et P'.

    Peu après, en 1898-1899, J.J. Thomson effectue la première mesure directe de la charge des électrons, mesure améliorée ensuite par Millikan en 1913 et 1917.
    Il est à noter que déjà en 1881, J.J. Thomson avait supposé que les rayons cathodiques n'étaient que des grains d'électricité pure, sans masse réelle, s'opposant ainsi à William Crookes et à sa matière radiante.

    En 1895 Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928 physicien néerlandais) soutenait déjà l'hypothèse que des particules électriquement chargées circulent dans un corps conducteur et que les vibrations de ces mêmes particules produisent la lumière des corps incandescents. Il prédit en 1896 qu'une source lumineuse placée dans un fort champs magnétique devait présenter certaines modifications des rayons lumineux. Peu après, son ami et élève Pieter Zeeman (1865-1943), réalisa toujours en 1896 une expérience qui confirma la prédiction de Lorentz (effet Zeeman).
    Dés le résultat de 1897 de J.J. Thomson connu, Lorentz identifie les électrons à ses particules chargées et comprend que le courant électrique dans un fil métallique, n'est qu'une circulation d'électrons à l'intérieur de ce fil.

    C'est ainsi que le fluide électrique, que certains s'acharnèrent à faire disparaître, revint en force sous la forme de flux électronique.

    On faisait à l'époque une grande distinction entre les courants électriques de conduction, et les courants de convection. Un courant de conduction est tout simplement un courant électrique dans un fil métallique. Un courant de convection est formé de particules chargées qui se déplacent. Un plateau de verre électriquement chargé que l'on fait tourner, produit un courant de convection circulaire. Un bâton d'ambre frotté que l'on déplace forme aussi un courant de convection. Tout objet électriquement chargé produit en se déplaçant un courant de convection. Les ions qui circulent dans une électrolyse forment des courants de convection. On s'aperçoit que ces dénominations proviennent de celles employées pour la chaleur. Le transport de chaleur se fait par conduction (à travers une cloison), par convection (eau chaude qui circule d'une chaudière aux radiateurs), ou par rayonnement (chaleur du soleil). Le mot convection qui vient du latin convectum, transporter, n'apparaît dans le dictionnaire qu'à partir de 1890, ce qui en souligne la nouveauté. Ayant fait disparaître le fluide électrique peu avant, et voulant calquer l'électricité sur la thermodynamique, les énergétistes ont fait ces subtiles distinctions.
    Il ne manquait que le transport de l'électricité par rayonnement pour compléter l'analogie avec la chaleur.

    Avant que la distinction, convection, conduction, ne soit imposée, on s'était depuis longtemps demandé si les courants de convection produisaient les mêmes effets magnétiques que les courant de conduction. C'est Henry Augustus Rowland (1848-1901) qui montra en 1876 qu'un disque chargé d'électricité et en rotation rapide, produit effectivement un champs magnétique.

    Pour Crookes, les rayons cathodiques étaient un courant de convection. Dans son expérience citée plus haut, Hittorf voulait montrer que dans le vide il n'y avait aucun courant de conduction. Les décharges électriques dans les gaz étaient considérés comme des courants de conduction.

    Les courants d'électrons annihilent d'un seul coup ces distinctions stériles. Dans quelle catégorie classer ces jets de pure électricité que sont les rayons cathodiques?

    Comme Poincaré, on peut penser que la reconnaissance des électrons doit de nouveau permettre l'utilisation de l'expression "fluide électrique". Pas du tout, cette expression qui fut prohibée par les anti-atomistes reste toujours interdite, et on distingue encore aujourd'hui courant de convection et courant de conduction.
 

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