« La physique depuis vingt ans/Les grains d'électricité et la dynamique électromagnétique » : différence entre les versions
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p*v = R*T = (2/3)*N*w.
Connaissant e’/w, on peut déduire de là le produit (N*e’) du nombre d’Avogadro par la charge d’un ion dans le gaz conducteur et la valeur obtenue se confond, dans tous les cas bien étudiés jusqu’ici, avec celle du produit (N*e) du nombre d’Avogadro par la charge atomique. Le grain d’électricité est donc le même dans les gaz conducteurs et
'''Les émissions de particules électrisées.''' — Enfin, l’étude des circonstances multiples dans lesquelles la matière donne lieu à des émissions de charges électriques a permis de mettre en évidence partout cette même structure, le même grain, le même élément de charge que dans les deux cas précédents. Tout d’abord, on sait que, sous diverses influences, soit dans la décharge disruptive, soit sous l’action d’une radiation lumineuse ou ultraviolette, ou d’une élévation de température, les métaux peuvent émettre des charges négatives sous forme de rayons cathodiques. Lorsque ces émissions arrivent dans un gaz qu’elles chargent négativement, celui-ci prend, comme sous l’action des rayons de RÖNTGEN, la propriété de condenser facilement la vapeur d’eau et l’expérience donne, pour la charge d’une goutte, toujours un multiple entier simple du même élément. La méthode de M. TOWNSEND, appliquée aux gaz chargés négativement par des rayons cathodiques, montre encore que ces rayons sont formés de particules de charge égale à celle d’un ion négatif monovalent dans l’électrolyse. Nous verrons plus loin comment l’application aux rayons cathodiques des lois générales de l’électromagnétisme a permis d’évaluer non seulement la charge, mais encore la masse de ces particules. Elles sont, par leur masse, incomparablement plus petites que les atonies et toujours identiques à elles-mêmes, quelle que soit leur origine : nous les appellerons corpuscules ou électrons négatifs. Ces corpuscules cathodiques nous apparaissent comme un des constituants essentiels communs à tous les atomes matériels : non seulement il est possible d’en faire sortir de toute matière dans des circonstances très variées et en particulier par décharge disruptive ou par incandescence, mais encore l’étude du rayonnement émis par la matière vient confirmer, sans qu’il soit besoin de les en faire sortir, la présence des corpuscules cathodiques comme constituants de tous les atomes matériels. La méthode de numération directe des particules émises par les corps radioactifs, méthode toute différente de celles qui précèdent et en quelque sorte complémentaire puisqu’elle atteint directement N au lieu d’atteindre e, conduit à ce résultat que les particules positives dont se composent les rayons alpha portent chacune une charge double de la charge atomique. D’autre part, l’application des mesures électromagnétiques permettant de calculer leur masse les montre identiques à des atomes d’hélium chargés positivement, sans doute parce qu’ils ont perdu deux des électrons négatifs qui ont partie de leur structure normale.
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V = 1/(sqrt(K(0)*mu(0))),
Cette expression est égale, d’ailleurs, au rapport des unités électro-magnétique et électrostatique de quantité d’électricité, que la comparaison expérimentale de ces unités montre égale à la vitesse de la lumière. Il résulte de la combinaison de nos deux relations qu’une perturbation électromagnétique se propageant librement loin de toute matière dans une direction déterminée, avec la vitesse de la lumière, correspond à la production dans le milieu où elle passe d’un champ électrique et d’un champ magnétique perpendiculaires l’un à l’autre et perpendiculaires tous deux à la direction de propagation, c’est à dire transversaux par rapport à celle-ci. De plus, ces deux champs ont des intensités telles qu’ils représentent tous deux, au même point, la même énergie par unité de volume. Cette transversalité des ondes électromagnétiques explique immédiatement la transversalité des ondes lumineuses dont la découverte restera l’un des plus beaux titres de gloire de FRESNEL. Le développement ultérieur de la théorie de MAXWELL a permis de traduire en langage électromagnétique toute l’œuvre de FRESNEL, de la compléter et de supprimer les obscurités qui pouvaient y rester. Mais la théorie de MAXWELL sous sa forme primitive, en dehors du fait déjà signalé qu’elle ne rend pas compte de la dispersion ni des lois de la propagation dans les corps en mouvement, était obligée de se limiter, comme l’œuvre de FRESNEL elle-même, à l’étude de la propagation des ondes et laissait dans l’ombre la manière dont les ondes sont émises ou absorbées. Elle sait seulement que la matière est nécessaire pour cette émission et cette absorption, pour produire ou faire disparaitre les ondes que l’éther transmet. De manière plus générale, la théorie de MAXWELL ne nous renseigne pas sur le lien qui unit la matière à l’éther, et cette ignorance y est fondamentale. Elle commence avec les phénomènes statiques : nous voyons bien le champ créé par un corps électrisé autour de lui dans l’éther ; nous voyous les lignes de force qui partent de ce corps ou y aboutissent suivant le signe de sa charge. Mais nous ne savons rien, dans cette théorie, sur sur les points d’attache, sur les extrémités par lesquelles ces lignes de force sont liées à la matière. De même, pour les courants, nous voyons les lignes de force du champ magnétique entourer un conducteur où passe le courant, nous voyons avec POYNTING le flux d’énergie circuler
'''Les phénomènes statiques.''' — L’étude des émissions de charges électriques par la matière montre qu’il est possible d’extraire de celle-ci des électrons négatifs plus petits que les atomes, mais que les centres positifs sont toujours de l’ordre de grandeur des atomes ou des molécules. Il est vraisemblable que les édifices atomiques ou moléculaires ne peuvent s’électriser que par échange d’électrons négatifs, positivement quand l’édifice a perdu, et négativement quand il porte en excès quelques-uns de ces électrons, en nombre généralement très petit et égal à la valence de l’ion positif ou négatif ainsi constitué. Nous sommes ainsi conduits à admettre que les atomes, à l’état normal électriquement neutre, contiennent un nombre déterminé de corpuscules cathodiques. L’étude de l’absorption des rayons de RÖNTGEN pénétrants donne des raisons de penser que ce nombre est proportionnel ou peut-être même égal à la masse atomique correspondante, celle de l’atome d’hydrogène étant prise comme unité. Un fragment de matière est électrisé positivement quand il a émis quelques-uns des électrons qu’il contient à l’état normal et négativement quand il a reçu quelques électrons supplémentaires. Nous ignorons actuellement quelle peut être la structure des charges positives intérieures à l’atome : nous savons seulement que chaque atonie en con-tient une quantité équivalente à la charge totale des électrons négatifs qu’il renferme à l’état normal, c’est à dire un multiple entier de la charge atomique. Autrement dit, les lignes de force électriques présentes dans l’éther se terminent sur des électrons négatifs qui peuvent être libres ou engagée dans l’édifice atomique ; ces lignes de force partent des régions positives mal connues intérieures aux atomes. Tant que tous les atomes sont électrique ment neutres, que chacun renferme son nombre normal d’électrons, chaque ligne de force reste limitée à l’atome qui contient ses deux extrémités. Si un électron quitte son édifice atomique, il tend dans l’espace intermédiaire les lignes de force dont il porte l’extrémité et qui partent de l’atome chargé positivement pour aboutir à distance sur l’électron ou les électrons négatifs perdus par l’atome, que ces électrons soient libres ou engagés dans un autre édifice atomique où ils sont en excès et qui se trouve ainsi chargé négativement. Chaque particule chargée, électron ou ion, est ainsi entourée d’une chevelure de lignes de force électriques tendues
'''Le centre électrisé en mouvement.''' — Tant qu’un centre électrisé reste immobile par rapport à l’éther, le champ électrique qui l’entoure reste invariable en tout point du milieu et, par conséquent, aucun champ magnétique n’est produit. Si, au contraire, un centre électrisé O de charge e est en mouvement (nous supposerons tout d’abord ce mouvement rectiligne et uniforme), le champ électrique qu’il produit en un point fixe du milieu tel que A varie avec le temps, augmente quand le centre électrisé s’approche, passe par un maximum quand le centre passe par le pied de la perpendiculaire abaissée du point A sur la trajectoire, puis diminue quand le centre s’éloigne. En même temps, sa direction change puisqu’elle est déterminée à chaque instant par la droite qui joint au point fixe A la position actuelle O du centre. Nous verrons que la chevelure de lignes de force électrique reste distribuée radialement et uniformément dans toutes les directions. pendant le mouvement uniforme comme au repos, tant que la vitesse du centre reste assez petite par rapport à la vitesse de la lumière, tant qu’elle ne dépasse pas quelques milliers de kilomètres par seconde. Le centre en mouvement uniforme emporte avec lui celte chevelure radiale. La variation en fonction du temps qui résulte de ce mouvement pour le champ électrique en tout point tel que A fixe dans l’éther, implique, nous l’avons vu, la production d’un champ magnétique, d’après la loi du courant de déplacement de MAXWELL. Le centre électrisé en mouvement va donc s’entourer d’un champ magnétique distribué en lignes de force circulaire tournant autour de la direction du mouvement. Pour obtenir la loi de distribution de ce champ, il suffit d’appliquer la loi du courant de déplacement de MAXWELL, au contour formé par une de ces lignes de force, en tout point de laquelle le champ magnétique a une même valeur H par raison de symétrie. Le résultat obtenu est le suivant : le champ magnétique au point A est perpendiculaire au plan qui passe par ce point, par la position actuelle O de la particule électrisée et par la direction de la vitesse ; il a pour valeur
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'''L’induction mutuelle.''' — Examinons maintenant quelques conséquences des résultats précédents. Ils contiennent tout d’abord l’explication des phénomènes d’induction mutuelle et de self-induction. Nous avons compris ce qui se passe dans une dynamo génératrice de courant, nous allons comprendre maintenant ce qui se passe dans un transformateur ou dans une bobine de RUHMKORFF, c’est à dire les phénomènes d’induction produits dans un circuit par les variations du courant qui passe dans un circuit voisin. Supposons placés, l’un à côté de l’autre, deux fils parallèles qui sont, par exemple, deux spires voisines d’un transformateur, l’une appartenant au circuit inducteur, l’autre au circuit induit. Le passage du courant inducteur correspond à une circulation dans le premier fil des particules électrisées libres auxquelles il doit sa conductibilité. La vitesse de ces particules dans la direction du fil est proportionnelle à l’intensité du courant, de sorte que toute variation de cette intensité correspond à une variation de vitesse, à une accélération subie par les particules. Il en résulte, au moment où l’intensité du courant inducteur varie, l’émission à partir du fil d’ondes d’accélération se propageant à distance par superposition des ondes émises individuellement par toutes les particules. On voit facilement qu’en un point voisin du fil cette superposition des ondes d’accélération donnera lieu, d’après les résultats indiqués plus haut, à un champ électrique parallèle au fil et dirigé en sens inverse si l’intensité augmente, ou dans le sens du courant si l’intensité diminue. Si le point considéré se trouve à l’intérieur d’un fil voisin appartenant au circuit induit, le champ électrique ainsi créé tendra à produire un courant et correspondra à l’existence d’une force électro-motrice induite, de sens opposé au courant inducteur, si celui-ci augmente, et dans le même sens que lui, s’il diminue. Lorsque le circuit induit est ouvert, cette force électromotrice se traduit par l’apparition d’une différence de potentiel entre ses extrémités, due à l’accumulation des charges déplacées par le champ électrique de l’onde, jusqu’à ce que résulte de cette accumulation un champ électrostatique équilibrant eu chaque point le champ électrique induit. Au contraire, le circuit induit étant fermé, un courant s’y produit dans le sens de la force électromotrice, et l’énergie qu’il représente est empruntée au circuit inducteur par une réaction sur lui du circuit induit, selon le mécanisme qu’on vient d’analyser. En effet, la production du courant induit implique une accélération des particules correspondantes et, par suite, l’émission par celles-ci d’ondes qui créent dans le circuit inducteur un champ électrique induit de sens opposé au courant inducteur. De là une force contre-électromotrice, réaction du circuit induit sur le circuit inducteur par l’intermédiaire de laquelle est empruntée au circuit inducteur l’énergie électrique utilisée dans le circuit induit.
'''Self-induction.''' — Les phénomènes d’induction d’un courant sur lui-même s’expliquent de la mème manière. Si le courant augmente les ondes d’accélération qui en résultent se totalisent dans ce circuit lui-même, comme à son extérieur, et y produisent un champ électrique de sens opposé au courant par l’intermédiaire duquel est empruntée, à la source électromotrice qui produit le courant, l’énergie nécessaire à l’accroissement du champ magnétique entourant le circuit. Quand le courant diminue, les accélérations des particules positives étant en sens opposé au courant, les ondes rayonnées produisent
'''Ondes hertziennes.''' — Nous venons de voir que, par suite de l’accélération qu’une variation de courant dans un conducteur implique dans le mouvement des particules électrisées, cette variation s’accompagne de l’émission d’ondes qui se propagent à distance avec la vitesse de la lumière. Leur superposition donne les ondes hertziennes, émises effectivement toutes les fois qu’un circuit est le siège de courants variables et dont la production vient déjà de nous donner l’interprétation des phénomènes d’induction mutuelle et de self-induction. On voit immédiatement que ces ondes émises à distance seront particulièrement intenses, pour une même variation du courant, si le champ électrique a la même direction dans toutes les ondes d’accélération qui se superposent, c’est-à-dire si tous les éléments du circuit sont parallèles entre eux, si toutes les accélérations des particules sont parallèles entre elles ; d’où l’emploi d’antennes rectilignes, où circulent des courants rapidement variables, pour obtenir l’émission d’ondes hertziennes intenses. Ces ondes, rencontrant à distance une antenne réceptrice, parallèle au champ électrique qu’elles contiennent, produisent dans celle-ci un courant qui sert à déceler leur passage. Ce courant, véritable courant induit, ne diffère de celui que le circuit primaire d’un transformateur produit dans le secondaire, immédiatement voisin, que par un retard plus grand, correspondant au temps nécessaire à l’onde d’accélération pour franchir avec la vitesse de la lumière la distance qui sépare l’antenne inductrice de l’antenne induite. L’intensité du phénomène induit diminue quand la distance augmente, exactement suivant la loi inverse de la distance que les formules, données plus haut, permettent de prévoir. Également, les réactions mutuelles des deux circuits, qui jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement du transformateur, cessent d’intervenir dans la transmission hertzienne, où la question du rendement énergétique, que ces réactions dominent, n’a aucune importance. En dehors de ces nuances, le fond des phénomènes est exactement le même : l’excitation d’une antenne réceptrice par l’antenne d’émission n’est qu’un phénomène d’induction mutuelle différé et les ondes d’accélération jouent le même rôle dans un cas que dans l’autre.
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