Publication : Laboratoire d'essais

- - RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
  - LABORATOIRE D’ESSAIS
  - LABORATOIRE D’ESSAIS
  - BULLETIN
  - DU J
  - LABORATOIRE D’ESSAIS
  - 1944 - N° 3
  - PUBLICATION N° 80
  - (Doir le sommaire au verso)
- Page de titre n.n. - vue 1/16
- - SOMMAIRE
  - J. GILLOD. — Contribution à la solution spectrophotométrique du problème de la mesure de la couleur (suite)
  - Notes & Informations. — L’échelle internationale des
  - températures (un du soufre)
  - nouveau
  - thermostat au point d’ébullition
  - 3 A /
  - : -
  - 2
  - page 21
  - » 31
- p.n.n. - vue 2/16
- - BULLETIN nuLABORATOIRE rESSAS-
  - DU CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS & METIERS
  - KssBCBBgHWBBiKKænwiMcssaEBKaMæaBssæsBosæsrMEzaæsæBsasKîæîjBiEsnHœftisK^^
  - CONTRIBUTION A LA SOLUTION
  - SPECTROPHOTOMÉTRIQUE DU
  - PROBLÈME DE LA MESURE DES COULEURS
  - CHAPJTRE II
  - ÉTUDE D’UN NOUVEAU TYPE DE
  - CELLULE PHOTOÉMISSIVE A VIDE
  - Les cellules photoémissives à vide du commerce ne donnent pas des courants photoélectriques rigoureusement proportionnels aux flux lumineux reçus par la cathode. Pour la plupart, l’écart de proportionnalité dépasse un pour cent lorsque les flux incidents varient dans le rapport de 1 à 10 (30). Aussi n’est-il pas possible d’utiliser ces cellules dans -les méthodes de simple déviation pour des mesures photométriques précises. Pour les autres types de cellule la proportionnalité est encore beaucoup moins bien assurée.
  - Cette non-proportionnalité qui semble en contradiction avec les lois bien établies de l’émission photoélectrique (31) est due surtout aux tensions anodiques élevées (de l’ordre de 30 à 200 volts) nécessaires pour atteindre la saturation et à la faible surface des anodes utilisées (le plus souvent filiformes). Il en résulte une charge d’espace au voisinage de l’anode dont l’effet est sensible (31), un courant d’obscurité gênant, une ionisation appréciable des gaz restant dans l’ampoule, le courant d’ionisation se superposant au courant photoélectrique proprement dit, et une distorsion du champ électrique entre anode et cathode due aux charges parasites sur l’ampoule et qui agissent par influence électrostatique.
  - G.-A. Boutry a pensé réduire ou supprimer ces causes de non-proportionnalité en modifiant la forme habituelle de l’anode et la disposition de celle-ci par rapport à la cathode (33). Nous avons soumis ces cellules au contrôle de l’expérience (34). Nous décrirons ces expériences et les résultats obtenus.
  - Le nouveau type de cellule a déjà été décrit en détail dans diverses publications (33 et 34). Rappelons brièvement que la cathode est un disque plan d’argent pur oxydé superficiellement et recouvert d’une couche mince de césium. Son diamètre est d’environ 1 cm. Elle est entourée d’un anneau de garde de même matière situé dans le même plan et d’environ 1 cm de largeur. L’anode est formée d’un réseau de fils fins (de 18 p. de diamètre) tendus dans un plan parallèle à celui de la cathode à environ 2 mm de celle-ci. L’anneau de garde peut être relié métalliquement à l’anode, ou bien à la cathode, ou rester isolé. L’ensemble est à l’intérieur d’une ampoule de 12 cm de diamètre en pyrex. Les sorties d’électrodes sont parfaitement isolées grâce à de longs pieds de verre. La lumière passe à travers la grille anodique avant de tomber sur la cathode.
  - Il est à prévoir que l’anode peut capter la totalité des electrons émis par la cathode dès que la différence de potentiel anode-cathode est suffisante pour compenser la différence de potentiel théorique de contact de Volta entre
  - anode et cathode. Or, cette différence de potentiel ne peut être que très faible, de l’ordre de quelques volts seulemnt. De plus, l’ensemble anode-cathode forme écran électrostatique, ce qui doit annuler l’influence des charges parasites des parois de l’ampoule.
  - 1. — Obtention d’un flux lumineux constant — Méthode d’addition des flux lumineux
  - 1° Obtention d'un flux constant.
  - Nous avons utilisé une lampe à ruban de tungstène dans le vide, alimentée par un courant continu d’environ 10 à 12 ampères. Le courant était fourni par une batterie d’accumulateurs au plomb de grande capacité (360 ampères-heure).
  - Une détermination préalable, faite à l’aide d’un pyro-mètre RIBAUD, des températures de brillance spectrale (pour X == 0,660 p.) en fonction des intensités et des puissances consommées dans le ruban de tungstène, a permis en utilisant pour cela les données de Forsythe et Worthing (33) de connaître, en fonction de ces mêmes variables, les brillances pour X == 0,660 y..
  - Il en résulte qu’au voisinage de 12 ampères, une variation relative de 1/1000 de l’intensité du courant produit une variation de près de 7/1000 pour la brillance. Par suite, si l’on désire maintenir le flux lumineux constant pendant une série de mesures, à 1/10000 près, le courant d’alimentation ne doit pas varier de plus de 1/70000 de sa valeur, en supposant de plus que la résistance reste constante.
  - Nous avons procédé ainsi. Dans tout le circuit, les contacts étaient très soignés. Les fils d’amenée du courant étaient soudés sur le culot de la lampe. Le courant passait dans une résistance étalon de 0,1 00 en série avec la lampe. On procédait à un double contrôle potentiométrique. D’une part, on mesurait la tension aux bornes d’une résistance étalon, d’autre part aux bornes de la lampe. Pendant une série de mesures, cette dernière tension restait pratiquement constante si l’intensité de courant était maintenue constante. Quant à celle-ci, le potentiomètre mettait en évidence une diminution lente et continue due à la décharge des accumulateurs.
  - Pour y remédier, un aide de laboratoire maintenait constamment au zéro le galvanomètre du potentiomètre par la manœuvre d’un rhéostat. Après avoir attendu que l’équilibre thermique s’établisse entre la lampe et l’extérieur, on parvenait à maintenir constante l’intensité du courant à moins de 1/50000 près pendant une série de mesures.
  - B. 3.
- p.21 - vue 3/16
- - 1 to
  - 1
  - 2° Méthode D’ADDITION DE flux lumineux
  - Pour vérifier que les cellules photoélectriques sont bien proportionnelles, il est nécessaire de savoir réaliser des flux lumineux dont le rapport soit connu avec une précision au moins égale à celle de la vérification qu’on se propose. ’
  - Plusieurs méthodes ont été mises en œuvre pour aboutir à ce résultat. Citons entre autres celles de Preston et Mc Dermott (30) et de Fleury (35).
  - Nous avons utilisé une méthode différente. Le flux lumineux était fourni par une lampe à ruban de tungstène et maintenu constant ainsi que nous l’avons dit. Un bon objectif L1 donnait une image correcte de la partie centrale du ruban sur un diaphragme D1 (fig. 12).
  - Un objectif L2 de grand diamètre, couvert par le faisceau, projetait sur la cathode de la cellule une très bonne image de l’ouverture du diaphragme D. Contre l’objectif L2 se trouvait un écran D2 formé d’un disque opaque percé de plusieurs ouvertures circulaires identiques, régulièrement réparties autour de l’axe du système optique. Chacune de ces ouvertures pouvait être obturée ou ouverte à volonté. Le système optique tout entier était monté sur un banc photométrique.
  - 2 2 Fig. 12.
  - —0
  - L
  - 1
  - Les images formées sur la cathode en ouvrant l’une ou l’autre des ouvertures de l’écran D2 étaient superposables et d’éclairement sensiblement égal. Numérotons ces ouvertures 1, 2, 3, etc. Le flux lumineux passant par l’ouverture 1 étant H 1, pris par exemple comme unité, les flux transmis par 2, 3, 4... sont respectivement
  - $, =I + 62, ©, =/+€, 0,=Z + €4 etc.
  - Les courants photoélectriques mesurés sont
  - ij, i,==i + Ai2, i=i, + Aig, etc.
  - Comme les quantités 82, £3, £4, etc., sont très faibles devant l’unité, on peut légitimement écrire, même si la cellule n’est pas strictement proportionnelle :
  - i, <l>.> i,
  - 7 •. Ù 1
  - E1( g2, £3, étant des infiniment petits du premier ordre, les erreurs résultant du fait que, pour des flux très voisins, on raisonne comme si la cellule était proportionnelle, ne sont que d’ordre supérieur.
  - Les flux (., (2, «3, etc. sont donc connus en valeur relative. En ouvrant simultanément les ouvertures 1 et 2, 1, 2 et 3, etc., les flux s’additionnent et les courants photoélectriques mesurés correspondent à des flux (., + (2, •, + •,+ (a, etc. ill
  - En plaçant des filtres convenables sur le trajet du faisceau, on peut opérer en lumière quasi-monochromatique.
  - Enfin, avec un nombre d’ouvertures relativement faible, il est cependant possible de mesurer des courants photoélectriques correspondant à des flux très différents.
  - On opère ainsi : supposons égal à 4 le nombre des ouvertures. Ayant mesuré (., (2, (a, ©4, puis la somme $, + $, + •, + $,=$,
  - on observe dans ce dernier cas un courant I. On ferme alors toutes les ouvertures sauf 1. On modifie l’intensité du rayonnement au moyen d’un coin neutre, ou bien, mais en lumière monochromatique seu
  - lement, en agissant sur le courant d’alimentation de la lampe, jusqu’à ce qu’on obtienne le même courant I ou un courant très voisin. Le flux d‘1 = ( transmis par l’ouverture 1 est alors connu en fonction de (,. On détermine alors comme précédemment les flux (2,3,(,, transmis par les ouvertures 2, 3, 4, puis en additionnant •‘ + $2, d‘1 + <‘2 + I'a, etc.
  - En recommençant une deuxième fois les mêmes opéra-tions, on obtiendra finalement un flux
  - q"1 + <"2 + d", + <",
  - connu en fonction de (. et plus de 60 fois plus grand que «1, par exemple.
  - Il est évident que l’erreur absolue maximum sur l’évaluation des flux additionnés est la somme des erreurs commises sur chaque flux déterminé séparément, mais, l’erreur relative reste la même que pour le flux initial de compa-raison qui est le plus faible.
  - II. — Mesure des courants photoélectriques
  - En raison de la très grande résistance apparente des cellules photoémissives utilisées, l’électromètre est l’appareil de mesure le mieux adapté.
  - Nous avons adopté, à peu de chose près, le montage décrit et déjà utilisé par Fleury (20). C’est un montage potentiométrique dans lequel un électromètre de Linde-mann est utilisé comme appareil de zéro.
  - Dans notre montage, nous pouvions' déceler des courants de 4.1013 ampères et mesurer à quelques dix-millièmes près des courants de 10-9 ampères.
  - III. — Résultats des mesures
  - De nombreuses mesures ont été effectuées sur six cellules de même type. Ces mesures ont été faites tantôt en lumière blanche, tantôt en lumière rouge, obtenue par passage du faisceau à travers un filtre rouge monochromatique « Corning » N° 246. Dans certains cas, l’image de la source couvrait à la fois la cathode et l’anneau de garde; dans d’autres cas, la cathode seulement. L’anneau de garde était relié soit à l’anode, soit à la cathode.
  - Dans tous les cas, quelle que soit la cellule, quels que soient le mode d’éclairement et le montage, l’expérience a montré :
  - 1° que la saturation était toujours atteinte pour des tensions anodiques très basses et inférieures dans tous les cas à 4 volts, cette tension servant à compenser la différence de potentiel de Volta entre anode et cathode.
  - 2° que le courant d’obscurité restait inférieur aux courants décelables avec l’appareil de mesure.
  - 3° que les réponses des cellules fonctionnant à saturation sont dans tous les cas proportionnelles à moins de 1/1000 près aux flux lumineux reçus. Les caractéristiques courant-flux tracées sous 4 volts sont rectilignes.
  - Par contre, les caractéristiques courant-tension à flux constant prennent, suivant les cas, des allures nettement différentes, présentant des particularités intéressantes à étudier au point de vue de l’émission électronique.
  - Dans tout ce qui suit, les cellules étudiées sont désignées par des numéros repères qui ont été gravés sur le verre de l’ampoule.
  - 1° Caractéristiques courant-Flux sous tension de 4 volts (Les résultats des mesures sont consignés dans les trois tableaux de la page suivante.')
  - Ces quelques exemples montrent que la loi de proportionnalité est vérifiée avec une précision de 1/1000 environ, qui est de l’ordre de grandeur de l’incertitude des mesures.
  - Les résultats donnés correspondent aux cas où l’image de la source recouvre à la fois la cathode et l’anneau de garde tous deux au même potentiel.
- p.22 - vue 4/16
- - — 23 —
  - Q s = O
  - 1
  - N $ E & S R °
  - Flux simples Courants photoélectriques mesurés Flux additionnés Courants photoélectriques
  - a) mesurés b) calculés en admettant la proportionnalité
  - 4 438 +1 + H2 883 884
  - 2 446 1 + • 3 133 I 1333
  - 3 440 Pi + 2 + As + 1 I748 1749
  - P4 416
  - Cellule n° 13. — Lumière blanche
  - Flux simples Courants mesurés Flux additionnés Courants photoélectriques
  - a) mesurés b) calculés en admettant la proportionnalité
  - H1 166,2
  - 4’2 169,4 «1 + H2 = 21 335,5 335,6
  - $3 182,4 1 + 2 + 3 = -2 519,0 518,5
  - 44 179,0 1 + 4’2 + P3 + 4*4 = 23 698,0 697,6
  - So = H5 519,5
  - 6 56o,5 4*5 + 6 = Ei 1080,5 1080,0
  - 2=7 1080,5
  - J8 1154,0 4*7 + ds = E5 2239,5 2234,5
  - E5 = •, 2239,0
  - P10 2038,0 % + V10 4277,0 4277,0
  - Cellule n° 14. — Lumière blanche
  - Flux simples Courants mesurés Flux additionnés Courants photoélectriques
  - a) mesurés b) calculés en admettant la proportionnalité
  - 41 285,0
  - J2 276,0 4’3 + 4’4 601,0 601,5
  - $3 3oo,5 4’2 + 4’3 + 4=2 877,5 877>5
  - H4 301,0 Pi + P2 + 4’3 + 4’4 1164,5 1162,5
  - 2 = 4’5 875,5
  - P6 812.0 4’5 + • 1687,0 1687,5
  - L’expérience montre que la proportionnalité est conservée quand l’anneau de garde n’est pas éclairé, mais il est alors préférable de le relier à l’anode (voir plus loin). L’ensemble anode et anneau de garde constitue alors une cage de Faraday.
  - 2° Caractéristiques courants Tension a flux constant
  - La figure 13 donne les caractéristiques obtenues pour 4 cellules avec le même flux, la cathode et l’anneau de garde éclairés ensemble en lumière rouge.
  - Ces cellules, la- cellule 15 surtout, ont des sensibilités différentes. Sauf pour la cellule n° 14, la saturation est Pratiquement atteinte pour une tension accélératrice inférieure à 1 volt. La différence de potentiel de contact de Volta entre cathode (césium) et anode (tungstène) doit étre 3 ± 0,6 volts. Mais elle est plus faible parce que dans la méthode utilisée pour sensibiliser la cellule, les fils de tungstène de l’anode se trouvaient, eux aussi, recouverts d une couche de césium. L’anode, par suite, se trouve être aussi photoémissive et la différence de potentiel de contact est plus faible que celle qu’on pouvait attendre. Cela
  - explique aussi le faible courant négatif qu’on observe pour un potentiel d’anode négatif et suffisant par rapport à la cathode.
  - Fig. 13.
  - cellule n°16
  - 20
  - Flux constant
  - Le cas spécial de la cellule n° 14 confirme bien cette interprétation. En effet, les fils de l’anode avaient été chauffés légèrement par le passage d’un courant électrique,
- p.23 - vue 5/16
- - afin d’évaporer la mince couche de césium dont ils pouvaient être recouverts. La différence de potentiel de contact ayant augmenté vers 3 volts, on voit que pour cette cellule la saturation est effectivement atteinte vers 3,5 volts.
  - Cette même cellule, avant chauffage, présentait comme les autres la saturation vers 0,8 volt.
  - 3° Effet de la charge d’espace
  - Si dans tous les cas la saturation est pratiquement atteinte pour une tension faible, la caractéristique continue cependant à monter lentement lorsque la tension anodique continue à croître. De plus, même à sensibilité égale, les formes des caractéristiques varient notablement d’une cellule à l’autre. Ces phénomènes sont dus à une charge d’espace résultant de la présence d’électrons entre la cathode et l’anode. La densité des électrons est particulièrement grande aux environs des fils de l’anode.
  - L’effet de charge d’espace est d’autant plus facile à constater que la surface de l’anode est plus faible. Nous avons cherché à mettre en évidence ses variations en faisant varier dans les cellules étudiées l’écartement des fils de la grille anodique, mais l’effet a été ici trop faible pour nous
  - 1
  - 4/3 92 cellule 1- Flux = 2_Flux = 3_Flux = 1 (unités arbitra n°1u 227 830 800 res)
  - O 10 20 volts
  - Fig. 14.
  - cellule n°1
  - courberFux 227
  - ----- 2: — 830
  - ------ 3:—1800 (unitéSorbitrdires)
  - cM o cO O' KO O' O* CM O' O CM O'
  - i
  - Fig. 15.
  - avoir permis de mettre en évidence de façon certaine ses variations par ce procédé.
  - Mais, par contre, pour une même cellule, on constate une déformation systématique de la caractéristique lorsque le flux reçu par la cathode augmente. C’est ce que mon
  - trent les courbes de la figure 14, faites avec la cellule 14 (avant chauffage des fils de l’anode). Toutes les autres cellules du même type ont présenté un effet analogue. Pour faciliter la comparaison de ces caractéristiques, les ordonnées de ces courbes ont été réduites de façon à prendre la même valeur pour une tension anodique de 4 volts.
  - On peut calculer graphiquement à partir des courbes précédentes les valeurs de la dérivée:
  - di dN
  - av av
  - N, nombre d’électrons atteignant l’anode;
  - e, charge élémentaire.
  - Si l’on ne tient pas compte de l’effet produit par la di,
  - charge d’espace - represente la fonction normale de dis-dV
  - tribution d’énergie des photoélectrons. Toutes les courbes
  - yp — J (V) doivent coïncider quel que soit le flux.
  - En fait, l’effet des charges d’espace se traduit par un décalage progressif de ces courbes lorsque le flux augmente. Le maximum apparent se déplace vers les potentiels croissants comme le montre les courbes obtenues (fig. 15).
  - Le plus grand courant mesuré dans ces expériences a été 5,10-8 ampères.
  - 4° Effet Produit par l’anneau de garde. Courants négatifs.
  - Quand on applique à l’anode des tensions négatives suffisantes, par rapport à la cathode, on observe un courant photoélectrique inversé dont l’intensité dépend de la façon dont la cathode et son anneau de garde sont éclairés. Cet effet est distinct de celui qui pourrait être dû à une photo-émissivité de l’anode.
  - cellule n°13
  - oh 04
  - Fig. 16.
  - Ai (unités arbitraires)
  - (2
  - o+1 +2 +3
  - -a
  - En utilisant des diaphragmes convenables, on peut, sans changer de façon appréciable le flux tombant sur la cathode ni la brillance de l’image, éclairer soit la cathode seule soit la cathode et l’anneau de garde. On peut aussi n’éclairer que l’anneau de garde au moyen d’un diaphragme annulaire. Dans tous les cas, anneau et cathode sont au même potentiel par rapport à l’anode et le montage est tel que les courants photoélectriques dus à l’émission électronique par la cathode et par l’anneau sont mesurés séparément.
  - Toutes les cellules ont mis en évidence un phénomène semblable que représentent les courbes de la figure 16 obtenues avec la cellule n° 13. Ces courbes donnent le courant photoélectrique fourni ou reçu par la cathode seule dans trois cas:
- p.24 - vue 6/16
- - 8
  - 1
  - Courbe 1. — L’anneau de garde seul est éclairé.
  - Courbe 2. — La cathode seule est éclairée.
  - Courbe 3. — Cathode et anode sont éclairées simultanément.
  - On y voit l’effet considérable produit par l’éclairage de l’anneau. Le courant négatif a deux origines : d’une part un courant zx dû à l’émission d’électrons par l’anode qui peut être plus- ou moins photoémissive; étant donné la faible surface des fils anodiques comparativement à la cathode, ce courant ne peut être que très faible; d’autre part, un courant 4 beaucoup plus important et qui provient des photoélectrons émis par l’anneau de garde et recueillis par la cathode. La cathode envoie, naturellement, quand elle est éclairée, un nombre d’électrons comparable sur l’anneau; rappelons que seul le courant cathodique passe par l’appareil de mesure.
  - La figure montre que les ordonnées de la courbe 3 sont la somme algébrique des ordonnées des courbes 1 et 2, et ceci avec une précision égale à celle des mesures. Le courant 4 reste trop faible pour apparaître sur le graphique. La courbe 1, qui présente un minimum très accentué, a une allure pour le moins curieuse. Il est possible d’en donner une explication théorique.
  - Supposons que le champ électrique h entre anode et cathode est uniforme (fig. 17). Si un électron est émis par l’anneau de garde dans une direction faisant un angle a avec le plan de l’anneau et avec une vitesse initiale v sa trajectoire est une parabole.
  - A
  - -1-1----1-V-V A - V.O
  - L-OC.cathode anneau de Larde
  - Fig. 17.
  - Si le potentiel de l’anode est négatif par rapport à la cathode (compte tenu de la différence de potentiel de contact de VOLTA) l’électron retombera dans le plan de la cathode et l’abscisse du point d’impact sera :
  - m V2 . X== — sin 2 a en
  - Si l’on suppose par exemple v = 1 300 km.-sec (valeur moyenne très vraisemblable) a = 45° et une différence de potentiel de 1 volt entre anode et cathode distantes de 1 mm, on trouve x =1 cm. Nous voyons ainsi quel peut être l’ordre de grandeur pour les distances x.
  - Si h est très grand, x est très faible. Peu de photoélectrons atteignent la cathode. Si h diminue, les trajectoires S'allongent. Le courant négatif augmente. Il passe par un maximum (en valeur absolue) lorsque x est de l’ordre de grandeur du diamètre de la cathode, car pour des valeurs beaucoup plus grandes les photoélectrons arrivent au delà de la cathode. Si V change de signe, la courbure de la trajectoire est inversée et les photoélectrons se dirigent vers l’anode.
  - La valeur de h pour laquelle le courant est maximum dépend des vitesses initiales et des angles a. L’allure théorique de la courbe i = f (V) reste celle de la figure 18.
  - On constate pourtant que le courant négatif qui tend bien vers zéro pour de grandes valeurs-négatives de V et Passe par un maximum (en valeur absolue), conserve encore une valeur notable presque 'constante pour des valeurs positives de V atteignant plusieurs volts.
  - Bien que nous n’ayons pas élucidé ce fait d’une façon
  - certaine, il est probable qu’ici encore la charge d’espace joue son rôle et que des photoélectrons réfléchis sur l’anode reviennent sur la cathode.
  - Fig. 18.
  - Quoi qu’il en soit, il semble bien que, moyennant quelques modifications dans la forme et la disposition des deux surfaces photoémissives (constituées ici par la cathode et son anneau de garde) le phénomène que nous venons de signaler pourrait être mise à profit pour étudier par une méthode nouvelle la répartition spatiale des photoélectrons émis et la répartition de leur énergie.
  - 5° Autre forme de cellule
  - Le fait que la saturation dans les cellules étudiées est atteinte pour des tensions anodiques très faibles, mais suffisantes pour capter tous les électrons émis, est dû uniquement à la nouvelle disposition relative anode-cathode. Malheureusement, de telles cellules sont d’une fabrication difficile et onéreuse et leur encombrement est excessif. Elles présentent encore des phénomènes secondaires indésirables. Nous avons cherché à conserver les mêmes propriétés, tout en permettant une construction plus simple et un prix de revient très inférieur par une autre disposition de l’anode. La figure 19 montre le nouveau type de cellule, basé sur des conceptions analogues, dont nous avons construit quelques exemplaires au Laboratoire d’Essais du Conservatoire National des Arts et Métiers. De telles cellules peuvent être construites en série pour des applications industrielles.
  - La cathode C est encore un disque plan en argent oxydé recouvert d’une couche mince de métal alcalin. L’anode A est un cylindre de nickel pur qui joue, vis-à-vis de la cathode, le rôle d’un véritable collecteur de Faraday. La lumière pénètre à travers une fenêtre plane par l’extré-
  - Fig. 19.
  - 6
  - FLUX _
  - LUMINEUX
  - mité ouverte du cylindre. L’expérience montre que la saturation est atteinte pour des tensions inférieures à 2 volts, et comme conséquence le courant photoélectrique mesuré est, tout comme dans le modèle précédent, rigoureusement proportionnel au flux incident si la composition spectrale de celui-ci reste invariable. Le palier de saturation est bien horizontal.
  - Etant donné la grande surface de l’anode, la charge d’espace n’a plus aucun effet (sauf pour des flux modulés à très haute fréquence). (42).
  - Par contre, si l’on ne prend pas des précautions suffisantes pour bien isoler l’une de l’autre les électrodes de sortie, le courant d’obscurité peut n’être pas tout à fait négligeable.
  - Il est évident que pour l’un ou l’autre type de cellule, la sensibilité globale et la sensibilité spectrale qui ne dépen-
  - 2 0 % %
- p.25 - vue 7/16
- - CD
  - GT I
  - dent que de la nature du dépôt émissif et de la technique de sensibilisation, sont du même ordre que dans les modèles courants du commerce.
  - 6° Conclusions
  - Conformément aux prévisions et comme conséquence de la nouvelle forme et de la disposition de l’anode par rapport à la cathode, les nouveaux types de cellules, à anode en forme de grille plane ou à anode cylindrique, fournissent un courant de saturation sous une tension anodique de quelques volts seulement (2 à 4 volts) au lieu de 30 à 200 volts pour les cellules commerciales ordinaires. Il en résulte que les causes de non-proportionnalité de ces dernières sont supprimées ou très atténuées: Nous avôns montré en effet qu’on pouvait compter sur une réponse proportionnelle au flux à moins de 1/1000 près lorsque les flux varient dans des rapports de 1 à 50.
  - De telles cellules peuvent donc être utilisées en toute sécurité pour des mesures photométriques précises par des méthodes de simple déviation qui se prêtent particulièrement bien à l'enregistrement. C’était là le but que nous recherchions.
  - De plus, l’étude des caractéristiques courant-tension et
  - CHAPITRE III
  - AMPLIFICATION LINÉAIRE DES
  - COURANTS PHOTOÉLECTRIQUES
  - Les courants photoélectriques fournis par une cellule photoémissive, utilisée comme réceptrice à la fente de sortie d’un monochromateur, sont toujours très faibles, par exemple de l’ordre de 10-8 à 10-10 ampères ou même moins.
  - Leur mesure à l’aide de l’électromètre de Lindemann, par exemple, ainsi que nous l’avons fait, peut être précise, mais reste longue et délicate et ne se prête pas à l’enregistrement. D’où la nécessité de les amplifier au préalable. On peut alors les mesurer et les enregistrer confortablement avec un galvanomètre robuste et à courte période d’oscillation.
  - 1° Choix du mode d'amplification
  - L’amplification des faibles courants, en particulier des courants photoélectriques, a fait l’objet de nombreux travaux (36, 37, 18, 38). Les méthodes utilisées peuvent se diviser en deux classes : amplification dite en courant « modulé » et amplification en courant continu.
  - Pour l’amplification en courant continu, le courant à amplifier traverse une grande résistance p reliée à la grille de la triode. Le-couplage est conductif (fig. 20). Les variations de tension de la grille provoquent des variations du courant de plaque. Celles-ci peuvent être mesurées directement ou amplifiées à nouveau par un ou deux autres étages.
  - Fig. 20, 21 et 22.
  - -Q000mA-
  - Pour l’amplification à courant « modulé », le courant à amplifier est d’abord modulé à fréquence musicale. Le couplage peut être inductif (fig. 21) ou se faire à l’aide de résistances et condensateurs (fig. 22). La modulation peut se faire sur le flux lumineux tombant sur la cel-
  - de l’influence de l’anneau de garde du premier type de cellule nous a conduit à des phénomènes intéressants du point de vue de la théorie de l’émission photoélectrique.
  - D’autres applications de ces cellules nous semblent intéressantes:
  - a) les faibles tensions utilisées doivent permettre de diminuer sensiblement le « bruit de fond » des cellules commerciales utilisées pour la restitution des films sonores;
  - b) si l’on forme sur la cathode plane de la cellule une bonne image d’une source, débordant celle-ci de toutes parts, le courant photoélectrique mesuré est alors proportionnel en lumière monochromatique à la brillance spectrale de la source. D’où la possibilité de mesurer des brillances et aussi de faire d’une telle cellule un pyromètre de précision;
  - c) les faibles tensions mises en œuvre permettent d’imaginer des amplificateurs de courants photoélectriques (continus ou lentement variables) stables et susceptibles d’être utilisés commodément par un personnel non exercé. L’une des causes de l’instabilité et de la difficulté d’utilisation des amplificateurs associés aux cellules commerciales ordinaires réside en effet dans la valeur élevée des tensions introduites dans les circuits.
  - Iule. Avant d’être mesuré au galvanomètre, le courant amplifié doit être redressé, soit par détection au moyen d’une triode, soit par un redresseur à cuproxyde, soit par l’emploi d’un commutateur tournant synchronisé avec le dispositif modulateur (18).
  - Malgré la complication apparente de montage, ce dernier mode d’amplification présente des avantages très sérieux; les courants parasites non modulés ne sont pas amplifiés; la batterie de compensation du courant moyen de plaque est inutile; la décharge des autres batteries ne produit pas de dérive gênante. Une fois construit un tel amplificateur est robuste et d’emploi facile.
  - Malheureusement, le courant amplifié doit être redressé et aucun redresseur n’a un rendement constant lorsque le courant redressé varie. Par suite, le courant mesuré n’est pas proportionnel au courant initial.
  - Ayant en vue la construction d’un spectrophotomètre enregistreur devant mesurer directement des flux par simple déviation du galvanomètre, nous avons dû renoncer à ce mode d’amplification et réaliser une amplification à courant continu en cherchant à supprimer dans la mesure du possible les inconvénients bien connus de ce genre de montage et dont le plus gênant est l’instabilité des mesures causée par la dérive.
  - 2° Choix de la lampe amplificatrice
  - Divers auteurs (39) ont déjà montré la nécessité d’employer des lampes triodes ou bigrilles dont la résistance apparente grille-plaque soit aussi élevée que possible devant les résistances p utilisées pour le couplage conductif cellule-grille. L’électromètre triode répond parfaitement à ces conditions.
  - Après divers essais tentés sur d’autres lampes, nous avons adopté successivement dans nos montages un électromètre triode « Philips 4060 » puis l’électromètre « Mazda » N° 26. Les pentes des caractéristiques sont faibles et voisines de 75 à 45 microampères par volt, mais les résistances apparentes grille-plaque sont très grandes (environ 1013 ohms); les tensions utilisées pour l’alimentation et la polarisation sont faibles (de 4 à 9 volts). Utilisées dans un amplificateur à un seul étage, ces lampes nous ont donné des résultats très satisfaisants.
- p.26 - vue 8/16
- - 3° Premier montage simple avec triode Philips. Résultats.
  - La figure 23 indique le schéma du montage. Une étude préalable des caractéristiques de la lampe nous a conduit à adopter une intensité If d’environ 0,610 A dans le filament, une tension plaque de 4 volts et une tension grille de —1,5 volt par rapport à la terre.
  - Le courant moyen de plaque IP est facilement compensé par la résistance Rp de telle sorte que le galvanomètre reste au zéro. Il suffit que:
  - Rp Ip = E = 2 volts
  - Après ce réglage, le galvanomètre n’indique plus que les variations A Ip du courant' moyen de plaque. Si Ip
  - Fig. 23.
  - m
  - Am (?)
  - B
  - - 2V +
  - varie de AIP, le courant AIP se partage entre le galvanomètre et la résistance RP, la presque totalité du courant AIP traverse alors le galvanomètre.
  - Cette compensation du courant Ip étant réalisée, on constate que le galvanomètre ne reste pas au zéro bien que le potentiel de grille n’ait pas changé. Le déplacement du spot, d’abord rapide, continue à croître même après une demi-heure de fonctionnement. Voici un exemple :
  - Temps en minutes.... 5 10 20 35
  - Dérive en mm................ 2,5 . 5,5 10,5 11,5
  - 1 mm de dérivation équivalait ici à un courant de 0,965 microampère. La variation de courant décelée par le galvanomètre est donc de 0,30 /u. A environ en une minute.
  - Elle est presque de l’ordre de grandeur des courants amplifiés qu’on peut avoir à mesurer, donc inacceptable.
  - Ces variations du courant ou « dérive » sont dues à plusieurs causes : variations de température qui peuvent faire varier l’émission thermoionique et la résistance des circuits, défauts d’isolement surtout du circuit de grille et de l’ampoule de l'électromètre, influences électrostatiques et actions électromagnétiques extérieures pouvant donner lieu à des déplacements brusques et accidentels du spot, éclairement de la triode dont les électrodes sont plus ou moins photoémissives.
  - Si la lampe est bien sèche, placée dans l’obscurité, soustraite par un écran métallique aux influences électrostatiques extérieures, si tout le circuit grille surtout est parfaitement isolé, de faible capacité, protégé lui aussi électrosta-tiquement par une cage ou une gaine métallique, si de plus on attend une demi-heure au moins après la fermeture des circuits que l’équilibre thermique soit établi, on constate alors que la cause de dérive, de beaucoup la plus importante qui subsiste encore, est la décharge lente des batteries d’alimentation du filament de la lampe.
  - Il suffit d’après les caractéristiques de la lampe, au voisinage de son point de fonctionnement, d’une variation de tension de la batterie d’alimentation de 0,001 volt pour provoquer une variation AIP = 1 microampère du courant moyen de plaque.
  - 4° Nouveau montage comportant une annulation Automatique DE LA DÉRIVE DUE A LA DÉCHARGE DE LA BATTERIE D'ALIMENTATION DU FILAMENT
  - La figure 24 donne le schéma du montage réalisé avec une lampe électromètre Philips. On voit que le galvanomètre ne sera traversé par aucun courant si la condition
  - (1) R I-E=R,I,
  - est satisfaite pour les valeurs de If et de IP correspondant au point de fonctionnement. Si la tension d’alimentation varie, le courant d’alimentation IF varie de A If; le courant Ip peut être considéré comme une fonction de IF
  - 1, = +I)
  - Il en résulte une variation AIp du courant Ip. Le galvanomètre restera cependant au zéro si
  - R. (I + A If) — E = R, (Ip + A Ip) ou :
  - (2) RAI = R, AIp au voisinage du point de fonctionnement.
  - Les conditions 1 et 2 sont compatibles pour une valeur convenable de E en déterminant les valeurs de Ri et de R3. Mais l’existence d’une force électromotrice auxiliaire E est indispensable.
  - En effet, la caractéristique de l’électromètre donnant l’intensité du courant de plaque Ip en fonction de l'inten-sité du courant de plaque If a la forme de la figure 25.
  - E
  - 2
  - Fig. 24.
  - O O
  - 6
  - O
  - Lo
  - EX
  - 250 500
  - Fig. 25.
  - Les variations de If et de Ip se font au voisinage du point de fonctionnement M.
  - Menons en M la tangente à la courbe qui fait avec l’axe Olf l’angle a , et la droite OM passant par l’origine et qui fait l’angle fi avec OIF. k étant une constante dépendant du choix de l’échelle pour les coordonnées, on a:
  - AI R
  - (3) AL=ktg =R1 (d’après 2)
  - R. E E
  - (4) T**- R,- R,1=*46*T RI
  - On voit que E ne peut être nul que si a— 3, c’est-à-dire si la tangente à la caractéristique au point de fonc-
- p.27 - vue 9/16
- - GO
  - GM
  - tionnement passe par l’origine. Or, l’expérience montre qu’aucun point de la caractéristique ne satisfait à cette condition, d’où la nécessité de la force électromotrice auxiliaire si l’on veut à la fois compenser le courant moyen de plaque (condition 1) et annuler la dérive (condition 2). Si l’on se fixe E les valeurs de R1 et R3 sont déterminées d’après le choix du point M, c’est-à-dire de If, AIf et Alp. Les équations (1) et (2) donnent:
  - RLE _________Alp_____ 1 IrAlp—Ip AI
  - 2~ IrAlp- IpAI
  - Numériquement: pour E = 2 volts, If = 0,610 A
  - I— 168.10-6 A et —465
  - on trouve :
  - Rj = 3,76 w et R3 = 1748 0)
  - Cette détermination de R1 et R3 peut se faire expérimentalement : on amène d’abord If à sa valeur normale par la manœuvre du rhéostat R2 (fig. 24). La somme R1 + R2 restant fixe, on donne à R. diverses valeurs. Pour chacune d’elles, on fait varier R3 jusqu’à ce que le galvanomètre C revienne au zéro.
  - Le galvanomètre étant au zéro pour un couple de valeur R1R3 on provoque une variation AIF du courant If, par une variation de R2. On note la déviation à droite ou à gauche du galvanomètre. On obtient rapidement ainsi les valeurs de R1 et R3, pour lesquelles le galvanomètre reste pratiquement au zéro pour une petite variation Alf.
  - . .. AIf 1
  - C’est ainsi que, pour une variation relative - — déjà considérable, les déviations observées du galvanomètre étaient aisément rendues 350 fois plus faibles que celles qu’on aurait observées dans le montage simple précédent sans compensation de dérive.
  - Naturellement, les autres causes de dérive beaucoup moins importantes subsistent. Nous avons indiqué les précautions à prendre pour en diminuer le plus possible les effets.
  - Ces précautions étant prises, après 1 h. 30 de fonctionnement pour assurer un bon équilibre thermique, nous avons encore observé une dérive de 0,01 y A par mi-nue; après 5 heures, la dérive n’était plus que 0,004 j.A par minute, c’est-à-dire 75 fois moins que dans le premier montage.
  - 5° Proportionnalité du courant amplifié
  - AVEC.LE COURANT PRIMAIRE
  - A l’aide d’un bon potentiomètre réglé de telle sorte qu’à une variationde 10 de la résistance utilisée corresponde une variation de tension de ± 10-4 volts à la grille de la lampe électromètre, on applique à celle-ci des tensions connues et l’on mesure les variations Alf du courant moyen de la plaque.
  - Voici un exemple des résultats numériques observés dans les conditions normales de fonctionnement :
  - Variations des ten-
  - sions grille AVG 0,01 0,02 0,04 0,08 0,12 volt Variations du cou-
  - rant plaque Alp 13,0 26,0 52,1 105,2 160 mm
  - La proportionnalité du courant amplifié avec le courant primaire est respectée à moins de 1/1000 si l’on ne dépasse pas des tensions A Vo de 0,04 volt et à 1/1'00 si l’on ne dépasse pas 0,08 volt.
  - 6° Facteur d’amplification en AMPÈRÉS
  - La pente de la caractéristique courant plaque-tension grille est au point de fonctionnement choisi :
  - Le courant à mesurer i passe dans la résistance et l’on a:
  - AVG = pi
  - Le facteur d’amplification en ampères est le rapport :
  - T- _ Alp _ AIp KiAVe
  - Pour p = 109 ohms, on a donc ici :
  - K = 74.000
  - Le galvanomètre utilisé donnait sur une échelle à 1 mètre une déviation de 1 mm pour 0,74.10-8 ampère. L’amplification de 74.000 permet donc la mesure d’un courant photoélectrique de :
  - 0,74.10-8
  - --------- = 10-13 ampère 74.000
  - C’est mieux que ce qu’on pouvait obtenir de l’électro-mètre de Lindemann. On peut encore augmenter l’amplification. Nous avons pu atteindre 10-10 ohms pour la résistance p. Mais la constante de temps du circuit devient appréciable et commence à gêner dans un enregistrement.
  - Si l’on prend un galvanomètre beaucoup plus sensible, la dérive qui subsiste redevient gênante et la période du galvanomètre trop grande.
  - 7° Résistances DE COUPLAGE UTILISÉES
  - Ce sont les résistances « White » en ciment dentaire qui nous ont paru les plus stables malgré un coefficient de température assez notable. Nous utilisions quatre résistances interchangeables de 10, 100, 1000 et 10000 mégohms environ, ce qui, avec le shuntage du galvanomètre, permet de faire varier la sensibilité désirée dans des proportions considérables variant de 1 à 100.000 environ.
  - 8° Utilisation d’un ÉLECTROMÈTRE « Mazda »
  - Cette lampe électromètre qui a des caractéristiques assez voisines de la précédente possède une grille accélératrice supplémentaire. Nous l’avons utilisée dans un montage analogue au précédent et représenté par la figure 26.
  - 7500
  - . 77777 6V
  - Masse
  - celtuie
  - Fig. 26.
  - Tenant compte de toutes les observations que nous avons pu faire, le montage a été exécuté avec un soin particulier, surtout pour les isolements, les contacts et les blindages. Le dispositif de compensation de dérive est le même qu’avec l’électromètre Philips.
  - Voici à titre d’exemple les dérives observées aussitôt après la fermeture du circuit et après réglage de la compensation de dérive :
- p.28 - vue 10/16
- - 1
  - 1
  - Temps, en
  - minutes 7 14 19 24 31 38 50 55 60 70 80 85 Dérive, en
  - mm .. 1 1,5 5,5 12 15,5 16 16 16,3 16 16,6 16,6
  - Ces résultats sont représentés par la courbe de la figure 27; 1 mm de déviation correspond à 0,024 micro-ampère.
  - On voit que l’équilibre thermique est atteint après envi
  - 10 20 30 4,0 50 60 70 80 90
  - 18
  - 16 14 12
  - 10
  - 8
  - 6
  - 4
  - Fig. 27.
  - ron 1/2 heure. Après quoi, on obtient une stabilité remarquable. Les fluctuations n’atteignent pas en moyenne 0,0024 microampère par minute.
  - C’est 125 fois mieux que ce qu’on obtiendrait sans la compensation de dérive que nous avons mise en œuvre et 2 fois mieux qu’avec la lampe Philips utilisée dans un montage analogue.
  - Dans des expériences faites avec une cellule photoélectrique éclairée avec un flux sensiblement constant, et' débitant sur une résistance de couplage de 1000 mégohms, une déviation du spot de 36 mm est restée constante pendant 10 minutes et le maximum d’écart -observé pendant une heure n’a' pas été supérieur à 1 mm.
  - Une telle stabilité donne donc toute sécurité non seulement pour effectuer des mesures isolées mais aussi pour procéder à un enregistrement graphique des déviations du galvanomètre en fonction des flux reçus par la cellule
  - lorsque la durée de cet enregistrement n’excède pas 10 minutes.
  - 9° Proportionnalité du courant amplifié
  - AVEC LE COURANT PRIMAIRE
  - Le tracé des diverses caractéristiques de l’électromètre « Mazda » a conduit à choisir un courant de chauffage d’environ 0,085 ampère, une tension de polarisation de la grille de contrôle d’environ —1 à —3 volts, de 9 volts pour la plaque et 6 volts pour la grille accélératrice. En appliquant dans ces conditions, à l’aide d’un potentiomètre précis des variations de tension connues à la grille de contrôle, nous avons obtenu des 'courants dans le galvanomètre donnés dans le tableau suivant :
  - Tensions appli-
  - quées (v) .... 0,2 0,16
  - Courants (unités arbitraires) .. 332 266 Tensions 0 +0,02 Courants 0 34,5
  - 0,12 0,08 0,06 0,04 0,02
  - 200 134 101,5 67,0 33,5
  - 0,04 0,06 0,08 A 0,12 0,16
  - 67,2 102 136 203,5 275,6
  - On voit que, jusqu’à des tensions de —0,2 volt, la proportionnalité est assurée à 1/100 près et à moins de 1/1000 si l’on n’excède pas —0,1 volt.
  - 10° Facteur d’amplification En ampères
  - Avec une résistance de couplage de 1000 mégohms, nous l’avons trouvé voisin de 50.000 pour une première lampe « Mazda » (dont la pente était d’environ 50 u-A par volt) et voisin de 100.000 avec un deuxième modèle de lampe.
  - 11° Conclusions
  - L’amplification en « courant continu » des courants photoélectriques fournis par les nouveaux types de cellules peut se faire de façon satisfaisante à l’aide d’un amplificateur à un seul étage, utilisant un électromètre triode Philips 4060, ou mieux, un électromètre « Mazda » bigrille. La stabilité de l’amplificateur est due à un nouveau dispositif de compensation de dérive et au fait que dans tous les circuits (y compris la cellule) n’existent que des tensions faibles.
  - CHAPITRE IV
  - RÉALISATION PRATIQUE D’UN SPECTROPHOTOMÈTRE Enregistreur A CELLULE PHOTOÉLECTRIQUE POUR LE SPECTRE VISIBLE
  - 1° En application des conditions théoriques du premier chapitre et des résultats satisfaisants des études expérimentales- décrites dans les IIe et IIIe chapitres, nous avons construit un spectrophotomètre relativement simple, peu encombrant, précis et d’un emploi assez commode pour en faire un appareil industriel.
  - Les objectifs ont été construits par M. Cojan (Société Générale d’Optique) que nous remercions de sa très belle réalisation; toute les pièces mécaniques par les ateliers du Laboratoire d’Essais du Conservatoire National des Arts et Métiers.
  - Les parties essentielles de l’appareil sont:
  - 1° un monochromateur double, à prismes;
  - 2° un dispositif récepteur comprenant une cellule photoélectrique avec amplificateur linéaire;
  - 3° un galvanomètre de mesure avec enregistrement photographique sur plaque.
  - Le tout est monté sur un seul châssis blindé.
  - 2° Monochromateur
  - En toute rigueur, les conclusions du premier chapitre devaient- nous conduire à la construction d’un monochro-mateur dans lequel le système dispersif aurait fait bloc
  - avec l’objectif collimateur, celui-ci étant nécessairement asphérique. Le projet d’un tel ensemble a bien été fait et sa réalisation commencée. Mais les circonstances nous ont imposé de si longs délais que nous avons dû adopter, à titre transitoire, une solution moins originale.
  - A) Objectifs. — Les objectifs d’entrée et de sortie, identiques, restent des objectifs à faces sphériques, distincts des prismes. Ils ne comportent que deux verres non collés, une lentille biconvexe et un ménisque convergent. D’après le constructeur, M. Cojan, les aberrations de sphéricité et leurs variations chromatiques restent pratiquement nulles entre 4000 et 8000 angstrôms. L’ouverture utile est f/4, le diamètre de 50 mm.
  - Par contre, les aberrations chromatiques ne sont pas corrigées et la dispersion des foyers est notable. Voici les focales pour les principales raies :
  - (milli-
  - microns) A‘=768 C = 656 D=589 F=486 G’=434 405 f (mm) . 197,22 196,08 195,15 193,00 191,33 190,08
  - Un tel objectif, d’ouverture notable, comportant seulement 4 faces non collées, est encore très lumineux, mais un dispositif mécanique convenable est nécessaire pour
- p.29 - vue 11/16
- - — 30 —
  - obtenir une mise au point automatique des fentes aux foyers pour chaque radiation.
  - B) Prismes. — Nous utilisons deux prismes identiques de 30° traversés deux fois par la lumière qui se réfléchit sur l’une des faces aluminée. Ces prismes sont en flint très dense, type C.5034 du catalogue PARRA-MANTOIS. L’indice moyen pour la raie D est 1,65075 et le coefficient de dispersion
  - D —1
  - Les dimensions sont : face d’entrée, 56 X 106 mm base, 56 X 53 mm.
  - La figure 28 montre la marche de la lumière. Le faisceau venant de la fente d’entrée F1 est renvoyé par le miroir m1 sur l’objectif Li; il traverse le prisme F1, se réfléchit sur la face postérieure, traverse une deuxième fois après réflexion le prisme P1 et l’objectif F1 pour donner finale-
  - Fig. 28.
  - Fr
  - ment sur la fente médiane Fm une image monochromatique de la fente Fi. L’appareil étant un monochromateur double symétrique, le plan de la fente médiane est ici plan de symétrie de l’ensemble du monochromateur.
  - Les prismes fonctionnent au voisinage de leur minimum de déviation. Soit par exemple np l’indice du prisme pour la radiation D. Au minimum de déviation, on a:
  - (I) SlR ID= RDS1 3o° = —
  - 2
  - Si n varie de An les prismes resteront au minimum de déviation à condition de les faire tourner tous deux en sens inverse d’un même angle Ai qu’on obtient par dérivation de (1)
  - . . An
  - A? cos 2p === —
  - 2
  - Ici :
  - cos ip == 0,56521 ; ip = 85035'
  - (2) Ai = 0,884 An
  - Par une rotation convenable des prismes, on formera donc successivement toutes les images monochromatiques de la fente d’entrée, sur les fentes Fm et F2 pour les diverses longueurs d’onde.
  - Mais à cause de la dispersion des foyers des objectifs L1 et L2 il faudra réaliser simultanément une translation convenable des objectifs le long de leur axe optique.
  - C) Mouvement combiné de rotation des prismes et de translation des objectifs. — L’appareil ayant deux parties symétriques, nous ne représentons que l’une d’elles sur la figure 29.
  - Fig. 29.
  - L’objectif L1 est porté par un long cylindre d’acier (dont l’axe est parallèle à l’axe optique). Celui-ci repose par l’intermédiaire de quatre billes d’acier sur un support fixé sur le bâti et qui sert de guide dans les déplacements du cylindre; il est constamment maintenu par un fort ressort
  - non représenté contre une roue dentée R qu’une vis sans fin, v actionnée par un moteur, fait tourner autour de son axe ab. L’épaisseur de cette roue dentée (de forme prismatique) le long de la ligne des points de contact des cylindres porte-objectifs varie, au fur et à mesure de sa rotation, d’une quantité égale au déplacement qu’on veut imposer à l’objectif quand on passe d’une extrémité du spectre à l’autre. Pour un tour complet de la roue, l’objectif repasse deux fois par les mêmes positions.
  - Le prisme P1 est porté par une plateforme horizontale M, montée sur le bâti de l’appareil et qui peut tourner autour d’un axe parallèle aux fentes. Un montage de cet axe sur roulements à billes évite tout jeu possible. Un levier L, solidaire de la plateforme, la fait tourner. L’extrémité du levier, grâce au ressort r, reste constament appuyée contre l’extrémité du cylindre C. Le contact est assuré par l’arête d’un palpeur prismatique en acier trempé. La surface d’appui est une rampe dont le profil est calculé ainsi que nous le montrerons plus loin, de telle sorte que pour chaque position de la lentille L1 le prisme, en tournant, amène sur la fente l’image monochromatique pour laquelle l’objectif est au point.
  - D) Calcul de la rampe d’entrainement des prismes. — Soit ab l’axe du cylindre porte-objectif R. Pour mettre au point successivement toutes les radiations, R subit une translation le long de ab (fig. 30).
  - Soit O le point de contact du palpeur lorsque le réglage des prismes et objectifs est réalisé pour Àp = 589 m
  - Fig. 30.
  - m M
  - Quand on veut mettre l’objectif au point pour les radiations >‘= 434 m u. et XA‘ = 768 m p. le point O se déplace en I et en J. Les données sur l’objectif montrent que :
  - pour ÀG = 434 m y. 01 = 3,823 mm.
  - pour >A=768 m y. OJ = 2,066 mm.
  - La rotation du prisme est commandée par le levier CO; le contact en O avec la tige porte-objectif, glisse le long de celui-ci au cours des translations qu’il subit.
  - Les nouveaux points de contact sont N pour la radiation Xd et M pour XA‘. Menons Cy’ perpendiculaire à CO et Ox parallèle à ab. Sur Cy’, N se projette en « et M en m. En appelant 1 la longueur du bras du levier CO, a l’angle de CO avec ab, Ai1 et Ai2 les angles de rotation de CO quand les points de contact se font en N et M, on a en coordonnées obliques:
  - On = ZAi1 = y^
  - Om =/, = y‘2
  - OJ = x‘1 = 2,066 mm.
  - O1=x2=3,823 mm.
  - Si l’on passe à un système de coordonnées rectangulaires, Ox et Oy perpendiculaire à ab
  - y = y'cos a x=x'+ y' sin &
- p.30 - vue 12/16
- - c
  - I
  - La courbe de dispersion des prismes montre que l’on doit avoir :
  - Ai, = 0,0224 (radians)
  - Ai2 = 0,0101 (radians)
  - D’autre part l = 45,2 mm et cos a = 0,9842 dans l’appareil. Les équations précédentes fournissent alors pour les coordonnées des points M et N dans le système d’axes rectangulaires Ox, Oy
  - „ x9 = —3.644 mm = 1,985
  - (3) pour M - doe pour N ; 1 2
  - y2 = 0,996 mm - (y1 = —0,449 Nous donnons à la rampe un profil cylindrique. Une section droite circulaire est définie par les coordonnées des points O, M et N.
  - De cette façon, nous obtiendrons un réglage parfait amenant une correspondance exacte entre les translations de l’objectif et les rotations du prisme pour les trois radiations XA, AD et Xc, Le réglage d’ensemble sera suffisamment approché pour toutes les autres radiations du spectre.
  - L’équation d’une section droite de la rampe est :
  - (4) (x - 0)2 + (y - 0)2 = R2
  - R étant le rayon du cercle et co yo les coordonnées du centre.
  - Numériquement, en tenant compte des conditions (3), nous avons pour déterminer ~o, yo et R les trois équations : en O: x2—y02 = R2
  - en M : (1,985 — ~0)2 — (0,449 + yo)2 = R2
  - en N : (3,644 + x0)2 + (0,996 — 0)2 == R2
  - On en tire : ~o = 15,44 mm
  - Yo == 63,60 mm à 0,05 mm près
  - R = 65,40 mm
  - Ces données sont suffisantes pour déterminer complètement la forme et l’orientation de la rampe. Celle-ci est construite par des procédés purement mécaniques.
  - Erreurs résiduelles de mise au point.
  - Dans le tableau suivant Si représente les rotations des prismes exprimées en radians pour diverses radiations et déduites de la courbe de dispersion des prismes utilisés; An les variations d’indice comptées à partir de np pour la radiation )D = 589 mu. Ax représente les déplacements du porte-objéctif en fonction des rotations Ai.
  - A/ désigne les variations de la distance focale f comptée à partir de f — 195.152 mm pour la radiation D.
  - L’erreur de mise au point est la différence
  - s = AX — Af
  - A (m y.) f (mm) An Ai Ax (mm) Af (mm) £
  - 768 . 197.218 — 0,01155 — 0,00546 — 0,0101 — 0,0048 — 2,066 — 2.066 O
  - 656 196 075 — 0,960 — 0,923 — 0,043
  - 589 195.152 O 0 O O 0
  - 486 192.996 0,01377 0,02556 0,0121 2,140 3,823 2 i56 — 0,016
  - 434 191,329 0,0224 3,823 0
  - On voit que les écarts de mise au point restent inférieurs a 0,05 mm si la réalisation mécanique est parfaite.
  - Si l’on avait plus simplement construit une rampe à profil rectiligne, en supposant Ax proportionnel à Ai (ce serait le cas si le prisme et l’objectif étaient de même matière) le calcul montre que les erreurs de mise au point auraient atteint 0,5 mm, ce qui est inadmissible quand on veut employer des fentes fines, car celles-ci joueraient alors vis-à-vis du faisceau un rôle de diaphragme non négligeable.
  - E) Fentes. — Nous avons construit des fentes du type décrit par Bayle (40). Elles sont fixées sur un plateau porté par trois colonnettes, ainsi que les miroirs mi et m2 de la figure 28, de façon que leurs centres se trouvent dans la section principale des prismes passant par l’axe optique des objectifs. La fente médiane est courbe ainsi
  - que nous l’avons dit. La longueur utile des fentes est de 8 mm. 4
  - F) Condenseurs. — L’image de la source étudiée se fait sur la fente d’entrée au moyen d’un condenseur achro-matisé pour le spectre visible et de même ouverture f/4 que les objectifs. Ce condenseur se compose de deux parties symétriques qu’ôn peut éloigner l’une de l’autre. Entre ces deux parties, les faisceaux incidents sont parallèles et c’est dans cette région du faisceau que l’on place les lames ou cuves à liquide dont on désire étudier l’absorption, ceci pour éviter toute variation de mise au point due à l’introduction d’une lame à faces parallèles.
  - J. GiLLOD.
  - (à suivre)
  - L’ÉCHELLE INTERNATIONALE DES TEMPÉRATURES
  - Un nouveau thermostat au
  - La température d’ébullition du soufre sous la pression atmosphérique normale constitue l’un des repères fonda-mentaux de l’Echelle Internationale des Températures. Les appareils actuellement utilisés pour la définition de ce repère thermométrique dérivent tous du montage décrit en 1919 par MM. Mueller et BURGESS du Bureau of Standards (Washington, U.S.A.). Leur fonctionnement est correct, bien que l’élimination de certaines erreurs (rayon-nement du thermomètre étudié vers les parois froides, uniformité insuffisante de la température dans la colonne
  - point d’ébullition du soufre.
  - de vapeur) n’y soit-sûre et complète qu’au prix de grandes précautions et de beaucoup d’expérience. Par contre, ils sont d’un usage incommode et malpropre. La Section de Métrologie du Laboratoire a commencé l’étude d’un thermostat à vapeur de soufre d’un type nouveau, d’usage plus simple et peut-être plus sûr. L’appareil, construit et essayé, a donné des résultats assez encourageants pour qu’on ait jugé désirable de faire une comparaison sys-tématique des résultats donnés par les deux types de thermostat : cette étude se poursuit actuellement.
  - 2 2 % j
- p.31 - vue 13/16
- p.n.n. - vue 14/16
- - 2 s
- p.n.n. - vue 15/16
- p.n.n. - vue 16/16