LEYBOLD 555 11 Mode d'emploi

 E. LEYBOLD'S NACHFOLGER +» 5 HOLN-BAYENTAL » ALLEMAGNE
4/67 Mode d'Emploi No. de cat. 555 11
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Tube de Perrin
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Fig. 1
Le tube de Perrin sert a mettre en évidence la nature materielle
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et la charge négative des électrons.
Le tube exige: pour-sa mise en batterie, le support expérimental
(555 05); pour son alimentation, la boîte haute tension a raccor-
der au secteur (522 37); pour son chauffage, par exemple le ==.
transformateur de 6 V; 30 W (562 76); pour la déviation du
faisceau électronique, la paire de bobines annulaires de Helm-
holtz (555 06) avec 2 accumulateurs de 6 V; 22 Ah (522 73) et
un rhéostat à curseur de 11 2 (537 26).
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1, Description
Pour produire un faisceau électronique, le tube possede un
«canon électronique», constitué par une cathode en tungstene
chauffée directement et une anode cylindrique disposée devant
la cathode. Les deux extrémités du fil de tungstene sont reliees
à des bornes creuses de 4 mm @, disposées dans le culot en ma-
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tiére plastique du tube, tandis que 1'anode est raccordée a une
fiche de 4 mm % disposée sur le cóté du col du tube. L'anode-
=
cylindrique est fermée par une paroi perforee, de façon que seul
un faible faisceau cathodique puisse sortir de l'ouverture cir-
ae
555 11 - 2°-
culaire. Ce faisceau forme sur l'écran fluorescent agencé sur le
fond du tube une tache lumineuse d'environ 4 mm de diametre.
Dans un ajutage, dont l'axe longitudinal forme avec l'axe du
faisceau électronique non dévié un angle de 45°, se trouve une
douille métallique jouant le rôle de cage de Faraday. Cette cage
est raccordée à une fiche de 4 mm ÿ disposée sur un téton en
matiere plastique & l'extrémité de l'ajutage.
Le ballon en verre ecavue et transparent a un diametre d'environ
130 mm et une longueur totale d'environ 320 mm. Les tétons ou
chapes en matiere plastique disposées sur les côtés inférieur et
supérieur du tube (fig. 1) servent a fixer celui-ci sur l'étrier
du support expérimental (555 05).
Caractéristiques techniques
chauffage : Up = 6,3 V5 Ij = 132 À
tension anodique : Uy, = 2 a > kV
courant anodique typique sous 4 kV: La = 1,8 mA
2. Principe
Les rayons cathodiques semblent constitués par des charges né-
gatives pouvant être déviées par des champs magnétiques et
electriques. Lorsque des rayons cathodiques viennent frapper
une cible appropriée, on peut vérifier le signe de la charge
ainsi reçue avec un appareil approprié. Dans l'expérience ori-
ginale de Perrin, on étudia un faisceau non dévié; dans le tube
décrit ici, le cylindre collecteur - la cible —- est au contraire
agence de façon a former un angle avec le faisceau non déviê,
Le faisceau peut être dévié par un aimant ou par une paire de
bobines annulaires de Helmholtz. ]
3. Experiences
On trouvera dans le mode d'emploi du support expérimental (555 05)
la description detaillee de la mise en batterie du tube sur le
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dit support. Les connexions électriques se font comme illustre
par la fig. 2. \
+
a) Mise en évidence de la nature matérielle des rayons cathodiques
La paire de bobines annulaires de Helmholtz (555 06) est alimen-
tée par une batterie d'accumulateurs raccordée par l'interme-
diaire d'un rhéostat a curseur. Le faisceau doit pouvoir être
dévié a l'extrémité de la cage de Faraday.
Il est indispensable que tout le faisceau pénetre dans la cage
pour éviter la production d'électrons secondaires par l'arri-
vée du faisceau sur les parois de la cage. Chaque charge captu-
rée par la cage produit, en raison de la capacité de celle-ci,
une élévation de potentiel pouvant être mise en évidence par un
appareil approprié, par exemple l'électroscope simplifié (540 09).
Cet appareil est raccordé pour cela entre la cage et l'anode.
On ajuste maintenant le champ magnétique en réglant l'intensité
du courant de l'aimant et en tournant le tube entre les bobines
de Helmholtz jusqu'a ce que le faisceau pénetre dans la cage de
Faradav et on observe sur l'électroscope une élévation momentanée
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du potentiel. On coupe alors le courant alimentant le filament ||
et observe que la charge persiste sur la cage.
Si la charge de la cage de Faraday resultait de rayons catho-
diques de nature ondulatoire, elle devrait disparaître des que
le filament cesserait de rayonner. Mais comme 1l'experience ré-
vele que la chárge subsiste sur la cage apres le refroidisse-
ment du filament, il faut en deduire que les rayons cathodi-
ques sont de nature matérielle et électriquement chargés. Par
suite de la structure corpusculaire de la matiere, on admet
l'existence de particules, qu'on appelle «électrons».
b) Détermination de la polarité de l'électron
On utilise ici le même montagé que pour l'expérience a) et en-
clenche les sources de tension. On accumule une charge sur la
cage de Faraday et contrôle la.polarité du potentiel obtenu par
comparaison avec un potentiel de signe connu.
555 11 … 4 —
“Pour ce faire, on approche de l'électroscope un bâtonnet char-
gé par frottement (541 01 ou 04) d'électricité de signe connu.
On observe alors qu'un bâtonnet chargé négativement augmente
la déviation.
On peut exécuter des expériences similaires avec l'électroscope
de Wulf (546 00), dont la contre-électrode sert a comparer la
polarité, et l'amplificateur de mesure (532 01). L'expérience
révele que la charge de l'électron est de signe négatif.
с) Etude de la sensibilité a la déviation des électrons
La vitesse des électrons dépend de la tension anodique: une élé-
vation de cette dernière conduit a une augmentation de la vitesse.
Quand des électrons de vitesse différente traversent un champ
magnétique stable, on doit s'attendre à ce que les plus lents
soient les plus devies et que les plus rapides le soient les
moins. Au contraire, on doit s'attendre & ce que, pour dévier
dans la même mesure des électrons de vitesse différente, le champ
magnétique soit plus élevée pour les électrons plus rapides.
On: utilise le méme montage que pour l'expérience a). En faisant
passer dans les bobines un courant stable, on mesure la dévia-
tion de la tache lumineuse a mesure que la tension anodique
croît pour un champ de déviation stable. On constate aussi que
là déviation diminue a mesure que U, augmente.
La déviation du faisceau peut être exprimée par cm/A pour une
tension anodique déterminée. Le dispositif peut être employé
en ce sens pour mesurer le courant.
* UL
E ma for wae fly
Fig. 2
On mesure le courant Iq devant passer dans les bobines pour de-
vier le faisceau de 50 mm, c'est-a-dire dans la cage de Faraday,
et cela pour differentes tensions anodiques. On constate qu'il
faut augmenter I, au fur et a mesure que U, croît.
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On peut donc déduire de la forme invariable de la tache-lumi-
neuse apparaissant sur l'écran, lors du passage des électrons
a travers un champ magnétique, que les électrons sont animês
tous d'une vitesse presque identique en quittant le filament.
d) Expériences d'initiation au fonctionnement d'un 'oscillo-
graphe & ravons cathodiques
A l'aide de la bobine additionnelle (555 18), on peut produire
un second champ magnétique perpendiculaire a la paire de bobines
annulaires de Helmholtz. Le faisceau electronique du tube peut
ainsi être dévié simultanément dans les directions verticale
et horizontale. Si l'on excite les deux champs magnétiques
avec de l'alternatif de même fréquence (par exemple 50 Hz), on
obtient des raies, des cercles ou des ellipses suivant la po-
sition de phase et l'amplitude.
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Si au contraire on alimente la paire de bobines de Helmholtz avec
de l'alternatif de fréquence variable fourni par l'oscillateur RC
(587 00), on peut montrer de nombreuses figures de Lissajous
(voir & ce sujet le mode d'emploi de la bobine additionnelle
(555 18)).
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