Coll̬ge de Saussure РGroupe de physique

Mots clés | courant électrique | décharge électrique | faible pression | gaz

Décharge électrique dans un gaz sous faible pression. Un tube en verre est muni de deux électrodes reliées à un générateur de haute tension ( 0-5000 V ). Le tube est monté sur la pompe à vide. Le dispositif permet d’observer les phénomènes lumineux en relation avec le passage du courant électrique dans de l’air dont la pression peut être diminuée en cours d’expérience. Cette expérience peut être utilisée pour montrer aux élèves les effets d’un courant électrique dans un gaz qui se compose du déplacement des charges négatives mais aussi simultanément du déplacement des charges positives ( en sens inverse ).

• Enclencher le générateur et régler la tension entre 1800 et  2000 V.
• Enclencher la pompe à vide et l’arrêter au moment où commence les phénomènes de luminescence. ( colonne pleine de lumière, photo 2 )
• Réenclencher la pompe  et l’arrêter à nouveau lorsqu’on observe les stries lumineuses ( photo 3 ).
• Poursuivre le pompage jusqu’à disparition des phénomènes.
• Pour fixer la pression un petit moment on peut aussi tourner la vanne rouge pour fermer le conduit entre le tube de verre et la pompe.
• Ne pas dépasser la tension de 5ooo V ( production de rayon X lors que la pression est devenue très basse  !!! )

• La décharge électrique dans un gaz sous faible pression est un phénomène relativement complexe. Son aspect change passablement en fonction de la pression.
• Le courant dans le gaz comprend deux  composantes: d’une part un déplacement d’électrons libres, provenant de l’ionisation d’une partie des atomes, et d’autre part un courant ionique dans le sens opposé.
• Lorsque la pression est descendue au voisinage de 10 mmHg ( photo 2 ), le tube est rempli par la colonne positive  et à l’avant de la cathode apparait une zone lumineuse bleuâtre ( la lumière négative ) séparées par une zone sombre ( espace de Faraday ). La lumière positive est émise par les atomes qui ont été excités par collisions avec les électrons libres, accélérés par la différence de potentiel entre les électrodes, et la lumière négative est produite par les atomes excités lors de leur collision avec les ions positifs qui se déplacent en sens opposé des électrons.
• Lorsque la pression arrive au voisinage de 1mmHg, la colonne de lumière positive se  stratifie et prend l’aspect d’une pile d’assiettes concaves vers l’anode ( photo 3 ). La distance entre deux zones lumineuses correspond à la distance d’accélération nécessaire aux électrons pour acquérir suffisamment d’énergie pour être capable lors de la collision avec un atome du gaz d’ exciter celui-ci pour qu’il produise ensuite de la lumière.
• En diminuant encore la pression l’aspect de la décharge devient plus complexe encore avec l’apparition de nouvelles zones, mais devient en même temps beaucoup moins lumineuse et son interprétation devient plutôt une affaire de spécialiste. Voici un schéma qui décrit toutes les zones de la décharge.