Loi ou phénomène : Mise en évidence des faisceaux d’électrons (anciennement rayons cathodiques).

Description : Il s’agit d’un tube scellé en verre, de forme conique, à l’intérieur duquel ont été fixées une cathode métallique circulaire et une pièce métallique en forme de croix de Malte. Cette pièce, montée sur pivot, peut être inclinée jusqu’à l’horizontale. Le plus souvent, l’anode pénètre dans le tube par une tubulure latérale encastrée dans un pied en bois afin que l’axe du tube reste horizontal. Cependant, dans certains modèles, la croix de Malte sert d’anode.
Un vide très poussé de l’ordre du millième de millimètre de mercure, a été réalisé à l’intérieur de ce tube.

Expérience : On relie la cathode au pôle négatif et l’anode au pôle positif d’une machine électrostatique qui délivre de très fortes tensions (plusieurs kilovolts). On observe une belle fluorescence verte sur la paroi opposée à la cathode. En outre, lorsque la croix n’est pas horizontale, son ombre se détache sur la surface illuminée.

Cette lueur s’expliquerait par le fait que les électrons issus de la cathode circulent à très grande vitesse du fait de la forte tension. Lorsque des électrons percutent des atomes du verre, ils les excitent. Le retour rapide à l’état fondamental s’accompagne d’une émission d’énergie sous la forme d’une fluorescence.

Remarque : Les premiers tubes à décharge, tel celui-ci, furent fabriqués et le phénomène étudié à partir des années 1870. Le modèle qui expliquait cette expérience, mettait en jeu des « rayons cathodiques ». En 1897, Joseph John Thomson montra que ces rayons étaient en fait des faisceaux de particules chargées négativement, particules nommées « électrons », qui furent étudiées par les plus grands physiciens de cette époque, tels que Becquerel, Rutherford, Millikan, Bohr.

D’autres modèles de tube de Crookes ont été construits, comme celui avec roue phosphorescente, avec moulinet sur rails, avec miroir concave, avec miroir concave et feuille de platine, bianodique ou encore à quatre électrodes.