MACHINES ÉLECTRIQUES

Machines à frotloment. — Macljines de Itamsden, de Van Marum et de

Nsirne. — Macliine U'Armslrong.

Machines fondées sur l'influence. — Éleclroptiore. — Machines de Dorttich

el de M, Carré. — Machines de HolU, de première espèce,— Influence

du conducteur diamétral. — Machines de llokz, de seconde espèce.—

Machines à écoulement de Sir W. Thomson.

MACHINES A KROTTEMENT.

Les plus anciennes macliines électriques, celle d'Olto de Guericke [ ' ] par exemple, se réduisaient à un corps mauvais conducteur, sphérique ou cylindrique, que l'on animait d'un mouvement de rolalion rapide et qui s'éleclrisail en frottant contre la main de l'expérimenlateur. On lirait directement les étincelles de la surrace du corps isolant.

Uose (') eut l'idée de suspendre au voisinage de l'isolant Troité un cylindre de Ter-blanc terminé du cMé de l'isolant par un paquet de fils métalliques el suspendu à des cordons de soie. La machine électrique ainsi constituée a servi de type à la plupart des machines à frottement ; on y retrouve toujours un isolant qui s'électrise par le frottement, et un conducteur termiiu; par des pointes qui se charge par inQuence d'électricité de même nom que celle du corps rpotlé : c'est du conduc leur que l'on tire les étincelles.

{') Otio YOH CcQUCJiE, Expérimenta nma (ul TOCinlur] MagàthurgUa, Csput XV.

(') Die Eleelriciiàt iiaeh ihrer Enid/rekang mid Forigang, etc. [Willenborg,

îi8 ÉLECTRICITÉ STATIQUE.

HACHIRES DE BAHSDEIT, DE VAH KABUM ET DE RAHUIE. — La machine t'lcclri<i<ie la plus répandue en France se rapproche beaucoup de celle qtt'avail imaginée Ramsden. Elle a pour organe principal un plateau de verre choisi parmi les moins hjgromélriqLcs que l'on puisse rencontrer {fig.GS]; il esl

Fis. 68.

traversé par un ane métallique tournant dans des colleis et soutenu par des montants de bois E, E'; il peut être mis en mouvement de rotation par une manivelle M, Pour frolieroe verre, il v a deux systèmes de coussins : le premier A en haui des supports, le second tout à fait semblable {i\é *n A' à la base. II esl évident qu'en tournant la manivelle on fait successivement passer tous les points des deux faces du verre conliv les couEgitis; ils y prennent de l'électricilé positive.

MACHINES A FHOTTI-MENT. aag

On trouve qu'il esl avantageux de maintenir les coussins en relation avec le sol. Pour réaliser celte condition, on dispose le long des supports et à leur partie interne une règle de cuivre qui rrgne sur toute leur longueur et qui se relie au sol par une chaîne qu'on laisse toujours pendre. Chaque coussin est en communication avec cette règle. Il est formé d'une plaque en bois bien plane, recouverte de cuir, bourrée de crin et soigneusement garnie de Teuitles d'étain laminé qui la rendent conductrice. Des ressorts métalliques, qui prennent leurs points d'appui contre le support d'une part et contre les coussins de l'autre, exercent sur le verre une pression constante et partout égale.

I)e pareils coussins développeraient très-peu d'électricité, car il ne suffit point de frotter le verre, il faut encore le frotter avec les substances qui l'électrisent le plus; or, l'expériencea montré depuis longtemps que l'or mussif (bisulfure d'éiain) réalise cette condition. On réduit ce corps en poudre trèsfine; on le lave, et, après l'avoir séché, on enduit les coussins de cette poudre que l'on fait adhérer avec un peu de suif. D'autres expérimenlateui-s préfèrent un amalgame d'étain que l'on emploie de la même façon et qui réussit aussi bien [ ' j.

11 faut maintenant recueillir l'électricité développée sur le verre et l'accumuler sur les conducteurs de la machine. Ce sont deux cylindres de laiton HK, U'K' réunis entre eux, soutenus sur des pieds de verre et dirigés perpendiculairement au plateau vers les deux extrémités de son diamètre horizontal; ils sont terminés par deux pièces I*, P' contournées en forme d'L*, que l'on nomme les mâchoires et qui embrassent le verre entre leurs branches. Ces conducteurs se chargent par l'intluence du plateau; ils prennent l'électricité négative sur les mâchoires ; la positive est reléguée aux parties les plus éloignées, et il y a une ligne neutre sur chacun d'eux.

Pour compléter la machine, on utilise le pouvoir des pointes;

lur I partis I pirtia da

a3o ÉLECTRICITÉ STATIQUE.

on implante dans les deux branches des mâchoires deux séries d'aiguilles de cuivre dirigées vers les deux faces du verre. Cest sur ces pointes que Télectricité négative s'accumule; elle s'en échappe en auréoles brillantes, franchit la couche d'air et arrive sur le plateau où elle s'unit à l'électricité positive que le frottement y avait développée. Cela produit deux résultat^ également importants : d'abord le verre revient à l'état naturel, et -un nouveau frottement y pourra ramener une nouvelle charge ; ensuite le conducteur perd son électricité négative et il se trouve chargé positivement dans toute son étendue, mais surtout à ses extrémités K, K'.

Si nous suivons maintenant le plateau dans son mouvement, nous nous rendrons exactement compte du jeu complet de l'appareil. Prenons, par exemple, un point du verre placé d'abord à la base contre les coussins A'; en frottant, il se charge, puis il monte peu à peu pendant que la manivelle tourne, et il vient passer dans la mâchoire P; là il se décharge. Continuant son mouvement, il prend une nouvelle quantité d'électricité en A; il la perd de même dans la seconde mâchoire P' et revient enfin à la partie inférieure pour recommencer la même série de phénomènes pendant toute l'opération.

Il faudra autant que possible empêcher toute déperdition par l'air dans le trajet que fait le verre depuis les coussins où il se charge jusqu'à la mâchoire où il se décharge, et c'est pour cela qu'on enveloppe le plateau d'un écran double de taffetas ciré, qui Tisole de l'air humide. A cette précaution on en ajoute d'autres toutes les fois que l'on veut opérer : c'est de chauffer toutes les parties de la machine, de frotter à l'avance tous les supports des conducteurs avec des linges séchésau feu, sans quoi l'électricité disparaîtrait à mesure qu'elle se produit. Quoi qu'on fasse, ces instruments ne marchent qu'avec la plus grande peine pendant les temps humides. D'un autre cùié, toutes ces précautions deviennent inutiles quand l'air est bien sec.

La machine précédente ne permet de recueillir que Télectricité positive; si l'on veut obtenir la négative, il faut modifier sa construction, isoler les coussins et recueillir leur électricité que nous laissons perdre. On y parvient par la disposition suivante.

MACHINES A FROTTEMENT. a3i

quiestdueàVanMarum (') (^îg-. 6g). L'axe de rolation CAB est trés-alIongé, il supporte le plaleau à l'une de ses exlrémilés B où il est garni de pomme laque, et on l'équilibre à l'autre bout par un contre-poids C. Les coussins E et E' sont isolés sur des pieds de verre; mais on peut, ou maintenir cet isolement, oa le supprimer au moyen d'wn arc métallique 1)1)', qui est relié

au sol par son support, et qui, pouvant tourner en A, se place, ou dans nn pian veriiMl, ou horizontalement jusqu'à toucher les coussins. Le conducteur FfiF', qui est toujours isolé, peut lui-même élre placé dans une position verticale en face du verre, ou horizontale en contact avec les coussins. Otte machine fonctionne de deux manières ; i» on fait communiquer les coussins au sol par l'arc DD' et l'on met verticalement le conducteur FF'; alors celui-ci se charge positivement, comme

(■ ) Vu Mun, Deaxitmt

'.. Uailam, 17(17.

a3a ÉLECTRICITÉ STATIQDE.

dans la machine ordinaire, et l'éleciricité négative se perd; 1' on réunit les coussins avec le conducteur FF' et l'on dirige verticalement l'arc DD'; à ce moment, c'est l'électricité du verre qui rentre dans le sol, et c'est celle des coussins, la négative, qui est accumulée sur le conducteur.

Enlin la machine de Nairne ( ' ) [fig. 70) rournit à la fois les deux électricités. Le plateau y est remplacé par un manchoa de verre qu'on fait tourner sur son axe MN par une manivelle. Il n'y a qu'un seul coui^sin C qui est d'un côté du manchon et

Fie 7..

qui se relie avec un conducteur isolé AB, Sur l'autre face, 00 voit un second conducteur DE armé de pointes dirigées vers le verre, et qui lui-même est isolé. Si l'on veut recueillir seulement l'une des deux électricités, la positive ou la négative, on fait communiquer au sol ou le coussin C ou le conducteur ED, aQn de perdre l'électricité dont on n'a pas besoin et d'atteindre la limite de charge pour celle que [l'on garde. Si on les veut toutes les deux à la fois, on maintient l'isolement du coussin et du conducteur.

Les machines de Ramsden, de Van Marum et de Nairne b|^ particnnent à une famille unique: elles sont susceptibles de nombreuses modilicalions, parmi lesquelles nous eu sigiiale-

('} Philotofhwal Triuliaetionii t^^'^.

ÉLEGTROPHORE. Mt

e fabrique en coulant dans un moule métallique -AB un gâteau de résine mêlée de poix dont la surface extérieure doit lire lisse. Pour s*en servir, on le frotte avec une peau de îhat : il s*électrise négativement et» quand cela est fait» on )lace sur lui un plateau de bois EF couvert d'étain en lames et surmonté d*un manche isolant H. Ce plateau subit Tinfluence Hectrique de la résine, prend de Télectrlcité positive à sa face Inférieure et de la négative sur sa surface externe; on le touche avec le doigt, ce qui donne une faible étincelle et snlève le fluide repoussé; puis on le soulève, ce qui détruit l'influence et permet à Télectricité positive de se répandre sur toute la surface, et en approchant le doigt on reçoit une seconde étincelle plus forte que la précédente. Comme la résine n'a rien gagné ni perdu dans cette manifestalion et qu'elle demeure électrisée négativement, on pourra placer de nouveau le plateau EF sur le moule, le toucher, le soulever pour en tirer une étincelle et répéter autant de fois qu'on le voudra le même cycle d'opérations. Une quantité limitée d'électricité développée sur la résine par le frottement de la peau de chat permet ainsi de charger un nombre de fois indéflni le plateau EF et d'obtenir une quantité illimitée d'électricité positive par une série de phénomènes d'influence.

Ainsi présentée, la théorie de l'électrophore est encore incomplète : le moule qui contient la résine et que nous n*avons pas fait intervenir dans notre explication a aussi son rôle, et on le découvre de la manière suivante. Posons l'électrophore sur un support isolant. Si la face supérieure du gâteau de résine est chargée négativement, la base doit être positive et doit condenser du fluide négatif sur la partie du moule qui la touche. En posant le plateau EF, on change cette distribution; on développe une nouvelle décomposition par réaction dans la résine, par suite dans le moule, et l'on trouve de l'électricité positive à sa base : c'est, en effet, ce qui a lieu. Je suppose que Ton enlève cette électricité; l'effet doit être d'augmenter la dé-

J. et B., Éleetrieité statique, — I. 3* fasc. i6

a34 ÉLECTRICITÉ STATIQUE.

débit de la machine : on entend par cette dernière expression la quantité d'électricité qui traverse dans Tunité de temps le conducteur de la machine supposé en communication avec le sol. Le potentiel maximum est très-considérable et le débit extrêmement faible : il en résulte que ces deux quantités sont difficiles à mesurer avec précision, qu'elles ont été rarement étudiées, et que la théorie actuelle des machines électriques reposant sur un nombre très-restreint de déterminations numériques doit être considérée comme incomplète et provisoire, ou tout au moins n'être acceptée que sous certaines réserves. •

f'^Les physiciens admettent, et nous démontrerons plus tard par Texpérience (* ), qu'il y a une différence de potentiel oV, constante et caractéristique, entre deux métaux donnés, le cuivre et le zinc par exemple, qui sont en contact par une poi^

tion de leur surface. Il en résulte qu'un disque de cuivre C et un disque de zinc Z [fig. 73) situés à une petite distance l'un de Tautre et en communication par un fil de cuivre c et un fil de zinc z soudés en a, constituent un condensateur à lame d'air chargé par une différence de potentiel oV.

Ces disques portent donc sur leurs faces en regard des quantités égales d'électricités de nom contraire dont la densité est

Fig. 73.

Cette densité croîtrait indéfiniment quand on fait tendre t vers zéro (c'est-à-dire quand on amène les deux disques au contact), si la charge des plateaux était rigoureusement située sur une surface géométrique. En réalité, on doit admettre queb différence de potentiel entre les deux métaux ne s'établit pas d'une manière brusque, mais d'une manière progressive, dans une région limitée à une épaisseur très faible e de part et

(») Vûtrl. IV.

IfACHINB DE BERTSCH.

Des isolés P et P'. Un inducteur I, également en caoutic durci, est électrîsé négativement : on peut négliger son eoce sur le disque tournant E, mais non celle qu'il exerce vers le plateau (qui n'étant pas conducteur constitue un a électrique très imparfait), si^r le peigne P placé de l'autre . Ce peigne laisse écouler de l'électricité positive emportée

le monvement de rotation du plateau, tandis qu'une quanégale d'électricité négative est repoussée en A sur le coneur du peigne P. L'électricité positive du plateau agit à lour par influence sur le peigne P' ; celui-ci laisse écouler 'électricité négative et ramène le plateau à l'état neutre; électricité positive est repoussée en A' sur le conducteur eigne P'. Des étincelles jaillissent entre A et A' d'une ma- ) continue, comme entre les deux conducteurs d'iuie liine de Naime ou d'Armstrong.

a36 ÉLBCTRICITÉ STATIQUE.

4^ Voyons maintenant ce qui se produit pendant le jeu d'une machine électrique dont nous supposerons d'abord les coussins isolés. A mesure que le verre est entraîné par le mouvement de rotation, il emporte à sa surface une partie de Télectricité positive de la couche double et une quantité équivalente d*électricité négative devient libre sur les coussins. Le potentiel négatif de ceux-ci, dont/lfious désignerons par V la valeur absolue, augmente donc sans cesse à mesure que le disque tourne, pourvu que le verre arrive aux coussins à Tétat neutre. Or, c'est précisément ce qui a lieu, grâce au conducteur armé de pointes : Télectricité positive du verre est neutralisée par . de l'électricité négative fournie par les pointes et une quan- 1 lité égale d'électricité positive apparaît sur le conducteur. Le potentiel positif + \' de celui-ci augmente donc en même temps que le potentiel négatif des coussins, et il n'y a d'autre terme à cette double augmentation que la production d'une décharge entre le conducteur et les coussins. La limite correspondante de la difiFérence V'-*- V des deux potentiels dépend essentiellement de la forme et des dimensions de la machine.

5"" Si les coussins de la machine communiquent avec le sol, la limite U du potentiel du conducteur, correspondant à la production d'une décharge entre le conducteur et les coussins, sera sensiblement égale à la différence de potentiel limite V -^ V de l'expérience précédente. Le potentiel limite U est donc plus grand que Y : en particulier, si la capacité du conducteur est égale à celle des coussins, on a V= — V, et par suite U = 2 V. On voit donc pourquoi l'on met les coussins en communication avec le sol dans les machines, comme celle de Ramsden, où l'on veut obtenir de l'électricité positive au plus haut potentiel possible.

6<* En ce qui concerne le débit d'une machine électrique, 0 est, d'après ce qui précède, proportionnel à la surface frottée. Pour une même machine il sera donc, dans des limites assex larges, indépendant de la pression exercée entre le verre et les coussins, et proportionnel à la vitesse de rotation. Pour des machines d'espèce différente, à surface et à vitesse égale, il variera avec la nature des corps frottés, mais non propor-

MACHINE DB HOLTZ. a45

Elle comprend :

I* Un plateau fixe de grand diamètre supporté par quatre tiges isolantes horizontales, reliées elles-mêmes au bâti de la machine. Ce plateau est évidé sui-

Fiff 8 f

vani deux secteurs F et F et porte en \

ht h' deux armatures en papier fort, représentées séparément [fig. 8i) : v

elles sont disposées symétriquement w^-p kï^a

par rapport au centre du plateau, de ^

telle sorte qu'un observateur se déplaçant sur le plateau dans le sens de la flèche rencontrerait la pointe de chaque armature avant d*en rencontrer la base;

^'^ Un plateau mobile de diamètre plus faible porté par un axe qui traverse le plateau fixe et auquel on communique un mouvement de rotation rapide, dans le sens de la flèche, par un ou plusieurs cordons sans fin et un système de poulies;

3** Deux peignes isolés faisant face aux bases des armatures et reliés aux conducteurs C et C Habituellement Tun de ces conducteurs porte une coulisse [fig- 83) que l'on peut faire glisser à Taide d'un manche d'ébonite, de manière à amener les conducteurs en contact ou à les séparer.

Pour amorcer la machine, il convient de pousser la coulisse au contact. On touche Tune des armatures, A par exemple, avec un corps chargé négativement (soit une plaque d'ébonite frottée avec de la flanelle) et Ton est bientôt prévenu par un bruissement très accusé que la machine est amorcée. Si Ton ouvre alors la coulisse, des étincelles jaillissent entre les deux conducteurs. Elles sont essentiellement constituées par des aigrettes qui se changent en étincelles proprement dites quand on met les deux conducteurs en relation avec les armatures d*un condensateur de petite dimension BB' (fig. 83).

Pendant qu*on amorce la machine, Tarmature h électrisée négativement provoque un écoulement d'électricité positive par le peigne qui lui fait face, et conséquemment un écoulement d'électricité négative par le peigne le plus éloigné. Ces électricités inverses entraînées par le mouvement du plateau viennent se présenter aux pointes des armatures et réagissent sur elles : ainsi la région positive du plateau arrivant devant hl fera

a38 ÉLECTRICITÉ STATIQUE.

chappanty une électricité opposée. Voulantanalyser cette action, M. Armstrong puisa la vapeur dans une chaudière par Tintermédiaire d'un large tube de verre qui se terminait par un robinet isolé. Tant que la vapeur n'avait point d*issue, rien n'était électrisé; mais quand on la laissait sortir, elle prenait rélectricité positive, et le robinet conservait la négative; d'ailleurs la chaudière restait à Tétat naturel. Il est évident dès lors que la séparation des deux fluides se fait non dans l'intérieur de Tappareil pendant rébuliition, mais au point où la vapeur sort en frottant contre les parois du robinet. M. Armstrong eut ridée de transformer cette chaudière en machine électrique; mais, avant de montrer comment il y réussit, il faut compléter l'étude du phénomène.

Nous venons déjà de remarquer que c'est au moment où elle sort par l'oriflce d'échappement que la vapeur s'électrise; mais elle ne le fait pas toujours. Faraday ( * ], l'ayant surchauffée de manière qu'elle fût sèche, vit disparaître toute électrisation. En la faisant passer, au contraire, avant sa sortie, dans une botte contenant de l'étoupe mouillée, elle se chargeait de gouttelettes liquides, et alors l'électricité était très abondante. On est donc porté à croire que ce sont les gouttes d'eau et non pas la vapeur qui s'électrisent en frottant contre les parois du bec.

Cette conclusion est confirmée par de nombreuses expériences. Un jet d'air sec qui s'élance dans l'atmosphère ne s'électrise point; mais s'il est humide ou qu'il contienne des poussières, le bec et le jet prennent tous deux des fluides opposés. Quand Teau de la chaudière est distillée, le bec devient négatif et le jet de vapeur positif; avec de l'eau ordinaire, il ne se produit rien. £n dissolvant des sels en proportions très faibles dans l'eau pure, on détruit également l'action ; mais on la reproduit si, au Ueu de matières conductrices, on met dans la chaudière des essences, des huiles ou des corps gras, et dans ce cas le partage de l'électricité se fait d'une manière inverse, la vapeur est négative et la chaudière

( * ) Annales de Chimie et de Physique, 3* lérie, t. X, p. 88.