CORPS MAUVAIS CONDUCTEURS

Le soufre.

l.e verre.

Le caoutchouc

La gutta-percha.

Le mira.

La «oie.

NOTIONS MHEI.IM1NAIHKS.

3tiU

L’air sec.

tes végétaux sec»

647. </«rpR isolante. — Un corps bon conducteur en contact avec le sol ne conserve pas son état électrique : c’est un fait d'expérience, dont la découverte de Gray donne l’explication. Le sol, en eflet, conduit bien l’électricité; il n’en reste par suite qu’une quantité inappréciable sur le corps, qui dès lors ne peut plus manifester aucune action sur les corps légers. De même, lorsqu’on touche avec la main un corps électrisé, il se décharge immédiatement ; cela résulte de ce que le corps de l’homme est un bon conducteur, qui établit une communication avec le sol.

Il est nécessaire, si l’on veut garder un corps à l’état électrique, de le soutenir par un corps mauvais conducteur. Des (ils de soie, des tiges de verre, des plateaux de résine servent fréquemment à cet usage. Ces substances isolent les corps de toute communication avec le sol et sont appelées à cause de cela substances isolantes. Elles remplissent bien leur objet; mais il faut que l’air soit sec, sans quoi la communication s’établit non-seulement par l’intermédiaire de l’air, mais par les supports qui, en se recouvrant d’humidité, deviennent bons conducteurs. Les supports de verre sont dans ce cas; toutes les fois que l’atmosphère n’est pas trèssèche, ils n’isolent- bien, que s’ils sont enduits d’une couche d’une substance isolante et non hygrométrique, de gomme laque par exemple.

648. Ton* le» corps «'électrisent par le frottement. — Les nouvelles notions acquises amenèrent à reprendre les anciennes expériences, qui avaient fait croire à l’impossibilité d’électriser certains corps par le frottement. Ces expériences étaient faites dans de mauvaises conditions, car le métal que l’on frottait, était tenu à la main, et se trouvait en communication avec le sol. Nous savons à présent que pour une épreuve sérieuse, la

Kig. Ï52.

pièce métallique M doit être tenue isolée par un manche de verre V par exemple Ifig. 2o2). L’expérience, faite dans ces nouvelles conditions,

370 ÉLECTRICITÉ

montre que le métal. frotté avec lu peau de chat, acquiert, tout aussi lucu que la résine, la propriété d’attirer les corps légefs.

641). Hypothèse «le» deux fluide» électrique». — Quelques années après la découverte de (ïiay, en 1733, Dufay, physicien français, observa de nouveaux phénomènes, que nous allons reproduire avec un appareil classique destiné à nous servir plus d’une fois : c’est le /tendule électrique. Il consiste en une balle de sureau dorée | fiy. 233) soutenue par un fil de soie attaché à un pied de verre, c’est-à-dire en un corps léger suspendu à la manière d’un pendule, mais dont le support et le fil de suspension sont isolants.

lin bâton de verre, frotté avec de la flauelle, attire la balle de sureau qui s’électrise, dès qu’elle vient à toucher le verre (644). Cette balle isolée garde son électricité, lorsque l’on écarte le verre et qu'elle se détache. Tout cela résulte • de ce qui a été dit précédemment. Mais si nous approchons de nouveau le bâton de verre, un autre phénomène se manifeste : la balle électrisée par le verre n’est plus attirée : elle est an contraire repoussée. Enfin de cette balle, que le verre repousse, approchons-nous un bâton de résine frotté avec de la peau de chat, une attraction se manifeste. Ainsi l'électricité de la résine n'agit pas connue celle du verre. De là les physiciens ont été conduits à admettre deux espèces de fluide électrique. liront appelé fluide vitré , ou plus souvent positif, celui qui se développe sur le verre frotté avec de la flanelle ; et fluide résineux on négatif celui qui se développe sur la résine frottée avec do la peau de chat. ■ ■

650. L’expérience qui précède peut être répétée, en approchant d’abord la résine, puis le verre, et elle réussit également bien. Dans les deux cas. l’électricité de la balle de sureau est repoussée par le corps qui la lui a donnée; d’où celte loi : Les électricités de même nom se repoussent. De mémo l’électricité de la*ballc de sureau est attirée par celle dont elle n’est pas chargée; ce qui donne une seconde loi : Les électricités de noms contraires s’attirent.

651 . lie» «leux fluide» él«*etrique» »e développent simultanément. —

Lorsque l’on dit qu’un bâton de verre est frotté avec de la flanelle, on peut dire avec tout autant de raison, que la flanelle est frottée avec le bâton de verre ; cette nouvelle manière de considérer les faits porte à se demander, si la flanelle ne s'électrisa pas en même temps que le verre. Pour résoudre la question, il faut tenir la flanelle par un manche isolant, car elle est ellemême un peu conductrice.

Fif|. 253.

NOTIONS PKÉLIMINAIHKS.

Un prend deux plateaux (fig. 2ol), dont l'un V est de verre et l’autre F est revêtu de llanelle. Un les frotte l’un contre l’autre, en les tenant perdes manches de verre ; ils se chargent Ions deux, mais d’électricités contraires. C’est ce que l’on constate, en approchant successivement la face frottée de chaque plateau d’uu pendule chargé d’électricité négative par exemple : le plateau de flanelle repousse la bulle de sureau, l’autre l’attire. Donc, les deux électricités se sont développées simultanément.

On peut donner à l’expérience une forme plus intéressante : Deux personnes montent chacune sur un tabouret à pieds de verre: par conséquent elles sont isolées. L’une d’elles frappe avec une peau de chat sur le dos de l’autre, et aussitôt elles s’électrisent toutes les deux. On peut s’assurer, en effet, que l’une repousse le pendule de moelle de sureau électrisé par la • résine; l’autre repousse le même pendule électrisé par le verre.

652. En un mot, on peut considérer ce résultat comme général. Deux corps frottés l’un contre l’autre prennent toujours: l’un l'électricité positive, l’autre F électricité négative. Ceci est vrai alors même qu’on emploie deux portions d’une même substance, deux lames de verre, par exemple; il suffira qu’il existe entre les deux lames une différence quelconque, soit dans l’état des surfaces, soit dans la température, pour que l’une s’électrise positivement et l’autre négativement. Ce serait seulement dans le cas d’tme identité absolue entre les deux corps frottés que l’électrisation cesserait de sp manifester. On comprend, en effet, que dans ce cas il n'v aurait aucune raison pour que chaque fluide se répande plutôt sur l'une des lames que sur l’autre. Jusqu’ici ce cas particulier n’a jamais été observé.

653. Fluide neutre. — D'après ces résultats, le développement de l’électricité par le frottement a été expliqué au moyen t^une nouvelle hypothèse. Les physiciens admettent que. dans tous les corps, existent les deux électricités, unies ensemble en proportion telle, que l’action de l’une est exactement capable de neutraliser l’action de l’autre. On a donné le nom de fluide neutre à cette combinaison des deux fluides électriques. Le frottement et, en général, toute cause capable de produire l’électrisation des corps, n’a d'autre effet que de séparer en partie les fluides com-

• binés ; sur l’un des corps soumis au frottement du fluide positif devient libre, et sur l’autre, du fluide négatif. Mais sur tous deux il reste toujours du fluide neutre non décomposé : du moins aucune expérience n’autorise a supposer qu’il en soit autrement.

KI.EGTR ICI T K.

65i. Principe de ln balanrr drCunlomb. — Comment varient, avec In distance, les attractions ou les répulsions des fluides électriques? Pour résoudre la question, Coulomb a construit un appareil dont la théorie repose sur l’une des lois de la torsion qu’il avait lui-même établies : les forces de torsion sont proportionnelles aux angles de torsion.

Soient, par exemple, un fil métallique PF' (/ ig . 255) retenu par une pince, et une aiguille horizontale HD. fixée à l’extrémité inférieure de cé fil. Si l’on fait tourner celte aiguille autour du point F comme centre, en la maintenant horizontale, elle tendra par la torsion du lil à revenir à sa position première. Or Coulomb a démontré, qu’il était nécessaire de donner à la force, employée pour tordre le fil, une intensité double, triple, quadruple, quand on voulait maintenir l’aiguille écartée de sa position d’équilibre d’un angle double, triple et quadruple, c’est-à-dire quand l'«n-

ïl . g le de torsion était rendu deux fois, trois fois plus

Kis. ïbbi grand. On suppose que la force employée est horizontale. perpendiculaire à l’aiguille et appliquée toujours en un même point H. •

655. Bninnrr «le Coniomi». — La balance de Coulomb se compose d’un

fil métallique FF' et d’une aiguille de gomme laque Flf (fig. 256) qui |>orte en B une petite balle de sureau dorée. Le tout est contenu dans une cage de verre, formée d’un cylindre à large section, qui contient l’aiguille, et d’un tube TT', qui ne renferme que le fil. Cette cage a plusieurs usages : t" elle protège l’appareil contre les agitations de l’air extérieur, et comme l’atmosphère y est desséchée par de la chaux vive, elle donne le moyen d’opérer dans un milieu conducteur : 2° elle sert de support à des divisions en degrés OC' qui, placées à 1a ... . ... hauteur de l’aiguille, en in-

diquent les déviations; 3° en-

fin, son couvercle percé d’un trou 0 donne te moyen d'introduire une balle A en regard de la balle B; une espèce de bouchon ferme l’ouverture 0 et maintient à la hauteur voulue la lige qui supporte A.

Digitiz

NOTIONS PH ÉLIMINAI» K S.

Une garniture de métal G placée au sommet du tube est coiffée d'un cha- |R!au métallique KK’ {fig. 25(5 et 257) appelé tambour, qui n’a de fond qu'à la pal lie supérieure ; ce fond |mrte en son centre la pince p qui tient le til. Le contour inférieur du tambour est divisé en degrés qui se présentent successivement devant un repère de la garniture G, quaqd on fait tourner le tambour. Le système est tel, que toute rotation du cylindre K'K entraiue celle de la pince, qui tourne exactement du même nombre de degrés; mais la pince elle-même peut tourner sans que le cylindre se meuve en même temps.

656. Expérience de Coulomb. — Au début de f expérience, l’appareil est disposé de la manière suivante : B est placé au-dessous de l’ouverture 0, et devant le zéro de la graduation ; FB se trouve donc dirigé suivant le diamètre 0° — 180°. On charge d’électricité la balle A, que l’on introduit dans la balance et qui dès lors touche B. Les deux balles chargées d’uue même es|>èce d’électricité se rt*|x>ussent ; B, qui est seule mobile, s’écarte et l’aiguille après quelques oscillations finit par s’arrêter à une position fixe, faisant avec la première un angle que l’on peut noter. Dans une expérience de Coulomb cet angle était de 36°. La force répulsive des deux boules qui maintenait cette torsion était donc égale à 36 fois la force qui, appliquée en B, serait nécessaire (tour tordre le fil d’un degré.

657. Il s’agit maintenant de faire varier la distance : on y parvient en tordant le fil à su partie supérieure; pour cela, ou tourne le tambour KK’ et l’aiguille est ainsi forcée à revenir vers sa position première. On continue à tordre jusqu’à ce qu’elle n’en soit plus distante que de 18°; l’expérience montre que pour obtenir le nouvel écart le tambour doit tourner de 126°, c’est-à-dire d’un angle tel que si l’aiguille n’était pas retenue par la force répulsive, elle reviendrait, par la réaction élastique du fil, non-seulement au zéro, mais encore elle dépasserait ce zéro de 126*. La torsion totale du fil est donc de 126° -|- 18° =■ t 44° . ou 4 fois 36°. Or, c’est elle qui mesure la force répulsive; ou voit donc que si la distance devient moitié la force répulisve devient 4 fois plus grande. De même, si la distance était réduite au quart, la force répulsive serait! 6 fois plus considérable; et l’on a celte loi : Les répulsions électriques varient en raison inverse des carrés des distances.

658. Loi des attractions. — La loi suivant laquelle l’attraction varie avec la distance est la même, et elle se démontre avec le même appareil. Voici le mode d’expérimentation dans un cas des plus simples.

La btiule A est enlevée; on charge d’électricité positive la boule mobile B, qui est d’abord au zéro, mais que l’on écarte de cette position initiale aussitôt que son électrisntion a eu lieu; pour cela, on tourne le tambour supérieur de 41°. Aucune torsion ne peut se produire, celle «fois, dans le fil.

ÉLECTHIC1TÉ.

puisque ancunetorce n agit sur la boule B. La boule A chargée d’éleclricilé négative est introduite dans la balance, une attraction a lieu; la boule B s’approche de A : le lil se tord, et la distance des boules devient égale à 30* ; par suite, la force de torsion, qui fait équilibre à la force attractive, est mesurée par un angle de 41° — 36° =» 3°. Pour obtenir les éléments d’une seconde mesure, on fait varier, par le mouvement du tambour, et la distance des deux boules et la torsion du lil : la première se mesure toujours sur le cercle gradué; la seconde s'estime par la quantité dont on fait tourner le tambour. On trouve que si la distance est devenue moitié, la force attractive a quadruplé; ce qui donne la mémo loi quocelle des répulsions.

Seulement, la vérification de la loi des attractions, par la méthode que nous venons d’indiquer, offre les plus grandes difficultés. Cela tient à ce que la force de torsion, variant beaucoup plus lentement que la force attractive , les deux boules se précipitent presque toujours l’une vers l’autre jusqu'au contact sans qu’il soit possible d’obtenir pour la boule mobile une position d’équilibre stable. Coulomb était obligé de tendre verticalement un fil desoie dans l’intérieur de la balance et d’électriser Irèu-faiblement les deux boules A et B; alors, s’il existait une position de B convenant à l'équilibre, l'aiguille FB, dans ce mouvement, rencontrait le fil de soie et revenait sur ses pas pour se fixer, après une série d'oscillations, à la position voulue. Même en adoptant cette disposition ingénieuse, la vérification de la loi des attractions se fait difficilement.

639. Influence de la quantité. — /.es attractions et tes répulsions électriques sont firoportionnelles aux produits des quantités d’électricité répandues sur les deux corps qui s'attirent ou qui se repoussent. C'est encore avec la balance de Coulomb que cette loi a été trouvée. Pour cela, reprenons l’éxpérience du § 637. La distance des balles est t8°, la torsion est 126° en haut, fet 18° en bas, ce qui fait une torsion totale de 144". On enlève, à la boule A. la moitié de l’électricité dont elle est chargée : il suffit pour cela de la toucher avec une boule absolument pareille. L'aiguille cesse alors de s'écarter de 18»; elle est moins repoussée, elle s’approche; on la ramène à l’écart de 18° en détordant le fil par la partie supérieure. On trouve alors 'que lu torsion totale n’est plus que de 72°, c’est-à-dire la moitié de la précédente. En enlevant, de nouveau, à lu boule fixe la moitié de sou électricité, on trouve que la force nécessaire pour maintenir la boule mobile à la même distance angulaire 18° est mesurée par un angle de 36° ou le { du 144. Ainsi, quand l’une des boules conserve une charge constante, les forces répulsives qui s’exercent entre les deux boules varient proportionnellement aux quantités d'électricité contenues dans l’autre. Cette démonstration expérimentale est suffisante; on en déduit immédia-

N DTI ON S l'HKI.IMINAIKKS.

lemeiit lu loi générale avec lu forme <[ue nous lui avons donnée au commencement de ce paragraphe.

660. Biprrwlon «Icébrlqirr dm lot» précédente*. — Soit f la loi'CC répulsive qu’exercerait, à l’unité de distance, une quantité d’électricité égale à t, sur une égale quantité d’électricité de même nom. Soient deux corps chargés, le premier d’une quantité d’électricité q, le second d’une quantité q' , et éloignés l’un de l’autre -d’une distance d. La force répulsive des électricités qui chargent ces deux corps sera :

Si les électricités étaient de noms contraires, la force attractive aurait la même expression.

601. Ces Iqis sont d’une importance capitale. Elles portent, en elles, l'explication de tous les phénomènes de l’électricité statique; elles déterminent quelles actions exercent les uns sur les autres les corps électrisés; elles ne disent pas seulement à quelles conditions ces corjis se tiendront en équilibre, mais elles donnent encore la possibilité de calculer, comment, soit sur un corps conducteur, soit sur un système de pareils corps, les électricités développées doivent se distribuer, pour que les fluides se tiennent à l'état de repos. Avec ces lois, dès que l’on sait qu’une ou plusieurs électricités sont libres, on peut dire d'avance, quelle sera la charge de chacune des parties du système. Il n’y a d’autres difficultés que celles que peut offrir le calcul.

La solution s’obtient toujours en cherchant quelle doit être la distribution des fluides électriques dans le système considéré, pour qu'une molécule quelconque de fluide soit soumise à des actions qui s'équilibrent. Par exemple, une sphère est chargée d’électricité positive, comment se distribuera cette électricité? Elle se distribuera de telle façon que, si l'on considère une molécule de fluide, soit positif, soit négatif, eu un point quelconque de la sphère, la résultante des actions exercées sur elle par le fluide de la sphère soit égale à zéro. Nous n’avons pas à nous occuper ici des calculs qu’entraîne la solution de pareilles questions; nous nous contenterons de décrire les phénomènes; et nous plaçant dans îles cas simples, nous pourrons expliquer les faits, sans en déterminer l’expression numérique.

662. L’rlfctrlclt^ w porte à la surface de* corps. — L’ électricité réside tout entière à la surface des corps électrisés : on l’a reconnu par le calcul, et voici comment ou le démontre par l’expérience.

Une sphère S soutenue par un pied isolant [fig. 2b 8), est chargée d’électricité pnrson contact réitéré avec un bâton de résine frotté. On la recouvre

Ki.ECTuicrrÉ.

:tT6

de deux hémisphères creux de métal I et <]iie l’on a soin de tenir par des m sphères et l’on voit : 1° que chacun d’et attire la halle de sureau; donc chacun

Fig. 268.

lilet est conductrice. Deux fils de si la pointe S du cône. On charge le fi

et H', qui eu sont comme le moule iches isolants. On retire les liémi- . approché d’un pendule électrique 'eux est électrisé. 2° La sphère ellemême, qui a été enveloppée dans les deux hémisphères,

n'a plus d’action sur les M corps légère ; elle a donc |>erdu toute son électricité, qui s'est portée sur les hé- " misphères dès qu’ils ont formé la surface du corps.

Faraday établit expérimentalement le même principe, en se servant d’un sac conique tout à fait semblable à un filet à papillon , mais fabriqué avec du lin ou du chanvre de sorte que la substance, qui forme le ■ F et F’ (/îÿ. 259) sont attachés à d’électricité, puis on le touche à

•• • ■vurlv

Fig. 259.

Mit,

mit- trlflÉÉ

l'extérieur avec une bulle de sureau isolée, et l'on trouve qu’elle est électrisée. car elle attire les corps légers. On louche ensuite l’intérieur de même, et la balle n’est pas électrisée. Eu tirant le fil F on retourne le filet, et aussitôt la surface qui est devenue extérieure se trouve cette fois électrisée, tandis que l'autre ne l’est plus.

NOTIONS PRÉLIMINAIRES

ÜÜ3. Mode de di»t riliutlon de l’élrrlrlrilr à la aurfarc d’nn rorp».

— L’électricité n’est pas distribuée en égale quantité uux différents points de la surface d’un corps, sauf dans le cas où 1a forme du corps est sphérique. .On étudie la distribution de l'électricité en appliquant aux différents points de la surface d’uu corps un petit disque de papier, doré des deux côtés, et tenu par un manche de verre : on appelle ce disque plan d épreuve. Quand on l’enlève, il eni|>orte avec lui d’autant plus ’delectricilé, que lu surface, qu’il louche, est plus chargée. Coulomb a établi, par des expériences directes, que la charge prise par le plan d’épreuve est proportionnelle à celle que possédait la surface au point touché. Si 1 on place ce disque à la place de la boule A dans la balance de Coulomb, on peut juger de la charge par lu déviation de l’aiguille RI) (fig. 255). Sans prendre de mesures exactes nous pouvons du moins affirmer que plus la répulsion sera grande, plus la déviation sera considérable.

Par cette -méthode, on reconnaît quesur la surface d'une sphère chargée d’électricité , le ffuide libre se trouve distribué en quantité égale aux différents points. Un cylindre, terminé par deux calottes sphériques (fig. 260), est beaucoup plus chargé aux extrémités qu’au milieu. Pour un corps de forme ovoïde | fig. 261), plus le petit bout A de l’ovoïde va s'effilant, plus la charge qui s’accumule en A devient considérable.

664. LVlectririté l’arramule sur le» pointe». — Ce dernier résultat fait comprendre la charge, que doit posséder l'extrémité d’une lige terminée en pointe. Il suffit de considérer la pointe comme constituée par le petit bout de l’ovoïde, qui aurait été effilé de plus en plus. Le calcul prouve qu’une petite portion de surface, quand on la prend à l’extrémité de la pointe, doit être infiniment plus chargée que si on la choisissait en tout autre point de la meme tige. Celte charge est si grande, qu’elle ne peut persister à la surface des corps ; l’électricité s’en échappe en vertu de l’action répulsive qu’exercent, les unes contre les autres, les différentes parties du fluide accumulé. La démonstration se fait en plaçant une pointe sur un conducteur quelconque : celui d'une machine électrique, par exemple. La machine ne peut plus se charger quand la pointe est très-

Kig. 260. Fig. ïoi.

Kl. K CT H ICI TE.

aiguë, ou liien elle se charge très-faiblement, si la |K)inle es! émoussée. Cette disparition de l’électricité au fur et à mesure de sa production est accusée par le pendule que l’on place habituellement sur le conducteur. Ce

pendule divergea peine, quels quesoient.

les efforts que l’on fasse pour( obtenir une charge assez forte. Si des pointes recourbées sont groupées en un ensemble B mobile autour d’un axe vertical, si toutes les pointes, disposées dans le même plan horizontal , sont toutes recourbées dans le môme sens, comme le montre la figure 262. l'électricité en s'écoulant met l'appareil en rotation :

c'est l’expérience du tourniquet électrique. Le phénomène de rotation s’explique par l’action répulsive de l’électricité, que dégagent les pointes et que l’air recueille, sur le fluide de même nom qui arrive, sans cesse, à l’extrémité de ces pointes.

On comprend maintenant pourquoi tous les instruments qui sont destinés à produire, à recevoir et à conserver l’électricité, ne présentent que des pièces arrondies; les formes aiguës sont évitées, sauf dans certains cas très-èxceplionncls.