IX

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IW^te S. {Voir rf' 51.)

VITESSE DE PROPAGATION DE l'ÉLEGTRIGITÉ.

Les premières expérieacei sur la vitesse de l'électricité sont dues à M. Wlieastone; elles ont été faites avec la bouteille de Leyde. (Voir n* 57 J

On est panrenu à apprécier le temps infiniment court qui sépare les décharges éiectriques entre les différentes tmules (fig. 40], au moyen d'un miroir tournant autour d'un axe légèrement incliné sur son plan.

En regardant dans le miroir l'image d'un point lumineux, on le voit décrire un arc de cercle, et Taxe semble tourner autour du centre de rotation du miroir.

Les boules étant placées sur cet axe, on regarde par réflexion les étincelles au moment de la décharge de la bouteille de Leyde. Si elles éclatent en même temps entre toutes les boules, on doit apercevoir une ligne droite lumineuse correspondant à un rayon ou à une position unique de l'axe.

Si, au contraire, il y a un retard, l'étincelle éclatant d'abord entre les boules inférieures, ensuite entre celles du milieu, et enfin entre les boules supérieures, l'imagesur le miroirdoit représenter une ligne oblique par rapport au rayon, et, d'après l'angle que forme cette ligne avec l'axe et la vitesse connue de la rotation du miroir, on peut déterminer le temps de ce retard.

On a reconnu, par cette méthode, qu'il se produit d'abord deux élincelles entre les boules extrêmes A et 6, E et F, et plus tard une troisième entre les deux boules du milieu G et D, ce qui semble confirmer l'hypothèse de deux fluides partant des deux extrémités et se rejoignant par une suite de décompositions successives au milieu du conducteur. La vitesse de l'électricité serait de 460,000 kilomètres par seconde.

MM. Fizeau et Gounelle ont suivi une marche toute difiérente ; ils ont pris pour source électrique une pile voltaïque, et pour conducteur deux fils d'une longue ligne électrique réunis à l'extrémité.

L'appareil se compose d'une petite roue interruptrice en bois, portant sur sa circonférence des lames de platine dont la largeur est égale à celle

des parties isolantes (fig. 137). Deux ressorts pareils AG et BD appuient sur la roue de façon à toucher la même lame.

Flg. 137.

Si la roue tourne, les ressorts ne sont en communication qu'au moment où ils pressent sur une partie métallique. Deux autres ressorts EH et FK, disposés comme les premiers, reposent sur une autre partie de la circonférence. Les quatre ressorts passent au même instant d'une di> vision à une autre de la roue.

Le ressort BD est en communication avec Tun des pôles de la pile P, dont l'autre correspond à la terre; le ressort AC est relié au conducteur MN dans lequel on veut mesurer la vitesse de l'électricité, l'extrémité opposée venant aboutir au ressort EH; quant au quatrièaïc ressort FK, il est en communication avec la terre par l'intermédiaire d'un galvanomètre G.

Si, d'après la position de la roue, les quatre ressorts se trouvent sur des lames de platine, le courant partant de la pile passe par les ressorts BD et AG dans le conducteur GMNH; il revient par l'intermédiaire des ressorts HE et FK dans le galvanomètre G, et enfin par la terre à l'autre pôle de la pile.

Quand la roue tourne, les ressorts se trouvent pendant un instant sur

ikW TÉLÉGRAPHIE ÉLECTRIQUE.

les portions Isolantes, et le coarant est interrompa en même temps que la communication du conducteur atec le gaWanomètre. Le courant est donc envoyé sur la ligne pendant tout le temps que les ressorts mettent à passer sur une lame de platine. Supposons que ce temps soit égal précisément à celui qu'il faut à l'électricité pour parcourir tout le conduc^ teur. Le fluide arrivera à l'extrémité au moment où les deux ressorts EH et FK commenceront à passer sur une partie isolante de la roue, et le eourant ne pourra traverser le galvanomètre.

Le conducteur est alors chargé d'électricité, le fil de déviation LP est destiné à opérer sa décharge. Ce fil doit avoir une assez grande résistance pour que, quand la roue est en repos et que les ressorts appuient sur les lames de platine, le courant puisse se diviser en deux parties dont une traverse le galvanomètre.

Pour faire l'expérience, on fait tourner la roue en augmentant progressivement la vitesse; la déviation de l'aiguille du galvanomètre G diminue, et, le moment où elle cesse de décroître, correspond précisément au cas où l'électricité met à parcourir tout le conducteur le temps qu'il faut aux ressorts pour passer d'une lame à la suivante ; on apprécie facilement ce temps par la vitesse de rotation de la roue et le nombre de lames. Lintensité n'est pas exactement nulle, parce que l'électricité, dont le fil est chargé, ne passe pas entièrement par la dérivation LP.

Si la rotation devient plus rapide, la déviation de l'aiguille augmento et atteint un maximum qu) a lieu lorsque l'électricité qui part du ressort AC arrive en HF au moment où les ressorts commencent à passer sur une seconde lame métallique.

En augmentant encore la vitesse de rotation, le courant qui traverse G diminue de nouveau d'intensité ; il passe ainsi par une suite de maximums et de minimums. Toutefois» les limites sont de moins en moins]tranchées parce que le conducteur a moins le temps de se décharger par le fil LP.

On a varié l'expérience en faisant arriver le fil de dérivation sur l'interrupteur au moyen d'un système de deux ressorts semblables aux autres, mais, appuyant sur les parties isolantes quand les premiers reposent sur les lames conductrices, le courant ne traversait ce fil que lorsqu'il ne pouvait passer par le galvanomètre.

MM. Fizeau et Gounelle ont trouvé pour la vitesse de l'électricité dans le fer 100,000 kilomètres par seconde, et dans le cuivre 180,000 kilomètres par seconde.

La vitesse augmente avec la conductibilité du conducteur, mais ne lui es» I as proportionnelle.

M 31. Burnouf et Guillcmin, dans une série d'expériences analogues

faites SUT les lignes du Midi, ont trouvé 180,000 kilomètres par seconde pour la vitesse de Télectricité dans un fil de fer de 4 millimètres de diamètre.

Ils ont constaté, en se servant de deux fils d'une même ligne, qu'il se produit, au moment où Ton fait communiquer l'un d'eux avec la pile, un courant en sens contraire dans le second, même lorsque les deux fils sont isolés à l'extrémité. Ils ont cru devoir attribuer ce courant à Tinduction.

La différence des résultats obtenus pour la vitesse de l'électricité s'explique par l'influence qu'exerce, sur la propagation, la position du conducteur par rapport aux corps environnants.

Nous ayons déjà cité le retard qu'éprouve la transmission dans les lignes souterraines et sous-marines, et nous en avons indiqué la cause, due à ce que l'enveloppe extérieure neutralise une t>artie du fluide.

Voici quelques expériences curieuses entreprises par M. Faraday pour mettre en évidence la manière dont s'effectue la propagation du fluide électrique dans de longs conducteurs :

Plusieurs fils recouverts de gutta-percba ayant été déposés an fond de la mer, on a fait arriver les deux extrémités de chacun d'eux dans un cabinet, et, en les réunissant, on s'est procuré de longs circuits, dans lesquels on pouvait observer en différents points le passage du courant au moyen de galvanomètres placés aux jonctions. Une pi'.c communiquait d'ufi côté avec la terre, l'autre pôle était relié à un manipulateur, servant à faire passer le courant dans le conducteur. M. Faraday a ob* servé les faits suivants :

i"" Si, le conducteur étant isolé à l'une de ses extrémités, on fait communiquer l'autre avec la pile pendant un moment, le fil reste électrisé, et, en le touchant avec le doigt, on ressent une vive commotion. L'accumulation d'électricité ne peut provenir que de la condensation produite par l'eau de la mer qui agit comme l'armature extérieure d'une bouteille de Leyde, car la commotion est insensible quand les fils sont isolés;

2* Quand on établit cette communication, l'aiguille du premier gaK vanomètre dévie pendant un Instant qui correspond au temps que le fil emploie à s'électrlser; elle dévie également, mais en sens contraire, au moment où l'on remplace la pile par un fil de terre. Le second courant, produit par la décharge du fil, n'est >utre que le courant de retour i?otrnM57);

3* SI l'on fait communiquer une extrémité de la ligne avec la terre, et si Ton envoie le courant par l'autre, les galvanomètres, placés en différent»

points 8ur le parcours du Ûl, dévient, mais successivement. L'aiguille du premier galvanomètre se met en mouvement aussitôt que la communication avec la pile est établie ; celle du second galvanomètre commence à dévier au bout d'un instant appréciable ; celle du troisième se meut ensuite, et ainsi de suite. Une fois que l'électricité est arrivée à l'extrémité du fll, les aiguilles conservent leurs déviations, qui, mesurant l'intensité du courant, sont égales si \Cs galvanomètres sont identiques. Quand on enlève alors la communication avec la pile, le premier galvanomètre revient d'abord au repos, le second revient ensuite, puis le troisième, etc.;

4* Lorsqu'au point de départ on supprime la communication avec la pile, pour l'établir rapidement avec la terre, le galvanomètre, placé au milieu, revient le premier au repos, les deux voisins reviennent enlulte, et, en dernier lieu, les deux extrêmes. Le fil se décharge donc par le milieu, et l'électricité s'écoule en même temps des deux côtés;

6' Au lieu d'employer des galvanomètres pour observer le passage du courant, on peut placer sur le parcours du fil un appareil électro-chimique. Le papier, préparé au prussiate de potasse, se colore en bleu, et la marque est d'autant plus foncée que le courant e&( plus intense.

Lorsqu'on envoie le courant sur la ligne, on voit très-promptement, à l'extrémité opposée, la trace d'un faible courant qui augmente insensiblement d'intensité, jusqu'au moment où il devient constant. Si on enlève la communication avec la pile, le trait devient de moins en moins formé et disparaît peu à peu.

Il faut conclure de celte expérience que l'électricité ne se transmet pas instantanément dans le fil. Au moment où le conducteur offre une issue au courant le fluide s'étend en vertu de sa force expansive et parvient d'abord en petite quantité à rextrémité ; l'écoulement augmente à mesure que le fU se charge, et ne devient régulier qu'au bout d'un certain temps. Quand le circuit est rompu, l'électricité continue à s'échapper, mais en s'étendant de nouveau.

Supposons maintenant qu'on envole un second courant avant que le premier ait eu le temps de s'écouler complètement; les deux courants se confondront, et, à l'extrémité de la ligne, il n'y aura pas d'interruption complète. L'intensité passe par un minimum d'autant plus sensible que le temps qui s'écoule entre les deux courants est plus grand.

Si l'on produit de rapides interruptions de courant, il n'est plus possible à l'extrémité de distinguer la 8é|)araUon des courants successifs,

NOTES. Ixii

C'est ce qui rend la transmiSBion télégraphique assez lente sur les lignes sous-marines.

Quand le second courant est de sens contraire au premier, r^ectri^ cité, qui se répand dans le fil, neutralise l'électricité contraire qui subsiste encore, et, à Textrémité de la ligne, l'intensité est exactement nulle pendant un instant.

11 ne faut pas croire néanmoins que la transmission télégraphique puisse être beaucoup plus rapide, quand on change à chaque émission le sens du courant : si, en effet, le temps pendant lequel on met le manipulateur sur contact est très-court, Técoulement n'a pas le temps de s'établir complètement, et Télectricité contraire, arrivant immédiatement, neutralise en grande partie le premier courant, qui ne parvient à l'extrémité qu'avec une faible intensité. Pour des interruptions trèsrapides^ on n'observerait aucun courant au poste correspondant.

Ces phénomènes ne s'observent pas sur les lignes aériennes, surtout lorsqu'elles n'ont qu'une faible étendue.

Pour expliquer le retard que produit la condensation du fluide contre les parois des fils souterrains , il faut admettre qu'il ne peut arriver dans le conducteur pendant un temps donné qu'une certaine quantité d'électricité. Celle qui se répand dans le fil est d'abord absorbée par cette condensation et par le fil lui-même qui doit s'électrlser avant de transmettre le fluide. Le courant ne peut s'établir complètement que lorsque la pile a pu fournir assez d'électricité pour rendre cette charge complète, ce temps dépend de la longueur du conducteur et de l'épaisseur de l'enveloppe isolante.

Ce retard est indépendant de la force électro-motrice de la pile, car sî d'un côté le fluide tend à se répandre plus rapidement quand la tension est considérable, d'un autre côté, l'induction contre les parois est plus forte, et une quantité plus grande d'électricité est absorbée.

Celte limite à la production du fluide électrique tient sans doute à la résistance qu'oiTrent les corps qui constituent le circuit, résistance qui empêche la transmission d'être instantanée. La vitesse de l'électrieilé dans divers conducteurs n'est pas exactement proportionnelle à leur conductibilité, parce qu'il faut ajouter à celte résistance, qui est une des causes du retard, la charge électrique que doit prendre chaque molécule avant que le courant puisse s'établir. Cette seconde cause de retard peut être indépendante de la conductibilité.

Plusieurs physiciens ont cru voir dans la propagation de l'électrieilé un mouvement vibratoire analogue à celui qui se passe dans la transmission de la chaleur et du son, et ont cherché à obtenir des ondes cleciri-

qaes, se transportant parallèlement à elles-mêmes sans se confondre dans un conducteur unique.

Ce qui précède est loin de confirmer cette hypothèse, et si Ton veut seulement assimiler le phénomène à un autre plus facile à saisir, sans chercher à établir une théorie, c'est au mouvement d'un gaz dans un tuyau qu'on doit le comparer.

Concevons en effet un long tuyau vide que Ton puisse mettre à volonté, à Tune de ses extrémités, en communication avec un immense réservoir rempli d'air à une certaine pression, et qui conmiunique de l'autre côté avec un espace vide indéfini.

Au moment où Talr pénètre dans le tuyau, le gaz se répand dans le tube, et arrive peu à peu à l'extrémité; l'écoulement, d'abord assez lent, devient régulier au bout d'un certain temps. Dans cet état, le tuyau est rempli d'air, mais la pression n'est pas la même aux di£Eerent8 points ; elle est égale à celle du gaz contenu dans le réservoir d'un côté, et de l'autre, elle est presque nulle. Deux circonstances peuvent faire varier le temps nécessaire pour que l'écoulement devienne régulier : 1* le gaz éprouve une résistance causée par le frottement contre les parois, qui peut être faible dans un large tuyau, mais qui devient sensible si le tuyau est composé d'une infinité de petits tubes; 2* le tuyau doit se remplir d'une certaine masse d'air qui augmente si, par des circonstances particulières, une partie du gaz s'accumule contre les parois ; par exemple, s'il y a des renflements en différents points , ce qui produit un effet analogue à la condensation de l'électricité dans les conducteurs sousmarins.

On retrouve, en analysant cet écoulement d'un gaz, tous les phénomènes des courants, de retour, de diffusion de l'électricité^ de courants dérivés, etc.

On peut même reproduire l'inversion du sens du courant en supposant que le tuyau débouche dans un espace indéfini plein d'air à une pression déterminée et qu'à l'autre extrémité on le fasse communiquer alternativement avec deux réservoirs, dont l'un contienne de l'air à une pression supérieure, et l'autre à une pression inférieure.

NOTE& /il 5

Wote O. {Voir n^ 58.)

Srn LA CONDUCTIBILITE DE LA TERRE.

Parmi les physiciens qui se sont occupés de cette question, M. Matteucci est c«1ui dont les expériences sont les plus complètes. Nous allons citer quelques-uns des résultats qu'il a obtenus.

En premier lieu» il a déterminé avec le rhéostat la résistance de couches isolées de différents terrains en les enfermant dans un canal prismatique en bois.

Ces résistances yarient comme pour les fils métalliques proportionnellement à la longueur de la couche, et en raison inverse de sa seo~ tion.

La condoctibilité d'un terrain tient presque uniquement à Feau qu'il contient ; elle est sensiblement nulle quand la couche est sèche, et augmente quand on l'imprègne d'eau , et surtout d'eau contenant un sel en dissolution.

Lorsqu'on compare la résistance d'une couche isolée arec celle d'une couche semblable faisant partie du sol, les électrodes qui établissent la communication arec la pile étant identiques, on trouve que la couche isolée off're toujours une plus grande résistance au courant.

La différence entre les deux résistances augmente avec la longueur de la couche ainsi comparée. Elle diminue au contraire jusqu'à devenir nulle quand cette longueur décroit, et devient nulle d'autant plus rapidement que la conductibilité de la couche est meilleure.

Quand on plonge les électrodes dans le sol , la résistance augmente avec leur distance, mais non pas proportionnellement conune lorsque la couche est isolée. Voici les nombres qui représentent cette résistance pour un cas particulier :

I>i«taiice dd ileclrodrt. lésutancM.

1 mèlre 74

iiO » 123

liii TÉLÉGRAPHIE ÉLECTRIQUE.

La résistance est toujours plus grande sur le sommet d'une montagne que dans la plaine. Ainsi pour un terrain analogue à celui que donnait les nombres précédenls, et en conservant la même unité pour la résistance» on a trouvé sur le sommet d'une montagne.

IKttauce det élecliodet. RésUlauce.

i mèlre. . , 152

La résistance diminue quand la profondeur de la couche augmente. Les électrodes étant à 145 mètres de distance, on a trouvé :

ProtonàÊun de ^é coucU. AéMtauce.