CHAPITRE II
teur quand on lui a enlevé son poli, pour qu’il soit nécessaire de l'isoler si i’on veut qu’il conserve son électricité pendant quelque temps. Les aspérités déterminent donc non-seulement l’espèce d’électricité que doit prendre un corps mauvais conducteur, mais elles modifient encore son pouvoir conducteur.
Pour mesurer les effets électriques de pression, il faut un appareil qui permette à volonté de varier les causes qui influent sur leur production (*). L’expérience prouve que les intensités électriques croissent proportionnellement aux pressions, pour des pressions qui ne dépasj sent pas 10 kilogrammes. Cette loi s'étend-elle à des pressions plus élevées? Il est difficile de répondre à cette question. M. Péclet a entrepris à cet égard quelques reclierehes, en vue particulièrement de déterminer l’influence de la pression, de la vitesse, etc., sur le dégagement de l’électricité dans le frottement ; mais les résultats qu’il a obtenus ne peuvent être appliqués en rien au cas actuel ; nous en parlerons, au surplus, en traitant des effets électriques de frottement. Nous ferons seulement remarquer qu’il est probable que la quantité d’électricité que prend chaque corps pendant qu’on le comprime est dépendante du degré de l’attraction que les molécules des surfaces exercent les unes sur les autres; mais comme on ne peut apprécier les rapports existant entre l’attraction et la pression , ou le rapprochement plus ou moins grand des molécules, il est impossible de déterminer les rapports entre les quantités d’électricité correspondantes. La difficulté de séparer instantanément les deux corps comprimés, sans passer par des pressions intermédiaires, successives, rend pour ainsi dire impossible la détermination des rapports en question.
En considérant la manière dont le dégagement de l’électricité croit dans les corps par l’augmentation de la pression , ne peut-on pas y rapporter certains phénomènes lumineux dont on ne connaît pas encore bien l’origine? On dit, par exemple, que dans les mers polaires il arrive souvent que des blocs de glace, en se heurtant, font jaillir de la lumière. Ces blocs énormes arrivent à la rencontre les uns des autres avec des quantités de mouvement considérables ; leurs parties constituantes doivent donc éprouver une compression énorme qui les constitue dans un état électrique différent ; mais aussitôt que la compression a cessé , les deux électricités sc recombinent ensemble pour former du fluide neutre , et il en résulte une lumière plus ou moins vive, selon la tension de l’électricité dégagée.
(*) Voyez Traité de réUcIricité et du magnétisme, t. II, p. loo.
ÉLÉMENTS d’ÉLECTBO-CHIHIE.
Du dégagement de l’électricité par frottement.
Pour bien étudier les effets du dégagement de l'électricité par frottement, nous commencerons par ies métaux, dans lesquels ces effets ne sont pas aussi variables que dans les corps mauvais conducteurs , lorsqu’il existe de légères différences dans l'état de leur surface.
Si l'on soude à chacun des bouts du fil d'un multiplicateur à fil court une plaque de métal différent, que l’on passe chaque bout dans un bouchon de liège évidé , de manière à pouvoir enchâsser dedans la soudure, ainsi qu’une portion de la plaque, et mastiquant ceile-ci sur le bouchon afin de ne pas l'échauffer par le contact de la main , et que l’on pose l’une sur l’autre les deux plaques, il n’y a aucun effet produit à égalité de température; mais pour peu qu’on les fasse glisser légèrement avec frottement l’une sur l’autre, chacune d’elles prend un excès d’électricité contraire dont la recomposition par l’intermédiaire du fil du multiplicateur donne naissance à un courant électrique. Eu soumettant ainsi à l’expérience un certain nombre de plaques métalliques, on forme le tableau suivant, dans lequei chaque métal est négatif par rapport à ceux qui le suivent, et positif par rapport aux métaux qui le précèdent ;
Bismuth, palladium, platine, plomb, étain, nickel, cobalt, cuivre, or, argent, iridium, zinc, fer, cadmium, arsenic, antimoine, anthracite, peroxyde de manganèse.
On voit que la plupart des métaux qui jouissent à peu près des mômes propriétés physiques et chimiques, ou qui se trouvent associés ensembie dans la nature , sont placés à côté les uns des autres; nous citerons le palladium et ie platine, le plomb et l’étain, le nickel et le cobalt, le cuivre, l’or et l’argent, le zinc, le fer et le cadmium : l’iridium fait exception. Ce rapprochement n’est pas sans intérêt, puisqu’il tend à montrer , comme on l’a déjà avancé , que les propriétés électriques des corps ont des rapports plus ou moins directs avec leurs propriétés physiques ou chimiques. On verra plus loin que cet ordre est le même que celui obtenu avec des circuits composés de deux métaux semblables , quand on élève la température des points de jonction. Nous examinerons jusqu’à quel point la chaleur intervient dans le frottement. Les effets étant encore les mêmes quand les surfaces sont dépolies , doivent dépendre , par conséquent , de la nature particulière de chaque métal.
Au lieu de plaques , opérons avec des cylindres fer et cuivre, d’un
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ar
décimètre de longueur, et de manière que ies mêmes points de l’un d’eux parcourent continuellement la surface du second; ces points étant sans cesse soumis à l’action du frottement, s’échaufferont davantage que les points de la surface du second, et cependant le résultat sera encore le même que si l’inverse avait lieu. Cette expérience prouve que le plus ou moins de frottement , et par suite le plus ou moins de chaleur dégagée, n’exercent aucune influence sur l’espèce d’électricité prise par chaque corps. Tâchons d’interpréter les effets produits : prenons deux lames, l’une de bismuth , l’autre d’antimoine, soudées chacune à l’un des bouts du fil d’un multiplicateur; si on les frotte l’une sur l’autre , il y a dégagement d'électricité. Les deux électricités , devenues libres, se recombinent aussitôt, partie sur la surface même du contact , partie en suivant le fil du multiplicateur ; de sorte que l’aiguille aimanté n’accuse qu’une très-faible portion des électricités devenues libres. Pour avoir un maximum d’effet, il faut, tout en maintenant le contact, séparer rapidement les parties frottées: on conçoit, en effet, qu’une portion des deux électricités éprouve d’autant moins de difficulté à suivre le circuit du multiplicateur pour se recombiner, que la distance qui sépare les parties frottées est plus grande, c’est-à-dire que le frottement a été plus rapide. L’expérience suivante vient à l’appui de cette explication. Au lieu de passer les deux lames l’une sur l’autre avec frottement, si on les presse ou qu’on les frappe fortement, mais de manière à éviter un frottement latéral , il ne se produit pas de courant, et par conséquent point de dégagement apparent d’électricité , quoique les surfaces soient plus fortement ébranlées que lorsque l’on frotte les deux lames légèrement l'une sur l’autre. Il faut donc , puisque les mêmes points des surfaces restent constamment en contact , que l’électricité dégagée sur chacune des lames n’ait plus eu besoin , pour se rccoinbiner, de suivre le fil du multiplicateur, et que la recomposition se soit opérée instantanément au contact même des parties pressées.
Si l’on obtient des effets électriques dans le frottement de deux métaux hétérogènes , on les retrouve encore dans le frottement des molécules liées entre elles par la force d’agrégation. Voici comment M. Peltier le prouve : On prend un fil de cuivre non recuit , d’une vingtaine de mètres de longueur , que l’on met en rapport avec un multiplicateur thermo-électrique ; puis on forme un grand cercle, soutenu de distance en distance par des supports ; on le place alternativement dans le méridien magnétique , dans un plan perpendiculaire
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OU dans une position intermédiaire , afin de faire la part inductive du globe. L’équilibre de température étant établi, on soulève ou l’on baisse une partie du fil ; il se forme alors des flexions qui ne peuvent avoir lieu sans un déplacement de particules, et par suite, sans qu’il y ait dégagement d’électricité. Quelquefois il arrive qu’il n’y a aucun effet produit , parce que tout est symétrique de chaque côté de la partie qu’on a courbée : mais il suffit d’écrouir une portion de l’arc, au moyen de la torsion ou de la percussion, ou bien de la recuire , pour faire naître ensuite un courant par la simple flexion du fil. Ce courant ne peut être attribué à l’induction terrestre , puisqu’il se manifeste , quelle que soit la position du circuit par rapport au méridien magnétique.
On obtient encore un courant en frottant un fil avec les doigts ou avec du drap ; on le provoque même en étirant à la filière un fil de cuivre recuit , dont les deux bouts sont en communication avec un multiplicateur.
Pour concevoir ces phénomènes, il faut se rappeler les effets électriques de clivage. Nous avons montré que lorsqu’on détruisait la force d’agrégation , chacune des parties séparées possédait un excès d’électricité contraire , dont la nature devait dépendre de l’espèce de polarité que possédait la face de la molécule en contact avec celle contiguë , en admettant , bien entendu , comme tout porte à le croire , que toutes les faces de la même molécule ne jouissent pas des mêmes propriétés ; car si cela n’avait pas lieu , on ne voit pas comment l’attraction moléculaire pourrait s’exercer entre des particules dont toutes les faces seraient douées des mêmes propriétés. Cela posé , lorsque l’on déplace momentanément, par le frottement ou autre action mécanique , les molécules d’un fil ou d’une lame de métal , on opère en quelque sorte on clivage momentané qui doit rendre libres les deux électricités entourant deux molécules contiguës; et si une portion de ces deux électricités , par des circonstances que nous ne pouvons prévoir, trouvait de la facilité à suivre le circuit du multiplicateur pour reformer du fluide neutre , il y aurait alors on courant qui réagirait sur l’aiguille aimantée. Ne pouvant pénétrer par aucun moyen dans l’intérieur des corps opaques , on ne peut qu’indiquer la cause générale des effets , et nullement les circonstances particulières qui déterminent le courant électrique à cheminer dans un sens, dans un autre , ou à ne pas se manifester.
Dans les recherches relatives à la production des courants électriques au moyen des actions mécaniques , il faut se mettre en garde
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contre rindnction magnétique terrestre, dont l’aetion est telle, que l'on ne peut iléplaccr un corps conducteur sans y faire naître des courants instantanés. Nous devons donc, dès à présent, entrer dans quelques détails sur l'action inductive du globe.
On sait que lorsqu’un corps électrisé est placé à peu de distance d’un autre qui ne l’est pas, l’électricité naturelle de ce dernier est décomposée; l’électricité de signe contraire à celle du premier est attirée, tandis que l’électricité de même nom est repoussée dans la partie opposée. On dit alors que le corps est électrisé par influence. Il se produit un effet analogue quand un fil de métal, parcouru par un courant électrique , est placé à peu de distance d’un autre fil de métal formant un circuit fermé. Si les deux bouts du fil sont en rapport avec un multiplicateur, on obtient, en fermant le circuit, un courant instantané dirigé dans un sens opposé du premier, tandis qu’il chemine dans le même sens quand on interrompt le circuit. Nous ferons connaître plus tard les moyens à l’aide desquels ou met cette propriété en évidence.
On produit également un courant d’induction en introduisant dans une hélice électro- magnétique en rapport avec un multiplicateur, la moitié d’un aimant; le sens du courant dépend du pèle introduit: en retirant l’aimant, le courant est dirigé en sens inverse. Or, le globe terrestre, pouvant être considéré comme un aimant formé de courants circulant de l’est à l’ouest , doit produire également des effets d’induction dans les lames métilliques, pour peu qu’on les change de place. L’expérience suivante ne laisse aucun doute à cet égard.
On prend un (il de cuivre de trois mètres de longueur et d’un millimètre de diamètre, on le met en communication avec les deux extrémités du fil du multiplicateur , puis on lui donne la forme d’un rectangle dont la partie supérieure peut être portée en avant ou en arrière sur le multiplicateur, tandis que la partie inférieure et le multiplicateur qui lui est attaché, restent immobiles. Toutes les fois que l’on fait passer le fil sur le multiplicateur , de droite à gauche , l’aiguille est déviée sur-le-cliamp. La déviation a lieu dans un autre sens , quand on fait repasser le fil en sens inverse de la première fois. En répétant souvent ces mouvements de manière à ne pas contrarier les oscillations dej aigiiille aimantée , on finit par obtenir une déviation de 90". L’effet produit croît avec la longueur du fil mobile et l’espace que parcourt le courant.
On conçoit après cela , que , lorsque l’on frotte deux lames de métal , on doive se mettre en garde contre les effets d’induction magné-
ÉLÉMENTS D’ÉLECTHO-CHIHIE.
tlqne que nous venons d’indiquer. Nous ailons montrer l’erreur que l’on commettrait si l’on n’y avait pas égard.
Si l’on place horizontalement, dans le méridien magnétique , une lame de cuivre de cinq décimètres de long et de six centimètres de large en communication avec un des bouts du fil du multiplicateur, et qu’on passe dessus , avec frottement , une seconde lame de même métal également en relation avec l’autre bout, et tenue à la main avec un manche de bois, afin que la chaleur de la main n’échauffe pas le métal; douze frictions, dirigées toujours du nord au sud, produisent une déviation de l’aiguille aimantée. Dans une expérience , le sens de la déviation annonçait que la lame avait pris l'électricité négative ; les frictions opérées du sud au nord produisirent une déviation de même étendue, mais en sens inverse.
En laissant toujours la grande lame dans le méridien magnétique, et l’y plaçant de champ, c’est-à-dire, de manière que la face de six centimètres soit verticale , les frictions de la face occidentale, quelle que soit d’ailleurs cette face , conduisent toujours à une déviation notablement plus forte que les frictions de la face orientale. M. Peltier , auquel est due cette expérience, a reconnu que lorsque la lame de cuivre est dans une position horizontale, le frottement de la face supérieure donne toujours une plus forte déviation de l'aiguille aimantée que le frottement de la face tournée vers la terre ; des lames de zinc, de plomb et d’étain se comportent de même.
On voit donc que , dans les expériences relatives au dégagement d’électricité produit par le frottement des métaux ou autres corps conducteurs, on ne saurait se dispenser de se mettre en garde contre les effets d’induction terrestre, quand ce dégagement, toutefois , donne naissance à des courants électriques ; car il n’en est plus de même si l’on a pour but seulement d’observer des effets de tension. Pour obtenir ces derniers, il faut adopter un autre mode d’expérimentation. L’un des deux métaux doit être réduit en limaille plus ou moins fine , mais non en poussières capables d’adhérer aux surfaces sur lesquelles on les projette. On fixe une lame de métal , ou plutôt un plateau de métal, à l'extrémité supérieure de la tige verticale d’un électroscope de Bohnenberger ; l’on tient au-dessus , dans une position inclinée, la lame de métal sur laquelle on veut exercer le frottement, et qui est mise en communication avec la terre , afin de donner écoulement à l’électricité qu’elle prend dans le frottement des limailles; sans quoi cette électricité porterait une perturbation dans les effets cherchés. On prend des limailles que l’on met dans une cap-
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suie de métal ou autre, et on les projette sur la lame inclinée. En tombant elles n’y font que séjourner un instant très*court, et viennent se rendre dans la capsule, en lui communiquant l’électricité qu’elles ont prise dans leur frottement sur la lame , et dont la présence est accusée par l’électroscope. Voici les résultats obtenus avec diverses limailles : la limaille d’un métal , en tombant sur une lame de ce métal, prend un exeès d’électricité négative, et la lame un e.xcès d’électricité contraire. L’effet est d'autant plus marqué que la limaille est plus fine et le choc plus rapide. Les métaux en limaille se comportent donc, par rapport aux métaux en masse, comme les corps dépolis relativement aux corps polis dans les phénomènes de frottement. Cette propriété est moins sensible avec l’or, l’argent et le platine qu’avec les métaux oxydables. La limaille de cuivre est négative avec les lames de zinc, de plomb, d’étain , de fer, de bismuth, c’est-à-dire , avec les métaux pins oxydables que le cuivre, tandis qu’elle ne donne aucun signe d’électricité avec le platine , l’or et l’argent. En soumettant d’autres limailles à l’expérience , et comparant les résultats , on est conduit à admettre que les métaux en limaille, quand ils tombent sur une lame de métal , ont une grande tendance à prendre l’électricité négative ; mais que cette tendance n’empêche pas que la limaille d’un métal oxydable ne soit positive , par rapport aux métaux les moins oxydables. On trouve effectivement que le zinc en limaille est positif , par rapport aux substances en lame dont les noms suivent : le platine , l’or, l’argent , la plombagine, le persulfure de fer, le cuivre et l’étain ; il est négatif, au contraire, par rapport au zinc, au bismuth, à l’antimoine et au fer, mais plus fortement avec le premier qu’avec les autres ; il ne donne enfin aucun signe d’électricité avec le peroxyde de manganèse.
Les oxydes métalliques ainsi que leurs sulfures sont négatifs par rapport à leurs métaux respectifs. Il faut éviter, nous le répétons, que les poussières soient trop fines; sans cela, elles adhèrent aux surfaces, et les effets de frottement sont nuis.
Pour interpréter ces résultats généraux , il faut prendre en considération , 1° la force d’agrégation ; 2“ la différence d’ébranlement qu’éprouvent les molécules des surfaces des limailles et des lames; 8“ l’oxydation des métaux; 4° l’influence de la chaleur dégagée; 5'’ l’action des métaux les uns sur les autres.
Les faits que nous avons exposés jusqu’ici tendent à montrer que les causes qui président au dégagement de l’électricité dans le frottement des limailles sur les lames de métal, se rattachent à l’état d’a-
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grégation des molécules ; et que , s’il était possible d’isoler une particule d’un métal quelconque, et qu’on la laissât tomber sur une lame de ce métal , cette molécule serait éminemment négative , en même temps qu’elle s’échaufferait considérablement, puisque la force d’agrégation ne serait plus là pour enchaîner son action.
Du dégagement de Vélectricilé par frottement dans les corps mauvais conducteurs.
Les effets électriques de frottement dans les corps mauvais conducteurs varient et dans leur nature et dans leur intensité, suivant des causes teliement légères, qu’elles échappent souvent à toutes nos investigations. Ne pouvant rattacher tous ces faits à des principes généraux , ce qu’il y a de mieux à faire , est de s’en tenir aux propriétés fondamentales, qui seules peuvent nous servir de guides dans leur étude.
Pour procéder avec méthode et aller du simple au composé, nous soumettrons d’abord à l’expérience des corps semblables, mais dont toutes les parties n’éprouvent pas également l’action du frottement, afin de reconnaître les causes les plus influentes sur la production du phénomène. Lorsqu’on frotte en croix, l’un sur l’autre , deux ruhaus de soie blancs pris dans la même pièce, celui qui est frotté transversalement prend l’électricité négative, et l’autre l’électricité positive. Or, les points du premier éprouvant plus l’action du frottement que les points du second, se trouvent par là soumis à un ébranlement plus considérable, et s’échauffent aussi plus que les autres. Ces deux causes exercent une grande influence sur la nature de l’électricité que prend un corps mauvais conducteur dans son frottement contre un autre corps également mauvais conducteur.
Deux rubans de soie noirs produisent les mêmes effets ; il en est encore de même d’un ruban noir et d’un ruban blanc, lors même que l’action du frottement est la même sur chaque ruban, condition facile à remplir. En opérant avec deux tampons dont l’un est recouvert d'un morceau de ruban blanc , l’autre d’un morceau de ruban noir , et les frottant l’un contre l’autre , on trouve que le premier prend l’électricité positive, et le second l’électricité négative ; or , comme les deux étoffes ne diffèrent entre elles que par la matière colorante, il faut donc que celle-ci intervienne d’une manière quelconque , et dans le mode d’ébranlement des parties , et , par suite , dans la chaleur émise. Or, la soie noire, qui a un pouvoir absorbant plus grand que
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la soie blanche, devant s’échauffer plus que celle-ci , se trouve dans une circonstance convenable pour acquérir l'électricité négative. En général , si, avant de frotter deux corps l’un contre l’autre, on élève préalablement la température de l’un d’eux, on augmente sa tendance négative.
Prenons encore deux corps semblables , mais ne différant que par l’état de leurs surfaces , tels que deux tubes de verre dont l’un est poli et l’autre dépoli , ou bien deux bâtons de gomme laque se trouvant dans ces mêmes états; si l’on frotte les deux premiers l’un contre l’autre , en ayant eu soin de bien les sécher auparavant et de les tenir pendant quelque temps dans un milieu desséché par le chlorure de calcium , le tuhe dépoli prend l’électricité négative. On voit donc que dans le frottement de deux corps , celui dont les particules de la surface peuvent se déplacer plus facilement tend à prendre l’électricité négative.
Trois causes en général augmentent la tendance négative : un frottement plus grand , un accroissement de chaleur et une surface dépolie ou couverte d’aspérités, ou bien une constitution fibreuse. L’état des surfaces a une telle influence sur la nature de l’électricité dégagée , qu’il existe une substance minérale cristallisée, le disthène, qui prend l’électricité positive sur certaines faces, et l’électricité négative sur d’autres, avec le même frottoir, sans qu’on puisse apercevoir de différences sensibles dans l’état moléculaire des surfaces.
Passons aux corps de nature différente. Si l'on applique sur une planche de sapin bien sèche, une feuille de papier également bien sèche, et qu’on passe rapidement sur cette dernière, avec frottement, un morceau de caoutchouc, le papier, qui est électrisé par le frottement , agit assez fortement par influence sur le bois pour y adhérer , de manière à faire éprouver une résistance quand on veut l’enlever. Si l’expérience se fait dans l’obscurité et dans une pièce très-sèche , on aperçoit une traînée lumineuse à l’instant de la séparation.
Un ruban de soie blanc chauffé prend toujours l’électricité négative dans son frottement contre un métal , tandis qu’en le laissant refroidir, il donne des signes très-faibles d’électricité positive quand le métal est très-poli.
Il n’en est pas de même d’un ruban de soie noire : chauffé ou non, il prend toujours l’électricité négative , quand il est soyeux et de bon teint , dans son frottement contre un métal.
On a vu précédemment qu’en frottant un ruban de soie blanc
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contre un autre de soie noire , le premier prend toujoure l’électricité positive ; mais si le ruban noir est usé et que le ruban blanc soit chauffé , ce dernier donne des signes d’électricité négative tant qu’il est chaud , et devient positif en se refroidissant.
Tous les résultats obtenus jusqu’ici tendent à prouver qu’outre les causes déjà signalées , les tissus, les fibres de matière animale et végétale , dont les parties sont plus ou moins lâches , et qui peuvent éprouver, par cela même, plus de déplacement dans le frottement que celles des surfaces métalliques, prennent plus habituellement l’électricité négative.
L’immersion de différents corps dans le mercure donne lieu à des effets électriques complexes que nous allons indiquer , parce qu’ils serviront encore à nous montrer l’influence qu’exercent sur leur production les causes déjà signalées. On distingue trois modes d’immersion : immersion brusque, immersion lente, et immersion qui consiste à enfoncer doucement le corps dans du mercure et à l’y laisser plus ou moins de temps. Les corps , avant l’expérience , doivent être maintenus constamment dans un flacon contenant de la chaux caustique. Voici les principaux résultats que l’on obtient :
Le verre , le soufre , le succin et la cire d'Espagne ne sont pas ordinairement électriques à la température de 10“ par aucun des trois modes : il en est de même jusqu’à -+- 1 s" , pourvu qu’ils soient à égalité de température avec le mercure. Cependant le succin commence à devenir électrique par le choc à plus de 1 1 ° , la cire d’Espagne à plus de 15°, et le verre à plus de 20° ; mais il faut avoir constamment l’attention de laisser ces corps dans le mercure assez de temps pour que l’équilibre de température s’établisse , et de les retirer epsuite lentement. Entre 80 et 100°, le pouvoir électrique s’éteint par immersion brusque, et, en général, une température élevée éteint le pouvoir électrique comme une température basse.
Ces résultats montrent de nouveau l’influence de l’ébranlement des particules et de la chaleur sur le dégagement de l’électricité, influence qui doit se faire sentir plus facilement sur le soufre, le succin et la cire d’Espagne, que sur le verre. Dans les expériences précédentes, les corps étaient à égalité de températùre avec le mercure; mai^ s’il y a une différence d’un degré seulement , tous ces corps deviennent électriques. Cependant il y a des limites; car un cylindre de verre chauffé à 1 00 ° n’est pas électrique quand on le plonge dans du mercure à + 15°; il en est encore de même en opérant d’une manière inverse. Une tige de verre, avons-nous dit, n’est pas excitable danÿ le
