CIRCUITS VOLTAÏQUES

Dans les recherches que nous avons exposées jusqu'à présent, on a admis que les générateurs électriques déterminant la force électro-motrice, étaient disposés de manière à pouvoir effectuer toujours les charges des circuits. Mais avec les piles voltaîques, ces charges exigent, pour être produites, des conditions déterminées qui avaient besoin d'être définies; et U importait en même temps de préciser les effets produits dans le cas

traverser; et^ quand tout est ainsi disposé, il provoque de fortes déchargea à travers les différents systèmes de conducteurs dont nous avons parlé ; alors il allonge ou raccourcit son fil de fer, qui lui sert dans ce cas d'éteclroinètre, jusqu'à ce qu'il ne rougisse plus sous l'influence du courant qui le traverse. Or, l'expérience lui a toujours démontré que la quantité d'éleclricité passant par la dérivation est d'autant moins grande que le conducteur complémentaire a une surface plus développée , ou que les flls multiples composant ce conducteur sont plus éloignés les uns des autres. Nous parlerons plus Uxrd de ces réactions. — (Voir les Comptes Rendus de VAcaiémie des Sciences^ année 1866. Séance de mal).

(1) Voir ma Notice sur Vappareilde Ruhmkorff. — 5* édition , pag. 97, et mon Mémoire sur la non homogénéité de Vétincelle d'induction, p. 81.

(2) Voir les Mondes^ tome 18, p. 480.

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d'une charge positive et d'une charge négative ; M. Wheatstone a entrepris, dans ce but, une série d'expériences sur une grande échelle qui ont conduit à des conséquences fort importantes, qu'on peut formuler de la manière suivante :

1^ Si Ton met en communication un fil isolé avec l'un ou l'autre des pôles d'une pile, ce fil pourra se charger de r électricité dégagée à ce pôle^ mais à la condition^ sine qua non^ que l* autre pôle pourra écouler une charge d*électricité de signe contraire équivalente^ soit en terre j soit sur un second conducteur de même surface et de même résistance que le premier^ mis en rapport avec ce second pôle. Il y a donc une solidarité complète dans le mouvement des deux fluides dégagés dans la pile.

2^ Quand un conducteur isolé est relié à l'un des pôles d'une pile dans les conditions voulues pour qu'il puisse être chargé par l'électricité dégagée à ce pôle, il se produit^ dans le premier moment^ un courant de charge qui manifeste d'abord ses effets près de lapilcy et qui disparait aussitôt que le flux électrique , après être parvenu jusqu'à V extrémité du fil^ a acquis le même degré de tension en tous les points du conduc* teur^ ce qui constitue sa charge statique.

3® Quand un conducteur ainsi chargé est séparé de la pile et se trouve mis en communication avec la terre par Tune ou par l'autre de ses extrémités, un coura/nt de décharge également éphémère se produit, et sa direction^ quoique étant la même à tra/vers le fil de communication avec le sol^ peut être^ à travers le long conducteur^ dans le même sens que le courant de charge ou en sens contraire^ suivant que c'est Vextrémité reliée à la pile ou Vextrémité opposée qui fournit la voie à récoulement électrique. Dans le premier cas, le premier effet du courant se manifeste à l'extrémité du circuit; dans le second cas, il s'effectue près de la pile.

4° Dans un circuit métallique complet, une moitié du conducteur est chargée d'électricité positive, l'autre d'électricité négative, avec des tensions régulièrement décroissantes depuis les pôles de la pile jusqu'au milieu du circuit.

5*' Lorsqu'on ferme un circuit métallique homogène près de l'un des pôles de la pile, le mouvement électrique s'effectue d'abord d'une manière double et simultanée, à partir des deux pôles de cette pile, et n'arrive que plus tard au milieu du circuit. Ainsi, quatre galvanomètres étant interposés dans un circuit, deux dans le voisinage des pôles de la pile et

les deux autres dans le voisinage du milieu du circuit, une fermeture de courant opérée près du pôle positif, par exemple, aura pour effet de faire dévier immédiatement les deux premiers galvanomètres près de la pile , et les deux autres ne dévieront qu'après. Ce phénomène est la conséquence de ce que les deux pôles de la pile n'étant pas dans Torigine en rapport avec deux conducteurs de même longueur, le circuit ne peut se charger qu'au moment même où il se trouve complété pa/r sa double liaison avec la pile. Dès lors, la charge communiquée par chacun des deux pôles s'effectue en même temps sur chaque moitié du circuit, et commence naturellement à partir des pôles eux-mêmes.

6° Quand la fermeture du circuit, au lieu de se faire près de la pile, est effectuée au milieu du circuit, le contraire a lieu, précisément parce que les deux moitiés disjointes du circuit, ayant pu se charger préventivement, fournissent vers le milieu du circuit et dans les premiers moments de sa fermeture, les premières recompositions électriques produisant la décharge ou le courant.

7® Lorsqu'un fil isolé par Tun de ses bouts est mis en communication avec l'un des pôles d'une pile dont l'autre pôle communique à la terre, il se charge, ainsi qu'on l'a vu précédemment, jusqu'à ce que la tension électrique soit devenue uniforme en tous ses points. Dans ce cas, la charge devrait être à l'état statique et ne plus manifester la présence d'aucun courant. Sur de longs fils,* il n'en est pourtant pas ainsi, car la dispersion régulière et continuelle de cette charge provoque un petit courant permanent de décharge dont Fintensité^ mesurée près de la pile^ est sensiblement proportionnelle à la longueur du fil^ mais qui est en raison inverse de la distance de Vappareil rhéométrique à la pile^ qua/nd on la mesure en différents points de la longueur de ce fiL

De la solidarité des deux fluides dégagés dans la pile, résulte une conséquence fort importante sur laquelle plusieurs physiciens de mérite ont commis souvent des erreurs inqualifiables , bien que pourtant j'aie longuement discuté cette question dans un Mémoire présenté à l'Institut, en 1851. C'est que le fluide positif, dégagé par une pile, ne peut jamais se combiner avec le fluide négatif dégagé par une autre pile semblable , de manière à donner lien à un courant. Si on fait l'expérience en réunissant par un fil les deux pôles contraires de deux piles différentes n'ayant d'ailleurs aucune communication entre elles, on reconnaît qu'il ne se manifeste aucune action.

D'aprës ce que nous venons de dire de la propagation d*un courant issu d'une pile, on serait en droit de conclure que les courants n'ont pas de direction déterminée dans leur mouvement, puisque les deux flux électriques marchent à la rencontre Fun de l'autre ; mais si on considère que le galvanomètre qui accuse la présence de ces courants doit se trouver impressionné d'une manière tout opposée, suivant que c'est le flux d'électricité positive ou le flux d'électricité négative qui agit sur lui , on s'assurera que l'efiet produit par Télectricité positive se trouve maintenu par l'électricité négative précisément en raison de la marche contraire des deux courants et de l'effet diamétralement opposé qui se trouve exercé dans les deux cas ; il s'ensuit donc que, par rapport au galvanomètre, le courant a un sens déterminé qui fait dévier à gauche ou à droite, sur toute l'étendue du circuit , l'aiguille aimantée ; et ce sens dépend de la manière dont les pôles de la pile se trouvent mis en rapport avec les extrémités du circuit qui doit agir sur cette aiguille. On est convenu de dire que le courant voltaîque marche du pôle positif de la pile au pôle négatif; mais c'est une expression de pure convention,

D'après ce que nous avons dit sur la période variable de la propagation électrique, il devient facile de se rendre compte des différences qui existent entre les divers chiffres qui ont été donnés pour représenter la vitesse de l'électricité. Elles tiennent précisément à ce que l'hypothèse qui a servi de base aux physiciens pour l'étude de la propagation de l'électricité n'est pas exacte. Si , au Ueu d'assimiler cette propagation à celle du son ou de la lumière , on l'eût assimilée à celle de la chaleur, comme l'avait fait Ohm dans l'origine, on aurait pu voir immédiatement que le temps de la transmission électrique ne peut être déterminé qu'autant qu'on introduit, comme donnée du problème, le degré de force que doit avoir le courant en un point déterminé du circuit. En ne tenant pas compte de cette circonstance, le chifi&e de la vitesse de la propagation électrique dépend uniquement de la sensibilité des appareils employés, ou du mode d'expérimentation, et ne peut être regardé que comme mesurant une époque plus ou moins longue de la période variable, époque qu'on ne saurait même déterminer d'une manière absolue. Voilà pourquoi M. PouiUet a trouvé que la vitesse

de l'électricité devait être dix mille fois plas grande que celle de la lami ëre, alors que MM. Fizeau et Gounelle l'avaient trouvée de 100 OQO kilomètres par seconde dans un fil de fer de 4 millimètres, et MM. Mitchell et Walker, de 40 000 kilomètres seulement.

En définitive, il résulte de tout ce que nous venons de dire, qu'il n'y a pas de vitesse nroprement dite de l'électricité, mais bien un temps de fluctuations électriques, pendant lequel l'intensité du courant augmente successivement aux divers points du circuit, et qui atteint sa limite extrême lorsque le courant, étant arrivé à son maximum , se trouve avoir partout la même intensité. On a vu précédemment les lois qui concernent ces durées, mais en dehors de celles-ci, il existe encore, ainsi que nous l'avons dit page 66, un petit retard qu'on pourrait appeler durée de Vinerlie électrique^ dont les lois n'ont pas encore été étudiées et qiii pourrait être considéré comme constituant à lui seul un temps de vitesse initiale de propagation.

M. Marié-Davy, tout en admettant les conséquences qui précèdent, et qu'il avait prévues lui-même, croit qu'il existe encore un coefficient de vitesse qui résulte du fait même de la propagation de l'électricité dans des conducteurs de forme définie (1). C'est sans doute ce coefficient de vitesse qui correspond à cette inertie électrique dont nous venons de parler, et qui empêche les coarbes que nous avons données, de commencer précisément au point correspondant à l'instant précis de la fermeture du circuit.

COURANTS PRODUITS PAR DES CHANGEMENTS DANS LA TENSION ÉLECTRIQUE D'UNE CHARGE PERMANENTE.

Nous avons vu que, d'après la théorie d'Ohm, il suffit d'une difierence de tension, en deux points différents d'un conducteur électrisé , pour déterminer, entre ces deux points, un flux électrique se comportant exactement comme un courant issu de deux tensions égales de signes contraires. Dans ce cas, la force électro-motrice qui préside à la propagation de ce flux électrique est exprimée par la différence des deux tensions. Or, si l'on admet qu'un conducteur se trouve préalablement électrisé, soit par une charge statique, soit par une charge dynamique, on pourra déterminer un mouvement électrique dans telle condition qu'il pourra conve-

(l) Voir le mémoire de M. Marié-Davy sur cette qutstioa : Recherches sur Vélcctridlé, V. Masson 1961.

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nir, si à Fane des extrémités de ce conducteur on parvient à diminuer ou à augmenter la tension préexistante; si on l'augmente et que la charge soit à rétat dynamique, on diminue la force électro-motrice et le courant se trouve affaibli ; on peut même l'anihiler complètement en augmentant assez cette tension pour qu'elle devienne égale à celle qui a déterminé le mouvement électrique. Au contraire, si on l'amoindrit, soit par une communication avec le sol, soit par l'action d'une source électrique contraire, on rendra la force électro-motrice plus grande et le courant plus énergique. Toutefois, il ne faudra pas perdre de vue que, pour obtenir ce résultat avec une pile, il faudra que Télectricité de nom contraire à celle qui réagit sur le circuit, trouve à s'écouler dans le sol en proportion de l'action produite, car nous avons vu que les deux flux électriques dégagés dans une pile sont solidaires Tun de Tautre.

Il résulte de cette action une conséquence très-importante, c'est qu'un même circuit peut transmettre des actions électriques différentes en rapport avec plusieurs sources électriques, sans pourtant servir de véiiicule à chacune d'elles. Il s'établit alors entre les tensions électriques, aux différents points de ce circuit, un équilibre qui peut fournir les amoindrisse-, ments ou les renforcements de force électro-motrice nécessaires pour faire varier l'intensité électrique dans le circuit, et déterminer les effets en rapport avec les fermetures et les interruptions des courants simples. Nous aurons occasion de revenir sur cette question au chapitre des accouplements des piles.

Une autre conséquence non moins importante résulte encore de la production de courants par le fait d'une différence de tension , c'est que si on charge un conducteur d'une manière quelconque, et que cette charge puisse s'accumuler et se maintenir à l'extrémité du circuit à l'aide d'un condensateur de grande surface, on pourra produire tous les effets des courants en modifiant très-peu la tension de cette charge, soit par des communications alternatives de courte durée avec la terre ou avec la source électrique, soit par des émissions successives de flux positifs ou négatifs de moindre énergie que l'action primitive. Ce système a produit d'excellents résultats sur les câbles transatlantiques, mais il pourrait présenter des inconvénients sur les lignes aériennes^ en raison des dérivations par les poteaux qui, en temps de pluie, empêcheraient la charge complète du condensateur et fourniraient des affaiblissements de tension indépendantes de la volonté de l'expéditeur.

Les courants qni résultent d'un affaiblissement ou d'an renforcement produit dans la. tension d'une charge électrique préesistantc sur un conducteur, dépendent beaucoup, quant à leur intensité, non-senlement do cbifire de la différence de tension produite, mais encore du temps employé pour produire cette différence. Si ce temps est long, le courant qui en résulte est faible, s'Q est court, il est infiniment plus fort ; M. Varley a imaginé, pour démontrer ces différences d'effets, un appareil extrêmement ingénieox qoe nous croyons devoir décrire, pour qu'on puisse bien se pénétrer de cette question qui est beaucoup plus importante qu'on ne le pense généralement.

Flg. «0.

Cet appareil consiste dans un baquet AD isolé, rempli d'eau légèrement salée avec du sulfate de zinc. Deux électrodes en zinc amalgamé Z et C portées par une traverse, plongent dans ce baquet et sont mises en mouvement de rotation par un mécanisme d'horlogerie qui leur fait accomplir une demi- révolution en JO secondes. Enfin, le liquide aux deux points opposés A,D d'un même diamètre du baquet, est en contact avec les deux bouts disjoints d'un circuit fermé très-résistant R' dans lequel est interposé un galvanomètre G', et les électrodes de zinc amalgamé communiquent aux deux pôles d'une pile P assez puissante.

Les appareib étant ainsi disposés , on observe que quand la traverse qui porte les électrodes de zinc est placée transversalement par rapport à la ligne diamétrale qni réunit les deux points opposés A et D, aucun courant ne traverse le galvanomètre G', tandis que dans la position contraire, c'est-à-dire dans la position AD, un courant assez énergique sillonne le circuit R' dans un sens qui varie à chaque demi-révolution de la traverse. Entre ces deux positions rectangnlures , le courant passe donc

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par des phases de décroissances et de renforcements successifs, mais d'une manière fort lente, puisque chaque demi-révolution exige 40 secondes pour s'accomplir.

Imaginons maintenant que la plaqué A soit mise en rapport avec un second circuit très-résistant R communiquant à Tune des armatures d'un grand condensateur L, dont l'autre armature eorrespond à la terre et qu'un galvanomètre G soit interposé dans ce nouveau circuit.

Aussitôt que l'appareil fonctionnera et que le courant commencera à se faire sentir, les deux galvanomètres dévieront à peu près de la même manière, l'un sous l'influence de la décharge directe à travers le circuit R', l'autre sous Tinfluence de la charge du condensateur, mais aussitôt que celui-ci se ti'ouvera chargé à la tension du flux électrique dans le circuit R, la déviation du galvanomètre G cessera, tandis que la déviation du galvanomètre G' persistera. Or, on peut voir que l'amplitude de la déviation du galvanomètre G ne dépend pas du tout de la force du courani passant à traders le circuit R, mais uniquement de la rapidité des variations de sa tension^ variations qui ont pour résultat l'augmentation ou la diminution de la charge du condensateur. En effet, à mesure que le courant augmente d'intensité par suite du rapprochement successif des lames Z, G, des points A et D, la déviation du galvanomètre G' augmente dans une proportion considérable, tandis que celle du galvanomètre G reste toujours à peu près nulle, et cela parce que la tension augmentant lentement, les effets statiques succèdent presqu'immédiatement aux effets dynamiques et ne peuvent donner lieu qu'à une série de courants différentiels peu appréciables. Supposons, poui* fixer les idées , que le courant arrivant au bout des deux résistances R et R', ait une tension représentée par i à travers les deux galvanomètres : la charge du conducteur R' sera accomplie et l'état statique succédant à l'état dynamique, la déviation du galvanomètre G cessera immédiatement. Maintenant^ admettons que pen^ dant ce temps le courant ait augmenté de force et que sa tension 1 soit devenue ^ : le condensateur se chargera à 2 et pendant cette nouvelle charge le galvanomètre déviera jusqu'à ce que le condensateur soit de nouveau chargé à cette tension ; ainsi, l'effet dynamique produit alors dans le circuit, ne sera pas en rapport avec la force du courant , mais seulement avec les accroissements successifs de sa tension. Il n'eu aurait pas été de même si, au lieu de faire croitre lentement la tension, on avait effectué immédiatement la charge du condensateur par la communication

directe du circuit R avec la pile. La déviation galvanométrique eu G aurait pu être .considérable et aussi énergique qu'en G', seulement elle n'aurait été que momentanée.

C'est pour la même raison que des deux courants qui naissent de l'induction, le courant direct a le plus de tension; car la désaimantation g'effectuant plus rapidement que l'aimantation, la charge du conducteur est successive dans un cas alors qu'elle est presqu'instantanée dans l'autre.

De tous les moyens qu'on peut utiliser pour obtenir des effets dynamiques par la tension électrique, le meilleur est sans contredit l'emploi des condensateurs ; mais pour correspondre à l'électricité développée par la pile, il faut que ces condensateurs aient des dimensions considérables. Ceux qui sont employés dans les transmissions télégraphique^ entro l'Europe et l'Amérique, ont environ quarante mille pieds anglais de surface. Avec ces appareils, on obtient de la part des armatures opposées à celles qui sont directement électrisées par la pile, des flux d'électricité repoussée qui agissent comme de véritables courants et qui réunissent des avantages que n'ont pas les autres courants, quand il sont appliqués sur de très-longues lignes télégraphiques.

Pour qu'on puisse comprendre ces avantages, il nous suffira de rappeler que sur de longues lignes télégraphiques, et surtout sur les lignes sous-marines, la durée de la période variable de la propagation électrique ne laisse pas que d'être assez appréciable, et que la décharge complète des lignes est relativement très-longue à s'effectuer. Or, avec les condensateurs, cette durée de décharge est infiniment raccourcie. En effet, quand le flux d'électricité repoussée est parvenu aux appareils et qu'il a commencé à produire son effet, une décharge du condensateur à la station qui transmet, a pour effet de faire suivre ce premier flux d'un second provenant de l'électricité accumulée sur le condensateur, et celui-ci, en tendant à s'écouler par la même voie que le premier flux, rencontre ce dernier sur son cheminot le neutralise immédiatement en provoquant une recomposition au sein même du conducteur. Nous donnerons plus tard des renseignements plus complets sur ce système de transmission ; il nous suffit, quant à présent , de le signaler pour montrer tout le parti qu'on peut tiver de l'emploi des condensateurs dans les applications électriques. Nous verrons encore qu'en les utilisant d'une autre inanière, on peut en faire de véritables emmagasineurs de la puissance électrique.

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