I. — Historique et considérations préliminaires

C'est Siemens (*) qui paraft avoir constaté le premier, dès 1861, l'échaufTement de la paroi de verre d'une bouteille de Leyde chargée, et dans leurs travaux classiques sur la dilatation électrique, MM. Righi et Duter ont dû tenir compte de celte augmentation de température ; mais la dissipation d'énergie qui se produit sous forme de chaleur, dans l'intérieur d'un diélectrique soumis à des actions électriques périodiquement variables, n'a été observée que beaucoup plus tard. C'est ainsi que MM. Naccari et Bellati (*), opérant avec un condensateur fermé à diélectrique liquide (pétrole), et de forme analogue à celle utilisée par Duter, ont constaté un échauffement manifeste du verre et du pétrole, comme conséquence de la polarisation variable, produite dans le diélectrique, lorsqu'on met les armatures en relation avec le secondaire d'une bobine d'induction, sanspouvoir néanmoins fixer les lois du phénomène. M. Borgman('), par l'emploi d'un dispositif analogue, quoique pliis précis, est arrivé à un résultat identique, pour le verre d'un condensateur soumis à l'électrisation intermittente d'un système de charges et de décharges successives, réchauffement observé étant à peu près proportionnel au carré de la différence de

(») Siemens, Monalsberd. Berl. Akad., oct. 1861.

(2) Naccari et Bbllati, Atli di Tovino, t. XVH, p. 26, 3. 1882; — et J. de Phys., 2- série, t. I, p. 430, 1882.

p) J. Boroman, Journal russe de la Sociéié dephfjs.el de c/iiw.. t. XVIII, 1886, — et J. de Phys., I' série, t. VllI, p. 217 ; 1888.

HYTÉRÉSIS DIÉLECTRIQUE 423

potentiel de charge. Néanmoins, malgré ces recherches antérieures, la question de l'hystérésis diélectrique n'a été vraiment posée, sous sa forme actuelle, qu'en 1892, à la suite des recherches de M. Steinmetz {*) ; ce physicien, — en soumettant un condensateur en papier paraffiné (3 microfarads), à des charges alternatives de 170 fréquences par seconde, sous un voltage maximum de 80 ou de 230 volts, — trouva que l'énergie dissipée sous forme de chaleur, dans un diélectrique placé dans un champ électrostatique alternatif, est proportionnelle au carré de l'intensité maximum du champ ; et par analogie avec ce qui a lieu lorsque l'acier ou le fer doux sont soumis à des forces magnétisantes ayant le caractère cyclique, M. Steinmelz fut ainsi conduit à admettre l'existence d'une sorte d'hystérésis diélectrique. Peu de temps après, M. Kleiner (2), à la suite de mesures effectuées au moyen d'un élément thermo-électrique, sur réchauffement d'un condensateur, soumis à une charge alternative, arrivait à une conclusion analogue et admettait l'existence d'une hystérésis faible, mais néanmoins mesurable, au moins dans le cas de la paraffine, qui était le diélectrique employé dans ses recherches.

On peut aborder le sujet par une autre voie; on conçoit, en effet, qu'il soit possible de mesurer l'énergie absorbée par le diélectrique, non plus sous la forme calorique, mais sous la forme équivalente de travail mécanique; c'est ainsi que M. R. Arno(^),àquion doit de nombreux et intéressants travaux, sur les phénomènes d'hystérésis, équilibre par un couple de torsion le couple de rotation d'un cylindre creux isolant suspendu dans un champ électrostatique tournant ; dans ce mode opératoire, la direction du champ polarisant rencontre à chaque instant des régions différentes du diélectrique considéré ; mais, à cause du retard d'établissement de la polarisation sur le champ polarisant, ces deux directions font un certain angle, et il en résulte une force attractive appliquée au cylindre diélectrique, dont la composante ta ngentielle produit la rotation observée.

Soient rf, la déviation mesurée, proportionnelle à l'énergie W des forces électriques mises en jeu, et V la différence de potentiel maximum du champ tournant, proportionnelle à l'induction électrosta-

(>) Stbinbetz, Electrotecnische Zeifschrifl, 29 avril 1892; — Eleclr. Engineery New-York, 16 mars 1892 ; Lumih^ électrique, t. XLIV, p. 95,2 avril 1892.

(•^) Rlbiner, Wied. Ann., t. L, p. 138; 1893.

(3) R. ARifO, Rendic. d. Ace. LinceL 16 oct. 1892, 30 avril, 12 nov. 1893, 18 mars, n juin, 18 nov. 1894.

42t BEAIIARD

tique maximum B; M. R. Arno représente les résultats de ses

expériences par une expression de la forme :

(1) d = hT,

Texposant e ayant du reste une valeur différente suivant la valeur de B; ainsi pour B = 1,75 unités électrostatiques C. G. S., £ est égal à 1,65. Dans cette formule, la vitesse de variation du cycle n'intervient pas, de telle sorte qu'il semble que Ton se trouve en présence d'un effet dû à l'hystérésis ; mais, dans un autre travail (^), effectué avec des fréquences diverses, M. R. Arno attribue plutôt la perte d'énergie produite dans le diélectrique, placé dans un champ tournant, à l'existence d'une sorte à!hysterésis visqueuse^ provenant du retard qui existe entre l'instant où la force électrique est appliquée et celui où la polarisation du diélectrique prend la valeur correspondante à cette force ; l'énergie dissipée est, en effet, d'autant plus grande que la vitesse de rotation du champ est plus considérable, ce qui montre bien qu'elle est due à un retard dépendant du temps, c'est-à-dire à un phénomène de viscosité. Dans l'intervalle des recherches précédentes, M. Janet (^), abordant le môme sujet, avai* institué des expériences, dans le but d'étudier les phénomènes de charge d'un condensateur, soumis à des oscillations rapides, lorsque pour un réglage convenable de sa capacité et de la self-induction du circuit le courant de charge affecte la forme oscillatoire, et de rechercher en même temps si, dans de telles conditions, la notion de capacité subsiste, c'est-à-dire s'il y a un rapport rigoureusement constant entre la charge et la différence de potentiel correspondante. Or l'expérience a montré qu'il n'en était rien, et qu'à différence de potentiel égale les charges sont moins grandes pour les potentiels croissants que pour les potentiels décroissants ; il y a, par suite, un retard des charges sur les différences de potentiel, pour un diélectrique solide soumis à des oscillations rapides de période relativement lente (77w7.de seconde)? et la courbe figurative des charges en

fonction des différences de potentiel présente nettement la forme d'une boucle, et non celle d'une droite passant par l'origine.

(') R. Arno, // Nuovo Cimento^ i' série, t. \\ 1" semestre 1897; — et Journ, de Phys.y 3' série, t. VllI, p. 607; 1898. — Voir aussi Rendic. d. LinceU t. Vil, p. 167, 1899, et Eclairage ElecL, 19 mars 1900.

(•^) Janbt, Comptes Rendus Ac. Sciences^ t. CXVI, p. 373; 1892; — et Journ. de Phys., 3* .série, t. 11, p. 337 ; 1893.

HYSTÉRÉSIS DIÉLECTRIQUE 425

Quelle est la cause d'un pareil relard, dont on trouve en physique

de nombreux exemples ? On sait que les physiciens rattachent ces

phénomènes à deux causes bien différentes : Thystérésis et la viscosité

ou hystérésis visqueuse.

Dans le cas de Thystérésis proprement dite, on a deux effets différents pour une même cause, suivant l'action de cette cause et, quelle qu'en soit la durée, l'effet obtenu ne dépendant que de la grandeur et du sens de la cause agissante et nullement de la vitesse avec laquelle elle agit. Il en est autrement pour la viscosité : pour une même cause agissant dans un sons déterminé, l'effet obtenu dépend, au contraire, du temps d'action de la cause agissante, c'est-à-dire de sa lenteur ou de sa rapidité ; si la cause agit très rapidement, l'effet peut même n'avoir pas le temps de se produire, tandis que, si elle est lentement et progressivement variable, l'effet suit la variation de la cause et tend vers la valeur définitive que lui assigne la grandeur et le sens de cette action, la viscosité s'opposant d'autant moins à l'établissement de cette valeur définitive que les variations âont plus lentes. Il peut par suite arriver que, dans certains cas, les phénomènes de retard soient dus à l'hystérésis ou à la viscosité ou aux deux causes réunies; il est, du reste, possible de les séparer par l'emploi judicieux de variations cycliques convenables ; en particulier pour des cycles très lentement parcourus, les phénomènes de viscosité disparaissent et les phénomènes d'hystérésis subsistent seuls, puisqu'ils sont indépendants de la vitesse de variation cyclique. Il ne me parait pas inutile de remarquer en passant, que les pTiénomènes dits de polarisation tournante, utilisés dans les expériences de M. R. Arno, pour lesquels la cauae agissante est constanle en grandeur^ mais animée d'une vitesse de rotation uniforme, sont particulièrement propres à déceler l'hystérésis visqueuse, mais impuissants, croyons-nous, à mettre en évidence l'hystérésis proprement dite, à cause précisément de la constance de l'intensité de la force polarisante dont la direction seule varie.

Avant de reprendre l'exposé théorique des recherches qui ont été faites sur le sujet qui nous occupe, je tiens à rappeler brièvement, — à cause de leur ingéniosité, — quelques-unes des vues théoriques émises par M. Hess (^) sur la constitution possible des diélectriques; ce physicien, rejetant absolu ment toute idée d'hystérésis ou de viscosité,

(') Hess, Jouni. de Phys., 3- série, t. II, p. 145; 1893.