DESCRIPTION DES MACHINES ÉLECTRIQUES

Rigoureusement parlant, tout appareil susceptible de détruire l'équilibre des fluides électriques qui se trouvent dans tous les corps à Y état naturel et de mettre en évidence une des propriétés quelconques de l'électricité est une machine électrique. Ainsi la plante qui croit dans une capsule isolée, comme celle qu'employait M. Pouillet pour démontrer l'action physiologique dans l'acte de la végétation, serait en réalité une machine électrique ; mais on est convenu de restreindre l'emploi de cette dénomination, et de la réserver pour désigner les appareils qui, au moyen du frottement, mettent en lumière les phénomènes de l'électricité.

Le morceau d'ambre dans lequel Thaïes de Milet découvrit la propriété d'attirer les corps légers et le drap de la tunique ou du manteau avec lequel il dut le frotter constituent la première machine électrique connue qui ait servi aux expériences de cette branche de la science. Le cylindre d'ambre et le morceau de flanelle avec lesquels le docteur Walls obtint la première étincelle constituent de même une machine électrique. Le tube de verre avec le bouchon de liège et la tringle métallique dont Gray se servit pour faire la grande division des corps en idio-éleclriques et anélectriques, voilà encore une autre machine plus parfaite déjà, puisqu'elle renferme toutes les parties dont se compose essentiellement la machine électrique employée de nos jours.

11 serait beaucoup trop long de signaler toutes les modifications qui ont été faites à ces machines, tant dans la matière que dans la forme des trois parties principales qui les constituent, car ces modifications sont innombrables. Walls, comme nous l'avons déjà dit, employa un cylindre de succin et un morceau de flanelle; Otto de Gucricke se servit d'un globe de soufre qu'il faisait tourner et frottait avec la main. Hawksbée faisait usage d'une sphère de verre qui tournait sur un axe; Gray se servit d'un tube de verre, auquel il ajouta pour la première fois, d'accord avec Winkler, un conducteur isolé, car on peut considérer comme tel

la tige métallique qu'il engagea dans le bouchon de liège de son tube de verre. En 1752, Duflay démontra que la glace pouvait Icnir lieu de corps frotté, et l'abbé >'ollet lui-même lui servit de conducteur en restant suspendu à des cordons de soie. En 1741, Boze introduisit de nouveau le globe de verre de Hawksbéc en le substituant au tube qu'on employait exclusivement depuis les expériences de (iray. (le fut aussi lui qui le premier eut ridée de recueillir l'électricité développée par le frottement sur un conducteur isolé, qui n'étai! autre chose qu'un tuyau de fer-blanc suspendu au plafond par un cordon de soie. Le germe de cette idée existait dans la tige métallique inventée par Gray, quoiqu'il ne se rendit pas compte des avantages qui devaient en résulter plus tard. Winklcr employa, comme corps frottant, un coussin, au lieu de la main, qui jusqu'alors avait rempli cet oflice. On doit à M . (îordon la forme cylindrique de plusieurs machines, et à Kamsden, d'après les uns, au docteur Ingénouze, suivant les autres, la machine à plateau connue sous le nom de machine électrique ordinaire, parce qu'elle est la plus usuelle dans les cabinets de physique.

Kn général, on peut dire que toutes les machines électriques maintenant en usage se composent d'un corps frottant, d'un corps [tollé ci d'un conducteur isolé.

Le corps frottant est un coussin élastique rembourré de crin et recouvert de cuir enduit d'une couche de substance oxydable, telle que l'or mnsif (deuto-sulfurc d etain) ou différents amalgames parmi lesquels celui de zinc et d'étain semble être préférable.

Le coqts frotté est un cylindre ou plateau de verre ou de toute antre substance idio-électrique.

Le conducteur isolé est généralement un système de cylindres creux en laiton, terminés par des surfaces sphériques ou arrondies, et soutenues par des colonnes en verre vernies à la gomme laque.

Il n'est pas nécessaire d'indiquer pourquoi ces substances et «es formes ont été adoptées plutôt que d'autres : les lois déduites des phénomènes que nous avons déjà signalés et l'expérience ont démontré leurs avantages. .Nous allons faire une description dé-

taillée de trois ou quatre des machines les plus employées dans les cabinets «le physique.

La figure 15 représente la machine électrique de Ramsdenou «ITngénouze. Le plateau de verre a, dontpe diamètre varie depuis

50 et 80 centimètres

pour les machines ordinaires, jusqu'à 5 mètres, comme celle que possède le Panopticon de Londres, est fixé par son centre a un axe muni de sa manivelle b et assujetti au moyen de la

Fi(t ,5 vis c. Les montants

dd sont disposés de

manière à supporter en même temps le plateau de verre et les quatre coussins qui le frottent des deux côtés depuis la circonférence jusqu'à un tiers ou la moitié du rayon. Le conducteur isolé sur des colonnes en verre M, se termine en deux branches ii, qui entourent le bord du disque à l'extrémité de son diamètre horizontal, c'est-à-dire qu'elles forment une croix avec les montants où sont les frottoirs. Les branches du conducteur sont armées de pointes métalliques en regard du plateau, dont elles s'approchent beaucoup, sans le toucher cependant. Quelquefois on attache aux montants des morceaux de taffetas qui recouvrent la partie du disque di qui vient de subir le frottement depuis le coussin jusqu'à la branche, afin d'éviter la perte de l'électricité au contact de l'air humide.

Quand on veut faire fonctionner la machine, il faut avoir soin de bien sécher chacune de ses parties, d'enduire les coussins avec un des amalgames dont nous avons parlé plus haut, et de les mettre en communication avec le sol au moyen d'une chaîne métallique ; après quoi il suftit d'imprimer un mouvement de rotation à la manivelle pour recueillir l'électricité sur le conducteur isolé.

Il est presque inutile d'expliquer ce qui a lieu dans cette machine, car c'est la conséquence nécessaire de ce que nous avons dit dans les pages précédentes. L'électricité positive qui se développe par le frottement sur le plateau de verre décompose par influence le fluide naturel du conducteur isolé, surtout dans les branches ii ; l'électricité positive repoussée va occuper toute la surface du conducteur isolé, et l'électricité négative, qui, au conlraire, est attirée, passe par les pointes métalliques des branches, et neutralise l'électricité positive dont est chargé le plateau. Le fluide négatif développé sur les coussins s'écoule par le sol, avec lequel ces coussins doivent être en parfaite communication, parce que, s'ils restaient chargés d'électricité négative, ils développeraient une quantité moindre de fluide positif dans le plateau, car ils tendraient à le neutraliser. '

Pour reconnaître quand le conducteur de la machine est chargé d'électricité, et pour mesurer la charge, on se sert de Y électromètre à cadran ou de Henley, que représente la ligure 10, et dans lequel la petite houle de sureau o, attachée à une tige de bois librement suspendue, s'éloigne plus ou moins du conducteur r, et marque le degré d'écartément sur un cadran en ivoire.

On emploie quelquefois des conducteurs secondaires. Ce sont de gros cylindres en cuivre ou en fer-blanc suspendus par des cordons en soie ou appuyés sur •les colonnes isolantes. En mettant ces conducteurs en communication avec ceux de la machine, le système entier se charge d'électricité, et l'on peut obtenir des étincelles plus fortes, car la tension est beaucoup plus grande.

Comme exemple remarquable d'une machine de ce genre, susciterons celle qui est au Panopticon de Londres, construite 'I après les plans de Marmaduke Clarke. Le plateau a 5 mètres de diamètre, et est mis en mouvement par une petite machine à tapeur, le conducteur isolé est un cylindre de 75 centimètres de

Fig. 16.

rayon, et de w2 mètres de long. L'électricité que développe celle énorme machine se communique à une ballerie composée de 5T» jarres de verre, donl les armatures réunies présentent une surface de 250 pieds carres. Les effets qu'on obtient avec cette machine et cette batterie sont extraordinaires, et on peut vraiment les comparer à ceux de la foudre, car on est parvenu à fondre instantanément des fils métalliques longs de 20 el 2'2 pieds,

La machine de Van Mantm (tig. 17) diffère de celle de Iîamstien, en ce qu elle est établie de façon à produire à volonté l'clec

Fig. 17.

tricité positive ou l'électricité négative, c'est-à-dire celle des coussins ou celle du plateau.

Les deux paires de coussins sont disposées, dans ce cas, dans le sens du diamètre horizontal, appuyées sur les semi-globes eu laiton z et z\ Il y a deux branches mobiles xx et ytf qui doivent toujours être en plans perpendiculaires, c'est-à-dire que, quand la branche yy' est verticale, la branche xx reste horizontale, communique avec les coussins, et transmet au sol L'électricité négative, tandis que la branche yy'cl le globe y se chargent d'élec h u ilé posilixe. Ouaud, au contraire, la branche i/// est horizonlaie, la branche x\r',qui o>l verticale, communique avec le plateau el recompose sou fluide au moyeu du fluide naturel du sol, tan-

dis que la branche recueille l'électricité des coussins, c'està-dire l'électricité négative, et la communique au globe g et aux semi-globes zz', où l'on peut charger les condensateurs. La machine de Nairne (fig. \H) est disposée aussi pour donner

les deux électricités; mais ou peut les recueillir à la lois sur deux conducteurs différents.

Le corps frotté est ordinairement un grand cylindre de verre ay mobile autour d'un axe horizontal by et le frottement est produit dans le sens de la longueur par un seul coussin e, fixe à l'un des conducteurs isolés hh, tandis que l'autre, r/r/, armé de pointes, so charge d'électricité contraire à celle de lili. Au moyen des brandies i ou ?, on peut recueillir simultanément les deux électricités ou une seule à volonté ; dans ce dernier cas, il suffit de mettre l'un des conducteurs en communication avec le sol. On peut aussi y ajouter une armure ou morceau de taffetas gommé, atin de prévenir les effets du contact de l'air humide avec le cylindre de verre.

On a tenté de remplacer le plateau ou cylindre en verre par •I autres corps moins hygrométriques, moins coûteux et moins fragiles. En 1851 figurait à l'Exposition de Londres une machine où on avait substitué au plateau en verre une courroie en gutta-

'» l iLE'.TM'-ITÉ ET LE> r.HENINS DE FER

:*r-r \ : i rviJîi! -ijr doux po:îies; et à ] 'Exposition universelle t*-V> 31)1 . Fabre H kunemaun on! présenté une machine ■:■ M <V^{ne était en caoutchouc vulcanisé. .Nous ne doutons pn* <>- 1 excellence de cette dernière modification, car le caoutr hou. e-t un corps éminemment éleetriqut*, et son prix modique, airi^i que la ténacité qu il peut acquérir, permettra de faire de «rands plateaux et de répandre ainsi l'usage de machines d une haute puînée.

M. Jules Thoré a en>ove dernièrement à l Académie des sciences de Paris une communication dans laquelle il décrivait une machine électrique imentée par lui, semblable, pour la forme, à celle dont nous venons de parier, qui était à l'Exposition de Londres; mais, au lieu d une courroie en gutta-percha, M. Thoré emploie un bande de papier dont les deux extrémités sont collées ensemble de manière qu'on puisse la tendre sur deux cylindres ou rouleaux en bois recouverts de soie. En imprimant un mouvement de rotation à l'un des deux cylindres, et en appuyant sur le papier un fer à repasser chaud, on obtient des quantités considérables d'électricité. M. Sigaud de Lafont et d'autres auteurs anciens ont décrit de semblables machines, où le papier est remplacé par des rubans de soie.

L'électrophore, dont l'invention est attribuée par quelques-uns au Suédois Wilfce, mais par M. Becquerel et la plupart des physiciens à Volta, est la plus simple et la plus commode de toutes les machines avec lesquelles on obtient l'électricité par frottement et par influence, quand on n'a besoin toutefois que de petites charges électriques.

L'électrophore se compose d'un gâteau de résine r (fig. 19) el d'un disque en métal m pourvu d'un manche isolant a. La résine doit être enfermée dans une boite en bois, et il faut avoir soin que sa surface soit bien unie. Le disque peut être en cuivre ou en laiton avec un rebord arrondi, ou bien en bois recouvert d'une feuille d'étain; son diamètre doit être plus petit que celui du gâteau de résine.

Pour faire fonctionner cet appareil, on frotte ou plutôt l'on bat In résine avec une peau de ehat: on place le disque sur la résine

en appuyant avec la main ; puis on le soulève par son manche, el il se trouve chargé d'électricité positive qui éclate en une étincelle quand on approche un doigt, un excitateur ou une bouteille de Leyde. Cette opération peut être répétée plusieurs fois sans qu'il soit besoin d'électriser de nouveau le gâteau de résine.

L'explication de ce phénomène est fort simple. L'électricité négative développée sur le gâteau de résine décompose par influence l'électricité naturelle du disque métallique et du corps qui est en contact avec lui par la main; l'électricité positive est attirée vers le gâteau pour y neutraliser l'électricité négative; mais elle n'y passe pas, parce qu'elle s'accumule sur une surface très-grande et qu'elle ne peut vaincre la résistance de l'air, qui est un mauvais conducteur; l'électricité négative qui occupe la partie supérieure du disque est repoussée et passe au sol par la main de l'opérateur; el, quand on lève le disque par son manche, il n'est chargé que d'électricité posi live.

La simplicité, le peu de volume, le prix modique el la commodité de cet appareil en ont beaucoup répandu l'usage, et, comme nous l avons dit, on le préfère aux autres machines électriques quand on n'a pas besoin d'obtenir de grandes charges en peu de temps.

MM. Fabre et Kunemann ont construit des électrophorcs dont le gâteau, au lieu d'être en résine, est en caoutchouc vulcanisé, comme les plateaux des machines dont nous avons parlé, et ils assurent que les résultats sont aussi bons.

Voulant obtenir de l'électrophore une grande quantité d'électricité, on a imaginé de réunir plusieurs de ces appareils et de les soumettre à un mouvement capable de développer en tous simultanément les propriétés électriques. Nous ne décrirons pas la machine électrophorique de M. flirarbon, cela n'étant pas nécessaire pour faire comprendre le but qu'il s'est proposé, et nous ne croyons pas qu'on doive la préférer au simple éleclrophore

pour de faibles charges, ni aux machines à plaleau pour les charges plus fortes.

Au mois de décembre 1854, M. Hermitc présenta à l'Académie des sciences la description et le calcul d une machine électrique dont il proposait la construction, fondée Sur le principe de 1 électrophore. D'après son auteur, celte machine devait offrir une particularité singulière, celle de développer l'électricité de manière à produire une quantité considérable de travail mécanique, au lieu d'en exiger, comme cela a lieu d'ordinaire. Le compte rendu de l'Académie des sciences ne décrivant pas l'appareil, nous n'avons pu nous en faire une idée quelconque; mais il est certain que, lorsque l'auteur voudra mettre son invention à exécution, il se trouvera bien loin de ses calculs et de ses considérations.

Pour produire de grandes charges électriques en peu de temps, il n'y a aucun appareil, parmi ceux déjà connus, qui puisse rivaliser avec la machine hydro-électrique d'Armstrong. Elle est duc au physicien de ce nom, qui appliqua de la manière la plus heureuse dans sa construction le principe qu'il déduisit d'un fait observé accidentellement en 1840 par un ouvrier de Sighill, près de Newcastle, lequel, voulant régler le poids de la soupape de sûreté d une machine à vapeur fixe dont il était chargé, resta tout surpris en voyant partir une étincelle électrique paraissant sortir du métal de la chaudière.

C'est aussi le frottement qui développe l'électricité dans la machine d'Armstrong : mais c'est le frottement d'un jet de vapeur à haute pression contre les ajutages étroits par où on le fait sortir. Cette machine se compose d'une chaudière à vapeur isolée « (fig. 20), d'une boite réfrigérante fc, de trois ajutages de sortie c, et d'un conducteur d.

La chaudière est à foyer intérieur, dont on voit la petite porte en f et la cheminée en y; elle est isolée sur quatre colonnes de verre t>, fixées à un cadre muni de roulettes u ; s est la soupape de sûreté, r le robinet pour laisser sortir la vapeur et faire agir l'appareil. Quand on ouvre ce robinet, la vapeur passe d'abord do la chaudière au grand tuyau f; elle se répand ensuite dans

ÉLECTRICITÉ STATinTE. MACHINES ÉLECTRIQUES. 73

trois tuyaux qui traversent en droite ligne la l>oile b, et arrive aux ajutages c, qui terminent ees tubes.

Fip. 20.

La boite réfrigérante b contient de l'eau à la température ordinaire; le niveau de cette eau n'étant pas assez élevé pour atteindre les tubes, on pose sur ceux-ci des mèches de coton dont les bouts trempent dans l'eau, qui monte en vertu de la capillarité, et refroidissent jusqu'à un certain degré la vapeur passant dans les tubes : la vapeur qui se produit dans la boite b passe dans la cheminée par un autre petit tube courbé que l'on voit dans la ligure.

Les ajutages de sortie constituent la partie principale de l'appareil, car c'est d'eux que dépend le pouvoir électrique de la machine. Après de nombreux essais, M. Armstrong s'est arrêté à la dis- |»osition représentée dans les figures SI et 22. Le tuyau de vapeur t'élargit en forme de cône prés de son extrémité, et on y introduit

la pièce représentée dan? la ligure 24, qui est le vrai ajutage de

sortie, et dont on voit la coupe, mais déjà introduite dans le tube, dans la figure 22. Elle se compose d'un tronc de cône en bois ;j, dont la plus petite base est attachée à la pièce de métal m. La vapeur y arrive directement, frappe contre le métal, s'éparpille, et est contrainte de passer par une fente; là elle s'éparpille de nouveau pour passer par un orifice d'un diamètre approprié et pratiqué dans Taxe même du tronc de cône en bois; l'anneau à vis n sert à fixer solidement l'ajutage de sortie. Quand la vapeur traverse la boite b, le refroidissement y produit quelques petites gouttes d'eau qui sont entraînées par le reste de la vapeur, et il semble démontré par les expériences de Faraday que c'est au frottement de ces gouttes contre le bois de l'ajutage qu'est dû le développement de l'électricité : ainsi donc les gouttelettes d'eau constituent le corps frottant, les parois de l'ajutage le corps frotté, et la vapeur est l'agent ou le moteur qui détermine un frottement rapide.

Le conducteur d a à peu près la forme indiquée par la figure 20: c'est celle d'un peigne ou plutôt d'une brosse métallique : la vapeur lui communique son électricité, et, comme il est isolé, on peut faire jaillir l'étincelle sur la boule «", qui est une partie du conducteur.

On a omis sur la figure un autre tube d'échappement destiné à introduire différentes substances en poudre entraînées par la vapeur, afin d'étudier leur influence sur la nature et la quantité d'élcclricilé produite.

Avec une chaudière de 80 centimètres, ce qui n'est pas un appareil bien volumineux, on obtient plus d'électricité qu'avec trois machines ordinaires à plateau de 1 mètre et faisant un tour par seconde. Il y a eu à la Sorbonnc une autre machine plus puissante : elle avait quatre-vingts ajutages de sortie, cl ses énormes étincelles se succédaient avec une rapidité telle, qu'elles formaient un jet continu éblouissant, large de quelques eenli mètres et long

de plusieurs décimètres. ]jc musée polytechnique de Londres possède une machine plus puissante encore.

Avant de passer outre, et pour terminer ce chapitre, nous expliquerons la différence existant entre les deux états sous lesquels se présente l'électricité, états tout à fait distincts, du moins en apparence, ce qui a fait donner à l'un le nom d'électricité statique, et à l'autre celui d'électricité dynamique*

Toutes les fois qu'il y a neutralisation des deux électricités positive et négative, soit à travers l'air au moyen d'une étincelle, soit au moyen d'un corps conducteur, l'électricité se trouve à l'état dynamique pendant tout le temps que dure la neutralisation, car on suppose que les deux fluides sont en mouvement et qu'ils se dirigent à la rencontre l'un de l'autre pour se recomposer. Cette dénomination exprime une idée opposée à celle d'état statique ou de repos, où se trouvent les deux électricités quand, après leur développement, elles restent accumulées séparément sur des corps isolés. L'état statique a aussi reçu le nom de tension électrique, qui exprime parfaitement l'état violent, pour ainsi dire, où se trouve le fluide électrique et la tendance qu'il a, par conséquent, à l'abandonner.

L'état dynamique peut être instantané ou continu. Il est instantané dans tous les cas où deux corps électrisés sont isolés, et, par conséquent, n'acquièrent plus d'électricité après s'être mutuellement neutralisé celle qu'ils possédaient. Mais, si l'on suppose que l'un des deux corps communique avec un générateur permanent d'électricité positive, et l'autre avec un générateur, permanent aussi, d'électricité négative, les deux fluides se renouvellent à mesure qu'ils se neutralisent, et il y aura entre les deux corps une série d'étincelles s'ils sont à une certaine distance l'un de l'autre, ou une réunion continue des deux électricités si les deux corps communiquent entre eux par un conducteur. Cette neutralisation non interrompue est ce qu'on appelle état dynamique umtinu ou courant électrique, et les phénomènes obtenus au moyen de ces courants, leurs lois et les appareils qui les produisent, constituent l'électricité dynamique, branche nouvelle de la

7fi L'ÉLECTIMCITÉ KT LES CHEMINS DE FER.

science électrique qui date à peine de soixante ans, mais qui a rendu aux arts et aux sciences des services si nombreux el d'une telle importance, qu'on a dû non -seulement la séparer de î'élcctricilé statique connue depuis Thaïes de Milet, mais en taire de nouvelles subdivisions qui semblent devoir prendre d'immenses proportions, comme nous le verrons dans les prochains chapitres.

ÉI-KCTIUCITÉ DVIUMiyUE. GALVANISME. 17