Étincelle de rupture

L’étincelle de rupture est celle qui apparaît lorsqu’on sépare les deux conducteurs d’une pile voltaïque. Elle a été beaucoup moins étudiée que les précédentes, bien que certaines particularités la rendent intéressante L

Lorsque le circuit est formé par un fil court, l’étincelle de rupture est en quelque sorte un élément d’arc voltaïque* Car cet arc s’obtient par une séparation lente des électrodes, qu’on arrête pour maintenir la continuité du circuit. Si cette séparation est opérée rapidement, l’arc jaillit pendant un instant très-court et cesse dès que la distance est trop grande pour que les efflets de tension continuent à se produire. L’étincelle de rupture est donc d’autant plus longue que la tension électrique est plus considérable. Il n’y a pas lieu d’en faire une élude spéciale, puisque sa constitution est la même que celle de l’arc.

Mais lorsque le circuit est très-long et surtout lorsqu’il offre un grand nombre de circonvolutions, des faits nouveaux se présentent.

Henry observa le premier que l’étincelle était grosse et bruyante dans ces circonstances. Faraday rattacha ensuite ce phénomène au principe de l’induction qu’il avait découvert, et il lui donna le nom A' extra-courant. La cause en est dans l’action mutuelle des diverses portions du conducteur; car si on met dans le circuit une spirale de fil conducteur, l’étincelle de rupture grossit par le

^ Annales de Chimie et de Physique, 4° série, t. XYII. Recherches sur les courants nierromjms, par M. Cazin.

rapprochement des spires les unes contre les autres ; elle grossit encore, lorsque le conducteur est enroulé autour d’un faisceau de fer, ce qui démontre l’action inductive de ce dernier. Nous supposerons dans ce qui suit que le circuit est formé par la pile et par un gros fil de cuivre recouvert de soie, enroulé sur une bobine de bois creuse, dans laquelle est placé un faisceau de fils de fer; ce qui constitue un électro-aimant. L’étincelle de rupture devient ainsi Vétincelle (T extra-courant.

Voici les principaux aspects qu’elle offre, lorsqu’on emploie une pile d’une vingtaine d’éléments Bunsen, et un électro-aimant d’une vingtaine de kilogrammes. Les effets sont d’ailleurs les mêmes quels que soient les appareils, ils ne différent que par leur grandeur.

Supposons qu’on effectue la séparation brusque d’électrodes de cuivre, en les plaçant en croix, et faisant glisser l’une d’elles le long de l’autre, jusqu’à son extrémité ; à l’instant où la séparation commence, on aperçoit entre les bouts des deux conducteurs une langue de feu verte, bordée de rose, qui atteint une longueur de plus d’un centimètre. Cette apparition lumineuse est accompagnée d’un bruit assez prolongé, analogue à celui d’un coup de fouet. L’effet est d’autant plus intense que le frottement des électrodes est plus énergique.

On reconnaît ici l’arracbernent des particules du cuivre dont la vapeur incandescente donne une belle lumière verte, et dont la combustion dans l’air donne une flamme rose. Ce qui est dû à l’induction, c’est la longueur de l’étincelle et sa durée, dont la grandeur est en rapport avec le caractère du bruit qu’on entend; car en ôtant le fer de la bobine, on voit l’étincelle diminuer de longueur et le bruit devenir plus sec.

Avec d’autres métaux, on a des langues de feu diversement colorées suivant leur nature et toutes ces couleurs sont celles des arcs voltaïques qu’on produit avec les mêmes métaux.

Lorsque la séparation s’opère à l’aide d’une pointe de métal immergée dans le mercure, qu’on retire brusque’ ment, l’étincelle est blanche, à cause de la présence du mercure en vapeur, et elle a la forme d’un cône ayant son sommet à la pointe de métal.

Le bruit ne change pas de caractère, quand on renverse le sens du courant.

Le mercure ne tarde pas à se couvrir d’une couche pulvérulente, qui est le résultat de la condensation d’une abondante vapeur métallique.

En mettant de l’alcool sur le mercure, on voit l’étincelle diminuer de longueur, et le bruit est moins prolongé que dans l’air. En mettant de l’eau, le bruit devient encore plus sec. Le métal pulvérulent se dissémine dans le liquide et en trouble rapidement la transparence.

On rend le bruit tout à fait sec et crépitant, en faisant communiquer la pointe et le mercure respectivement avec les armatures d’une batterie de Leyde; l’étincelle prend alors l’aspect de la décharge de la batterie. On est ainsi conduit à penser que l’induction a pour effet de charger cette batterie, et qu’elle se décharge ensuite entre les deux électrodes; dès lors on se demande où était l’électricité développée, lorsque la batterie n’existait pas. Évidemment elle était sur les électrodes, s’étendant sur les deux moitiés du circuit, avec une tension décroissante, à partir du point de séparation.

11 est facile de prouver l’exactitude de cette assertion en isolant parfaitement le cifcuit, et faisant communiquer ses divers points avec le bouton d’un eïectroscope. Les feuilles d’or de l’instrument s’écartent vivement l’une de l’autre, au moment où la pointe sort du mercure, ce qui prouve qu’elles sont électrisées pendant un instant; de plus le signe de l’électricité est celui du pôle de la pile qui est du même côté que l’électroscope par rapport au point d’interruption ; enfin l’écartement des feuilles d’or est d’autant moindre que le point du circuit qui

communique avec l’électroscope est plus éloigné de TinteiTupteur.

Ainsi se trouve expliquée la modification que Tinduction apporte à rétincelle de rupture. L’action mutuelle des diverses portions du circuit et aussi celle qui a lieu entre ces portions et le fer qu’elles environnent, développent dans tout le circuit les deux électricités sous la forme statique, et la tension de ces électricités est assez forte à l’éxtrémité des électrodes pour allonger considérablement l’étincelle et accroître sa durée ainsi que son auréole.

Quant à l’explication de ces actions mutuelles, nous n’avons pas à nous en occuper ici ; elle ne nous serait d’aucune utilité pour la connaissance de l’étincelle qui est le but de cet ouvrage.

Une expérience de Masson et Bréguet, celle où ils on obtenu pour la première fois l’étincelle explosive à l’aide d’une pile de faible tension, confirme le raisonnement que nous venons de faire. Voici en quoi elle consiste :

Lorsqu’on établit un conducteur entre la pointe de platine et le mercure, on voit l’étincelle de rupture, celle qui jaillit au moment où la pointe sort du mercure, diminuer de grosseur et d’éclat, et la diminution est d’autant plus grande que le conducteur interposé, ou comme on dit, dérivé^ est plus gros et plus court. En effet une partie de l’électricité statique développée au point d’interruption se décharge par ce conducteur, et cette partie est d’autant plus grande que la résistance du conducteur dérivé est plus petite ; le reste se décharge par l’étincelle de rupture qu’elle renforce.

Coupons le conducteur dérivé et laissons un certain intervalle entre les deux extrémités devenues libres : Si la tension de l’électricité produite par l’induction est suffisante, une étincelle jaillira entre ces extrémités, et comme elle est le résultat de la décharge partielle à travers le conducteur dérivé, l’étincelle de rupture sera d’autant

moins grosse que celle de dérivation sera plus intense. On peut dire que la quantité de lumière perdue par la première se retrouve dans la seconde. Toutes les circonstances qui diminuent l’une augmente l’autre. C’est justement de cette manière que Masson et Bréguet ont fait leur expérience (fig. 7) ^

Les seules mesures qui aient été prises sur l’étincelle d’extra-courant sont celles que l’on trouve dans le mémoire cité plus haut. Elles sont relatives à la durée de cette étincelle.

L’étincelle éclatait dans l’obscurité devant un disque circulaire portant des perles équidistantes sur sa circonférence, et tournant avec une vitesse connue. On réglait cette vitesse, de sorte que les arcs brillants produits par les images des étincelles fréquemment réitérées eussent des longueurs égales aux intervalles obscurs. On calculait ensuite la durée de l’étincelle d’après la vitesse du disqueet le nombre des perles, comme dans le procédé de M. Félici. Pour connaître la vitesse du disque, on appuyait une carte sur le bord d’une des roues de rengrenage qui mettait le disque en mouvement, et on prenait l’unisson du son qu’on entendait, à l’aide d’un instrument de musique. Connaissant ce son, 011 trouvait dans les tables d’acoustique le nombre de ses vibrations par seconde ; ce nombre divisé par le nombre des dents de la roue donnait le nombre de tours de cette roue pendant une seconde, et l’on passait au nombre des tours du disque, quand on avait compté les dents des diverses roues de l’engrenage.

C’est ainsi qu’on a trouvé que la durée de l’étincelle de rupture est proportionnelle à l’intensité du courant, qu’elle diminue quand on ôte le fer que nous avons supposé avoir été mis dans la bobine, qu’elle est deux fois moindre dans l’alcool que dans l’air, qu’elle diminue considérablement quand on fait communiquer les deux

' Voir page 49.

électrodes avec les armatures d’une batterie suffisamment grande.

Les arcs lumineux du disque tournant ont paru formés par une suite de points brillants, ce qui prouve la ressemblance de cette étincelle avec celle d’une batterie de Leyde réunie à la bobine de Riihmkorff. Cette observation confirme la théorie précédente.

La durée de l’étincelle; quand il y a addition d’une batterie à l’interruption, est du meme ordre de grandeur que celle des étincelles ordinaires des batteries ; elle ne dépasse guère quelques cent-millièmes de seconde. Mais quand on supprime la batterie, cette durée devient beaucoup plus grande; dans les expériences citées, elle atteignait quelques millièmes de seconde. A cette différence de durée correspond la différence des bruits qui accompagnent les étincelles; nous avons vu que le bruit était sec avec la batterie, et notablement prolongé quand on la supprimait. La durée du bruit peut ainsi servir à apprécier ladurée de l'émission lumineuse.

Nous conclurons de cette étude que l’étincelle de rupture, modifiée par l’extra-courant, est une forme intermédiaire entre l’étincelle explosive des machines statiques et l’arc voltaïque. Elle participe de l’une et de l’autre ; sa constitution est par cela meme formellement indiquée.

La présence de l’arc voltaïque dans le circuit d’une pile nous donne un nouvel exemple de la conservation de l’énergie. Nous avons dans la pile une certaine quantité d'énergie chimique dépensée et dans tout le circuit une certaine quantité d’énergie calorifique produite. Y a-t-il égalité entre ces deux quantités, quand il y a apparition de l’arc, comme elle avait lieu avec un simple fil métallique incandescent? La réponse serait affirmative, si, dans le phénomène de l’arc, il n’y avait d’autre mou-

vement que celui qui se manifeste comme chaleur. Mais il n’en pas ainsi ; les électrodes projettent des parcelles de leur substance ; ces parcelles acquièrent donc une certaine quantité d’énergie mécanique, qu’il faut prendre en considération. L’énergie dépensée dans la pile doit être égale à l’énergie calorifique du circuit augmentée de l’énergie mécanique des particules projetées. M. Edlund, de Stockholm, a prouvé que les choses se passaient en effet de cette manière. Il faut tenir compte de cette tranformation d’énergie dans tous les phénomènes où il y a étincelle électrique. Ainsi s’enchaînentadmirablement toutes les modifications que subit la matière dans un système de corps électrisés, et cet enchaînement est entièrement conforme à la méthode expérimentale, parce qu’il ne repose sur aucune hypothèse.