CHAPITRE IV

Les mouvements des particules électriques. Théorie moderne de l'Électricité.

g 1. — VARIATION DES PHENOIUËNES PRODUITS PAR LES DÉPLACEMENTS DES PARTICULES ÉLECTRIQUES.

• Nous venons de montrer les analogies du fluide électrique et des fluides matériels et de constater que les lois de leur distribution sont identiques.

Ces analogies deviennent très faibles et même finissent par s'évanouir quand, au lieu d'examiner l'électricité à l'état de fluide, on étudie les propriétés des éléments dont ce fluide paraît formé. On sait que, d'après les idées actuelles, il se composerait de particules dites électrons.

Cette conception de la structure discontinue, c'est-à-dire granulaire de l'électricité, qui remonte à Faraday et Helmholtz, a trouvé un grand appui dans les découvertes récentes.

Convenablement interprétée, elle permet de rapprocher dans une vue d'ensemble, non seulement les phénomènes dits radio-actifs, mais encore ceux antérieurement connus en électricité et en optique, tels que le courant voltaïque, le magnétisms et la lumière notamment. La plupart de ces phénomènes peuvent être produits par de simples changements d'équilibre et de mouvement des particules électriques, c'est-àdire par des déplacements d'une même chose. C'est ce que nous allons maintenant montrer.

212 l'évolution de la matièrb

Au lieu d'envisager un atome électrique ou électron, corps hypothétique, noas le remplacerons, pour la majorité des cas, par une petite sphère métallique électrisée. Cette simple substitution, qui ne modifie pas la théorie, a l'avantage de rendre possibles les vérifications expérimentales.

Suivant que cette sphère sera en repos, en mouvement ou arrêtée dans son mouvement, elle pourra, comme nous allons le voir, produire toute la série des phénomènes électriques et lumineux.

Prenons donc notre petite sphère métallique, isolée par un moyen quelconque, et commençons par l'électriser. Rien n"est plus simple, puisqu'il suffit de la mettre en contact avec une substance hétérogène. Deux métaux différents, séparés après s'être touchés, restent comme on le sait chargés d'électricité. L'électrisation par frottement sur lequel les anciennes machines étaient basées ne représente qu'un cas particulier de l'électrisation par contact. Le frottement ne lait, en effet, que multiplier et renouveler les surfaces hétérogènes en présence.

Ceci posé, éloignons un peu notre sphère électrisée du corps avec lequel elle avait été d'abord mise en contact. On constate alors par divers moyens qu'elle lui est reliée par des lignes dites de force. Ces lignes tendent à rapprocher les corps entre lesquels elles existent et jouissent de la propriété de se repousser *. Faraday les comparait à des ressorts tendus entre les corps. Ce serait l'extrémité de ces ressorts qui constituerait les charges électriques.

Eloignons maintenant à une grande distance notre sphère de la substance ayant servi à l'électriser. Les lignes de force qui reliaient les deux corps restent attachées à chacun d'eux et rayonnent en ligne droite dans l'espace '. C'est à leur ensemble qu'on

1. Nous avoas donné dans nn chapitre précédent des photographies de ces répuisions de lignes de force on pluifit de particules suivant la direction des lignes de force.

2. Voir plus baa'. flg. 21 nne photographia qui représente assez bien les lignes <tc force d'un oorps électrisé an repos.

donne le nom de champ de force électro-statique.

Si notre sphère ainsi électrisée et entourée de lignes de force rayonnantes est bien isolée, elle conservera sa charge électrique et pourra produire tous les phénomènes étudiés en électricité statique : attraction des corps légers, dégagement d'étincelles, etc.

Dans cet état de repos, la sphère électrisée ne possède aucune action magnétique comme le prouve son absence d'effet sur une aiguille aimantée. Elle ne peut posséder cette propriété qu'après avoir été mise en mouvement.

Donnons-lui donc ce mouvement et admettons que sa vitesse soit uniforme.

Notre sphère électrisée va acquérir par le fait seul de son déplacement toutes les propriétés du courant voltaïque ordinaire, c'est-à-dire du courant qui circule le long des fils télégraphiques. On suppose même dans les théories actuelles qu'il ne peut y avoir d'autre courant que celui produit par le mouvement des électrons.

Mais, puisque notre sphère électrisée en mouvement se conduit comme un courant voltaïque, elle doit en posséder toutes les propriétés, et, par conséquent, l'action magnétique. Elle s'entoure, en effet, par le seul fait de son mouvement, de lignes de force circulaires constituant un champ magnétique. Ces dernières enveloppent la trajectoire du corps électrisé et se superposent à son champ électrostatique composé comme nous l'avons dit de lignes droites rayonnantes.

Ce champ magnétique dont s'accompagne un corps électrisé en mouvement n'est pas du tout une simple vue théorique, mais un fait d'expérience révélé par la déviation imprimée à une aiguille aimantée placée dans son voisinage^. On démontre facilement l'exis-

1. Ce fut Rowland qui dans une expérience mémorable (origine de toutes les théories actuelles), prouva le premier qu'un corps électrisé en mouvement possède les propriétés d'an courant électrique dirigé dans le sens du mouvement et par conséquent est entouré d'un champ magnétique. Un disque isolant, couvert de secteurs métalliques chargés d'électricité, qu'on met en mouvement,

tence de ces lignes circulaires de force qui entourent un courant en lui faisant parcourir une tige métallique rectiligne traversant perpendiculairement à son plan une feuille de carton saupoudrée de limaille de fer. Ces limailles, attirées par le champ magnétique du courant, se disposent en cercles autour de la tige.

Ainsi donc par le fait seul qu'un cor^s électrisé est en mouvement, il acquiert les propriétés d'un courant électrique et d'un aimant. Cela revient à dire que la variation d'un champ électrique produit un champ magnétique.

Mais ce n'est pas tout encore. Nous avons supposé uniforme la vitesse de notre sphère électrisée en mouvement. Faisons maintenant varier ce mouvement, soit en le ralentissant, soit en l'accélérant. De nouveaux phénomènes très différents des précédents vont apparaître.

Le changement de vitesse du corps électrisé a pour conséquence, par suite de l'inertie des particules électriques, la production des phénomènes dits d'induction, c'est-à-dire la naissance d'une force électrique nouvelle qui se manifeste dans une direction perpendiculaire à celle des lignes magnétiques et par conséquent dans la direction du courant. La variation d'un champ magnétique a donc pour effet de produire un champ électrique. C'est sur ce phénomène que beaucoup de machines industrielles dégageant de l'électricité sont basées.

Un autre résultat de la superposition de cette force nouvelle au champ magnétique du corps électrisé dont on a modifié le mouvement, est l'apparition dans l'éther de vibrations qui s'y propagent avec la vitesse de la lumière. Ce sont des ondes de cette sorte qu'uti-

dévie une aiguille aimantée placée au-dessous de lui, exactement comme le fait nn courant voltalque ordinaire. Il y a quelques années, nn collaborateur de M. Llppmann avait cru pouvoir contester cette expérience fondamentale, mais un savant physicien, M. Pender, l'obligea à reconnaître son erreur en lui montrant qu'il ne réussissait pas k obtenir la déviation prouvant l'existence d'un courant, simplement parce qu'il avait eu la malheureuse idée de recouvrir les secteurs métalliques d'un vernis isolant qui empêche l'action de l'électricité.

lise la télégraphie sans fil. Dans la théorie électromagnétique de la lumière, acceptée par les physiciens actuels, on admet même que ces vibrations sont la cause unique de la lumière dès qu'elles deviennent assez rapides pour être perçues par la rétine.

Dans tout ce qui précède, nous avons supposé que le corps électrisé en mouvement se déplaçait dans l'air ou dans un gaz à la pression ordinaire. Si on l'oblige à se mouvoir dans un milieu très raréfié, de nouveaux phénomènes fort différents encore apparaissent. Ce sont les rayons cathodiques dans lesquels l'atome électrique semble être entièrement dégagé de tout support matériel, puis les rayons X engendrés par les chocs de ces atomes électriques contre un obstacle. Ici, évidemment, nous ne pouvons plus avoir recours à notre image d'une sphère métallique électrisée. Il faut considérer uniquement la charge électrique débarrassée de la sphère matérielle qui la portait.

Ainsi donc, comme nous le disions en commençant, il suffit de modifier le mouvement et l'équilibre de certaines particules pour obtenir tous les phénomènes électriques et lumineux.

La théorie précédente est vérifiée, dans la plupart des cas, par l'expérience. Elle n'est même, en réalité, qu'une traduction théorique de l'expérience.

En ce qui concerne les phénomènes lumineux cependant elle n'avait reçu, avant les recherches de Zeeman, aucune confirmation expérimentale. Par hypothèse seulement on admettait que ce sont les atomes électriques et non la matière qui entrent en vibration dans les corps incandescents. On supposait qu'une flamme contient des électrons en mouvement autour d'une position d'équilibre, avec une vitesse suffisante pour donner naissance à des ondes électromagnétiques capables de se propager dans l'éther et de produire sur l'œil la sensation de la lumière quand elles sont assez rapides.

Pour justifier cette hypothèse il fallait pouvoir dévier

les électrons des flammes par un champ magnétique

puisqu'un corps électrisé en mouvement est déviable

par un aimant. C'est cette déviation que Zeeman

réussit à provoquer en faisant agir sur une flamme un

électro-aimant puissant. Il constata alors en regardant

la flamme au spectroscope que les raies spectrales

étaient déviées et dédoublées.

De la distance qui sépare les lignes spectrales ainsi

g écartées, Zeeman a pu déduire le rapport — existant

entre la charge électrique e de l'électron dans la flamme et sa masse m. Ce rapport s'est trouvé exactement égal à celui des particules cathodiques de l'ampoule de Crookes. Cette mesure confirme l'analogie d'une flamme ordinaire avec les rayons cathodiques et les corps radio-actifs.