CHAPITRE PREMIER

Étincelles électriques.

§ 1 . Lueurs et étincelles. — Influence de la nature des gaz et des conducteurs .

Toutes les fois que les électricités accumulées sur des corps à distance ont une tension suffisante, elles traversent le milieu qui les sépare, et cette réunion a lieu avec accompagnement de lumière , c’est-àdire sous forme d’étincelles; si la quantité d’électricité qui passe se renouvelle continuellement, il peut en résulter un arc comme celui que l’on obtient avec une pile voltaïque. L’intensité et la composition de la lumière qui se produit dépend non-seulement de la quantité d’électricité qui passe, ainsi que de la forme et de la nature des conducteurs que l’on appelle des électrodes, et entre lesquels les décharges ont lieu, mais encore de la nature, de la température, et de la force élastique des milieux qui environnent ces mêmes conducteurs.

Les recherches qui ont été faites sur l’électricité ont montré que sa transmission dans les corps ne pouvait avoir lieu sans la présence de particules matérielles ; ainsi, d’après ce principe, dans le vide parfait, la propagation de l’électricité n’aurait pas lieu; mais, distinction importante à établir, les influences magnétiques comme les actions électro-dynamiques des courants pourraient s’exercer. On assimile ainsi le passage de l’électricité dans les gaz à celui de cet agent dans les métaux et dans les liquides. L’expérience du reste a prononcé (I), et j’ai

(1) Ann.de chim.et dephijs., 3e série, t. 39, p. 355, 1853.

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prouvé que dans des circonstances données de température et de pression on pouvait considérer les courants électriques, même à faible tension, comme traversant les gaz ainsi qu’ils traversent les liquides et les solides conducteurs. D’un autre côté, quand on raréfie l’air au plus haut point où on puisse le faire et comme Davy l’a montré, la transmission de rélectricité devient de plus en plus difficile, de façon à faire penserque l’électricité ne se propagerait pas dans le vide parfait (1).

On a démontré que toutes les fois que l’électricité passe dans un corps il y a élévation de température , et si cette élévation de température est suffisante il y a incandescence. Tel est l’effet qui se produit quand l’électricité traverse un fil de platine; si la quantité d’électricité est suffisante, ce fil est porté au rouge et peut arriver jusqu’à la fusion. Dans les gaz, il en est de même ; le passage de l’électricité rend incandescentes les particules qui servent à transmettre l’électricité, et l’incandescence est cause de la lumière observée. Cet effet, comme on va voir, peut résulter, soit de l’incandescence du milieu ambiant , de l’air généralement, soit des particules volatilisées provenant des conducteurs et pouvant servir à transmettre l’électricité.

La lumière électrique apparaît dans l’air aussitôt que l’électricité a une tension suffisante pour se porter sur les corps voisins; ainsi l’ambre, la gomme laque, le verre, certaines pierres précieuses étant frottés, quand ils sont dans l’obscurité et qu’on en approche la main , présentent des petites étincelles dues à l’électricité qui traverse l’air.

On observe un dégagement de lumière lors du frottement du mercure contre le verre dans l’intérieur d’un tube barométrique. Ce fait

a été découvert par Picard, en 1676 (2). On n’en reconnut pas d’abord la cause , mais Hawksbée prouva qu’il rentrait dans les effets ordinaires de frottement. On trouve dans les cabinets de physique un petit appareil qui montre le phénomène avec simplicité : il se compose d’une petite roue en verre (fig. 19), formée par un tube recourbé et renflé de distance en distance. Ce tube, avant d’être fermé, fait partie

(1) Voiries expériences de M. Gassiot , celles de M. Delarive, Comptes rendus de l'Acad., t. 5G, p. 669; ainsique celle de MM. Plucker et Hittorf, Philos, transact ., t. 155.

(2) Mém. de l'Acad. des sciences de Paris, t. 2, p. 125.

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d’un tube barométrique, et quand on soude au chalumeau la portion du tube auquel il tient, on a soin d’y laisser une petite quantité de mercure. Une fois ce tube circulaire fermé, il est donc vide d’air, et contient un peu de mercure. On adapte ce tube à un axe muni d’une manivelle, et ce système forme une petite roue que l’on met en mouvement avec la main. Si on la fait tourner ainsi dans l’obscurité , on voit une lueur se produire dans l’intérieur du tube, et même il éclate des petites étincelles là où le frottement est le plus grand.

Les lueurs qui se voient autour des conducteurs et du verre d’une machine électrique ordinaire ont la même origine; il en est égalemeni de même des apparences lumineuses qui se produisent quelquefois en temps d’orage à l’extrémité des corps conducteurs, comme à la pointe des paratonnerres (1).*

Lorsqu’on approche la main d’un des conducteurs d’une machine électrique, si la distance est un peu grande on aperçoit des traînées lumineuses allant en s’épanouissant et qui forment ce que l’on nomme des aigrettes; ce sont des petites étincelles excitées entre les particules de l’air. Mais si la distance entre le corps conducteur et la machine électrique est moindre , alors apparaît l’étincelle ou cette ligne de feu brillante, qui est l’image de la foudre.

L’étincelle est plus ou moins vive suivant les circonstances; entre deux conducteurs métalliques dont l’un touche à une machine électrique, l’étincelle a moins d’éclat que si l’on se sert d’une jarre électrique ou d’un condensateur; dans ce dernier cas, l’étincelle estplus courte, mais beaucoup plus brillante. Celte étincelle est due à l’incandescence temporaire des particules matérielles qui transmettent l’électricité; c’est pour ainsi dire une file de particules incandescentes , et il se produit dans le gaz, comme on l’a déjà dit, le même effet que dans des fils métalliques parcourus par l’électricité.

Il est facile de démontrer l’influence des milieux ambiants et de leur densité sur la nature et l’intensité des étincelles. .On peut d’abord citer une expérience curieuse de Davy (2) : un tube ABC, fig. 20, auquel est adapté un robinet permet de raréfier l’air à l’intérieur. Il est traversé en A par une tige de platine m soudée dans le tube. Du mercure, au commencement de l’expérience, remplit la partie A B. En ra-

(1) Becquerel, Traité d'électricité en 7 vol., 1. 1. — Becquerel et Ed. Becquerel, Traité d'électricité , t. 1er, p. 412.

(2) Ann. de chimie et de physique , 2e série, t. 20, p. 168, 1821.

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Fig. 20.

réfiant l’air du tube, on force la colonne mercurielle A B à descendre, et entre le mercure et la tige de platine m il se forme le vide barométrique. On comprend dès lors qu’en faisant communiquer m avec un corps électrisé ou avec le bouton d’une bouteille de Leyde, si un fil de platine b «, attaché au robinet, plonge en a dans le mercure et fait communiquer celui-ci avec le sol, on pourra faire

passer l’électricité au travers de l’espace vide.

Cet appareil peut se placer dans un vase rempli d’alliage fusible qui élève sa température, ou bien être plongé dans un mélange réfrigérant. Lorsqu’on élève la température du mercure dans le vide barométrique, la lumière se montre d’une couleur verte; en chauffant graduellement jusqu’à l’ébullition du mercure, la décharge d’une batterie de quelques bocaux y produit une lumière très*éclatante, tandis qu’en refroidissant le mercure on l’affaiblit peu à peu, et tellement, qu’à 20 degrés au-dessous de zéro la lumière est si faible qu’elle n’est visible que dans une obscurité très-profonde.

En introduisant dans le vide mercuriel la plus petite quantité d’air, la couleur ordinaire change du vert au vert de mer; par de nouvelles additions, elle passe au bleu et au pourpre. En remplaçant le mercure par de l’alliage fusible afin de ne pas avoir sensiblement de matière pondérable dans le vide , la lumière est pale , et d’un jaune paille. Lorsque le vide est fait sur l’huile d'olive et le chlorure d’antimoine , la lumière dans le dernier cas est plus marquée qu’avec l’huile. On voit par là que l’intensité lumineuse dépend de la quantité de matière pondérable à travers laquelle les décharges sont transmises.

Si l’on fait éclater des étincelles dans différents gaz à la même pression, les effets que l’on observe montrent que ces gaz exercent une influence sur l’effet produit. Dans l’air, à la pression ordinaire , les étincelles ont une lumière intense et une couleur bleue bien connue ; on aperçoit souvent des parties claires ou obscures dans le trajet, quand la quantité d’électricité est peu considérable. Dans l’azote, les étincelles sont belles, et ont la même apparence que dans l’air, mais leur couleur est franchement bleue ou pourpre , et elles sont accompagnées d’un son très-

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remarquable. Dans l’oxygène, elles sont plus blanches que dans l’air ou dans l’azote, mais aussi brillantes. Dans l’hydrogène, elles ont une belle couleur cramoisie, qui n’est pas due à sa faible densité ; en outre, le son est faible, ce qui est une conséquence des propriétés physiques de ce gaz. Dans le gaz acide carbonique , la couleur est comme dans l’air, mais avec une teinte verte, et les étincelles sont plus irrégulières. Dans le gaz chlorhydrique sec, l’étincelle est presque toujours blanche sans partie obscure. Dans le gaz oxyde de carbone, elle est quelquefois verte, rouge, et tantôt l’un, tantôt l’autre ; quelquefois on aperçoit des parties noires dans la ligne de l’étincelle.

Il est facile démontrer, par une expérience très-simple, l’influence des milieux sur la lumière de l’étincelle électrique : on prépare plusieurs tubes, de façon à pouvoir y introduire des gaz différents, et à faire éclater des étincelles dans ces gaz à l’aide de fils de platine soudés au travers des parois. On place plusieurs de ces tubes à côté l’un de l’autre en A, A', A", fig. 21 , de manière que le fil de platine b du premier

touche le fil a du second, que b' du second touche a!' du troisième, etc. On fait communiquer le fil a avec une boule en cuivre isolée B , et le fil b'7 avec le sol; si alors on fait éclater une série d’étincelles entre la boule B et le conducteur d’une machine électrique M, quand la distance entre B et M est suffisante , à chaque décharge il éclatera simultanément une étincelle dans chaque tube A, A', A". De plus , ces étincelles seront données par la même quantité d’électricité et auront la môme longueur, si les fils de platine sont semblablement placés dans les tubes. ïl est nécessaire, dans ces expériences, de faire éclater la décharge entre une boule B et le conducteur d’une machine, sans cela les étincelles ne passeraient pas en approchant simplement les fils de platine des conducteurs.

Si les tubes A, A', A" sont pleins d’air, les étincelles ont le même éclat; si le premier est rempli d’hydrogène, le deuxième de chlore, le

troisième d’oxygène, on observe les effets qui ont été indiqués précédemment , c’est-à-dire que dans l’hydrogène la lumière de l’étincelle est rouge pourpre , dans le chlore verdâtre , dans l’oxygène plus blanche. Les autres gaz donneraient des teintes différentes, comme on l’a dit plus haut. Ainsi la lumière devient blanche et brillante dans un gaze dont la densité est grande, tandis qu’elle s’affaiblit ou prend une teinte rougeâtre dans un milieu dont la densité est plus faible.

Les 'corps entre lesquels la décharge éclate ont également une influence très-grande sur l’étincelle. On remarque en général que la lumière électrique est d’autant plus brillante que les corps entre lesquels elle se produit conduisent mieux l’électricité ; avec les corps mauvais conducteurs elle s’affaiblit et prend une teinte violacée-rouge. Ces effets dépendent des particules votilisées provenant des conducteurs et qui sont portées à l’incandescence. Fusinieri (1) a observé en effet que toutes les fois que l’étincelle éclate entre des conducteurs métalliques on retrouve après la décharge des traces des métaux sur les surfaces des conducteurs, et là où s’est produite la décharge ; ainsi, entre une sphère d’argent, et une sphère d’or on voit dans les points où la décharge a éclaté sur l’or des traces d’argent et sur l’argent des traces d’or; il y a donc par le fait delà décharge transport de particules matérielles dans les deux sens.

Ces effets, qui s’observent dans toutes les circonstances où il y a des décharges électriques entre des conducteurs métalliques, se manifestent avec plus ou moins d’intensité suivant les conditions dans lesquelles ces décharges ont lieu, ainsi que suivant la pression et la température du gaz environnant. Dans les gaz raréfiés, comme on le verra plus loin, les particules matérielles provenant des conducteurs sont proportionnellement en moindre quantité , et la lueur électrique est due en grande partie à l’incandescence du milieu gazeux raréfié; dans les gaz à la pression ordinaire, ce sont les parcelles métalliques volatilisées et provenant des conducteurs qui donnent presque tout l’éclat brillant à la lumière de l’étincelle, comme le prouve l’analyse de la lumière électrique dont on donnera plus loin les résultats.

(1 ) Journal de Pavie, 1825, p. 405. — Becquerel, Traité d’ëlectr. en 7 vol., t. 3, p. 15G.

électricité.

§ 2. Photomètre fondé sur l'emploi de l'étincelle électrique.

Nous venons de voir précédemment que la même quantité d’électricité pouvait donner lieu à des effets différents, suivant la nature des milieux et des conducteurs; mais il était important de pouvoir mesurer l’intensité des étincelles afin de comparer leur puissance lumineuse dans ces diverses circonstances. M. Masson (I) a atteint ce but en faisant usage d’un photomètre électrique dont la construction repose sur le principe suivant :

Un disque de papier sur lequel on a tracé des secteurs noirs et blancs d’égale dimension, se mouvant avec une rapidité suffisante, paraît d’une teinte uniforme et grisâtre si on l’éclaire avec une lumière blanche permanente. Ce phénomène bien connu est dû à la persistance de la sensation lumineuse sur la rétine. Lorsqu’au lieu d’une lumière fixe, on emploie une lumière instantanée pour éclairer les secteurs, on aperçoit le disque comme s’il était fixe, les secteurs n’ayant pu se déplacer sensiblement pendant la durée de la lumière. L’œil apercevant dans ce cas, et avec une grande netteté, tous les détails du disque ^ l’on peut apprécier quelle est son extrême sensibilité ainsi que la rapidité avec laquelle s’exerce la perception des objets et se forme notre jugement sur leur nature.

Si le disque éclairé par une lumière permanente est subitement illuminé par une lumière instantanée, une étincelle électrique par exemple, on verra, pour une intensité convenable de cette dernière, apparaître les secteurs. Si l’on affaiblit successivement la lumière instantanée, il arrivera un instant où les secteurs disparaîtront et où le disque paraîtra éclairé d’une teinte uniforme. Dans ce cas , la lumière instantanée est une fraction de la lumière permanente, variable avec l’œil de l’opérateur mais invariable pour un même œil, les circonstances de vision restant les mêmes. En effet, à cause de la persistance de la sensation sur la rétime, la place qu’occupe un secteur noir ne réfléchissant pas la lumière de l’étincelle a conservé l’éclairement primitif du fond; celle qu’occupe un secteur blanc renvoie à l’œil autant de lumière que la première , plus la lumière due à l'étincelle. Quand l’intensité de cette dernière représentera la limite de sensibilité de l’œil de l’observateur, le disque paraîtra uniformément éclairé. Le rapport entre les intensités des éclairements

(1) Ann. de chim. et de physique , 3e série, t. 14, p. 129; id., t. 30, page 5.

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des secteurs noirs et blancs au moment où Ton cesse de les distinguer peut varier de à q-l^, suivant la sensibilité de l’œil de l’observateur. On a déjà cité ce résultat dans le livre III, p. 199. Quant au rapport entre l’intensité de la lumière de l’étincelle et celle de la lumière fixe , il dépend des dimensions des secteurs noirs et blancs.

Supposons maintenant que l’observateur qui étudie l’intensité des étincelles se place à une distance fixe du disque éclairé par celles-ci et par la lumière artificielle qui sert de terme de comparaison et qu’il approche ou éloigne cette lumière artificielle jusqu’à ce qu’il soit arrivé au point où les secteurs ne soient plus distincts sur la roue en mouvement quand l’étincelle éclate, on mesurera simplement la distance de la lumière artificielle à l’écran, et cette distance servira à comparer les intensités lumineuses de l’étincelle avec celles d’autres étincelles produites entre les boules de l’excitateur placé à la même distance du disque.

M. Masson, à l’aide de cet appareil, non-seulement a montré comment l’intensité lumineuse variait avec la distance des conducteurs, les dimensions des condensateurs, etc. , mais il a reconnu en outre que lorsque ' des décharges de batteries produisent de la lumière dans un point d’interruption d’un circuit et de la chaleur dans un fil faisant partie de ce même circuit, les quantités de chaleur sont proportionnelles aux quantités de lumière. Ce résultat est important, en ce qu’il montre la relation qui existe entre la quantité de lumière et la quantité de chaleur produite par le passage d’une même quantité d’électricité au travers des corps.