POLARISATION DES DIÉLECTRIQUES

Rappelons d'abord une expérience célèbre de Faraday :

L'illustre physicien prit des brins de soie isolants et les jeta dans un liquide mauvais conducteur : l'essence de térébenthine. Il plongea en même temps dans ce liquide les extrémités de deux conducteurs en communication avec les deux pôles d'une machine susceptible de fournir les deux genres d'électricité (celle de Nairne, par exemple).

Il constata que les brins de soie s'orientaient tous dans la même direction et se mettaient en files, formant des chaînes continues, parallèles aux lignes de force, et reproduisant ainsi en électricité l'expérience classique de l'alignement des grains de limaille de fer entre les pôles d'un aimant.

Cette orientation des brins de soie isolément et en file éveilla

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chez Faraday l'idée d'orientation des molécules à l'intérieur d'un corps diélectrique. En partant de cette idée, voici la théorie que l'on peut proposer pour expliquer ce phénomène.

On suppose que, dans chaque molécule isolante, les masses d'électricité de noms contraires, au lieu de pouvoir, comme dans les conducteurs, circuler librement sur les molécules voisines, soient intimement liées à la molécule dans laquelle elles se trouvent et ne puissent que s'y orienter, comme cela a lieu pour le magnétisme.

Sous l'action des forces extérieures, chaque élément de volume prend donc une orientation électrique. Il présente deux pôles : à l'un s'accumule une certaine quantité d'électricité positive, à l'autre une quantité égale d'électricité négative. Nous dirons, à cause de cela, que cet élément est polarisé.

Soit m la valeur absolue de la quantité d'électricité située à chaque pôle de l'élément considéré ; si nous appelons 2 a la dislance de ces deux pôles, nous désignerons par moment électrostatique de l'élément le produit OIL = 2am.

Cela posé, nous appellerons polarisation électrostatique et nous représenterons par le symbole II le rapport du moment électrostatique au volume de l'élément considéré.

Prenons le cas d'un condensateur à plateaux (Jiff- 47)- Soient A et A' ses deux armatures; soit B la lame isolante. Supposons que

Fig. 47-

la polarisation II soit uniforme dans toute l'épaisseur de cette dernière : cela revient à dire que le moment électrostatique d'un élément de volume dv sera II di^. Si nous considérons un élément CD pris dans un filet, sa longueur étant dl et sa section droite (o, son moment électrostatique sera II (o dl.

La polarisation se produit, par hypothèse, dans le sens des lignes de force; elle sera donc ici normale aux faces A et A', et l'élément de volume CD agira comme si sa face inférieure était chargée d'une quantité Dio de fluide positif et sa face supérieure d'une quantité Dw de fluide négatif. Comme tous les éléments de volume successifs se comportent de la même façon, le filet entier agira comme si, à ses faces extrêmes seulement, il était chargé de quantités d'électricité -f- lia) et — Do), c'est-à-dire comme si sa densité, aux extrémités seulement, était II par unité de surface. Si, alors, nous appelons <t la densité absolue sur les faces intérieures des deux armatures, les forces et les potentiels seront les mêmes que si cette densité était diminuée de II, en valeur absolue, c'està-dire que tout se passe comme si, le diélectrique n'existant pas, les armatures étaient chargées avec une densité o* — II. La force entre les armatures, au lieu d'être 4^'3'j sera seulement ^T^i^ — H); la difl'érence de potentiels sera donc e x 4'^(^ — H).

La capacité est, par conséquent, augmentée dans le rapport de cr à 0" — n : c'est-à-dire que ce rapport représente, d'après la définition de Faraday, le pouvoir inducteur spécifique K.

Comme conséquence de cela, on voit que, pour prendre la valeur du pouvoir inducteur spécifique, il faut opérer sur un condensateur chargé et déchargé pendant un temps infiniment petit, car l'expérience de la bouteille de Leyde décomposée et celle de la décharge résiduelle montrent que la polarisation, dont dépend le pouvoir inducteur spécifique, augmente avec le temps.

Nous pouvons même expliquer ainsi la décharge résiduelle des condensateurs à lames diélectriques.

Admettons, ce qui est très légitime, après ce que nous avons vu, que la polarisation conserve encore une valeur diflerente de zéro, après que les forces qui l'ont fait naître ont cessé d'agir.

Considérons un condensateur, et déchargeons-le avec l'excitateur; soit IIq la polarisation résiduelle. La diflerence de potentiels entre les armatures est, comme nous l'avons vu, proportionnelle, en général, à o" — II; au moment de la décharge, cette difl'érence devient nulle : donc o- — no = o. Il reste donc sur chaque armature une densité égale à la polarisation résiduelle Uq, Les forces extérieures n'existant plus, cette polarisation décroît avec le temps, et, comme cr ne change pas, u — IIq augmente.

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puisque IIo diminue. La différence de potentiels des deux armatures augmente donc peu à peu, et il devient possible, au bout de peu de temps, de décharger à nouveau le condensateur,

48. - RELATIONS ENTRE LA POLARISATION ET LE POUVOIR INDUCTEUR SPÉCIFIQUE.

Dans une première approximation, nous pouvons faire abstraction de cette polarisation résiduelle flo, et admettre que la polarisation n soit proportionnelle à la force qui en détermine l'apparition; donc

n = — a j- , an

a étant un facteur constant.

Sur une surface conductrice la densité est, grâce à la présence du diélectrique polarisé, o- — II; la force sera donc, très près de la

surface,

donc

n = a X 4ir(ff — n).

Nous

tirons

de

là