II. Les deux espèces d'électricité

Nous voyons par l'expérience qui précède que la force électrique produit l'attraction ou la répulsion entre les corps dans certaines circonstances. Il faut maintenant préciser ces circonstances.

Touchons Tune des balles de sureau avec un bâton de verre frotté avec de la laine, et l'autre avec un bâton de résine frotté aussi avec de la laine, nous verrons les deux balles s'attirer mutuellement. La quantité d'électricité que la seconde a gagnée dans cette expérience diffère donc de celle qu'a gagnée la première par le sens des effets qu'elle peut produire. On appelle électricité positive la quantité donnée par le verre, et électricité négative la quantité donnée par la résine.

On peut faire les deux expériences précédentes en remplaçant la résine et le verre par un grand nombre de corps ; les propriétés dont il s'agit ne sont donc pas particulières à ces deux substances ; ainsi, le soufre frotté avec de la laine développe de l'électricité négative ; le papier frotté avec de la soie développe de l'électricité positive. Le signe de l'électricité dépend de la nature des corps que Yow fait frotter l'un contre l'autre.

Nous concluons de ce qui précède deux lois fon-

damentales : 1° deux corps qui possèdent la même espèce d'électricité se repoussent ;

2* Deux corps qui possèdent diBS électricités différentes s'attirent.

Frottez, Tun contre l'autre, deux plateaux de verre, dont l'un est poli et l'autre dépoli (fig. 29) , une petite balle de sureau électrisée positivement sera repoussée par le plateau poli et attirée par le plateau

Fig. 29. —Disques de verre pourrélectricité.

dépoli. Donc, le premier est éleclrisé positivement et le second négativement. De là une troisième loi :

Lorsque l'éleotricilé apparaît dans un système de corps, une partie du système prend rélectricité positive et l'autre partie prend l'électricité négative. Onconçoit qu'on puisse démontrer par l'expérience que les deux électricités se trouvent dans le système en quantités égales.

Le frottement est une opération dans laquelle on perd une certaine quantité de travail, et on crée de la chaleur. Nous avons cité dans le chapitre m des expériences où la chaleur créée était proportionnelle au travail disparu, et nous disions alors que le travail était converti en chaleur. Les corps mis en présence dans ces expériences dif-

fèrent beaucoup du verre et de la résine; ils ne deviennent pas comme eux des sources d'électricité, dans les mêmes circonstances. Il est donc naturel de penser que, par le frottement de certains corps, tels que le verre et la résine, le travail n'est converti en chaleur que partiellement , cl que le reste est converti en électricité.

On a reconnu que les corps se divisent en deux classes, au point de vue de leurs propriétés électriques. Lorsqu'un corps de la première classe reçoit une quantité donnée d'électricité, elle se distribue très-rapidement dans toute son étendue; c'est la classe des corps bons conducteurs de tékctricité^ ils sont ordinairement bons conducteurs de la chaleur ; tels sont les métaux. Lorsque réleclricité se distribue au contraire lentement dans un corps, il appartient à la seconde classe, celle des corps mauvais conducteurs ; ceux-là conduisent mal la chaleur. Tels sont le verre, la résine, le soufre, le caoutchouc, F ambre, qui est la substance sur laquelle on a observé les premiers phénomènes électriques, et dont le nom grec a servi à l'invention du mot électricité.

Les corps bons conducteurs ne peuvent conserver rélectricité que lorsqu'ils sont supportés par des corps mauvais conducteurs, tels qu'un fil d^ soie, une tige de verre ; on dit qu'ils sont isolés. Lorsqu'un objet n'est pas isolé, il constitue avec le globe terrestre un immense conducteur dans lequel Télectricité peut se répandre très-rapidement, de sorte

que le corps n'en conserve qu'une quantité inappréciable.

Poursuivons maintenant notre étude des phénomènes électriques.

IIL La polarité électrique.

Approchons un corps éleclrisé A (fig. 30) d'un 3orps conducteur isolé B, portant de petites balles

Fig. 30. — Théorie de rinfluence électrique.

de sureau suspendues par un fil à ses extrémités. Nous voyons ces balles repoussèes pat \e ç.o\^^^

Nous concluons que tout le système est électrisé par rinfluence du corps A. La quantité d'électricité développée par influence croît à mesure que la distance AB diminue ; car les balles sont de plus en plus écartées. Mais les électricités sont différentes aux extrémités du corps B. Car un bâton dé verre frotté avec de la laine attire Tune des balles et repousse l'autre. Nous pouvons ainsi reconnaître que l'électricité de B est de même nom que celle de la source A au point le plus éloigné, et de nom différent au point le plus rapproché, ce que les signes + et marqués sur la figure font comprendre.

Ces effets exigent la présence de la source A : enlevons-la, les balles de sureau cessent d'être repoussées par le corps B, et l'électricité disparait de ce corps. L'action paf^ influence est donc temporaire ; les quantités d'électricité qu'elle développe sont égales et de signes contraires ; elles se neutralisent d'elles-mêmes dès que Tinfluence cesse.

Remettons la source près du corps, l'écartement des balles reparaît. Lorsque la distance de* la source et du corps est assez petite, une étincelle brillante apparaît, et l'on entend un bruit sec. Enlevons de nouveau la source, et nous verrons que le corps B est électrisé définitivement ; une certaine quantité d'électricité a disparu de h source, et une quantité égale et de même signe a été gagnée par le corps B. Aussi dit-on que la source a communiqué au corps une partie de son électricité.

Ce phénomène a été soumis à des expériences 3rècises par Coulomb, et Ton sait dans quelles proportions sont les quantités d'électricité de la ^urce et du corps. Plus la surface de ce dernier îst considérable , plus la quantité d'électricité qu'il ;agne est grande, de sorte que si la source A est très-petite, presque toute son électricité a passé mr le corps B.

Ce cas se présente lorsqu'un corps électrisé bon conducteur vient à toucher le sol ; la terre entière oue alors le rôle du corps B, et elle gagne réellenent de Félectricité. Mais à cause de Ténorme étendue de sa surface, cette électricité ne se manifeste à nous par aucun effet appréciable; elle semile avoir disparu, et on dit qu'elle s'est perdue dans , e sol.

On conçoit maintenant pourquoi l'isolement des îorps conducteurs est nécessaire, et pourquoi les )hénomènes électriques ont si longtemps échappé i l'attention des physiciens. Il a fallu un concours le circonstances fortuites pour que ces propriétés les corps fussent dévoilées. Aussi la découverte les corps conducteurs de l'électricité, qui fut faite )ar Gray, en Angleterre, vers Tannée i 722, eut-elle me grande influence sur les progrès de la physique.

Les conclusions de notre dernière expérience serrent à expliquer l'une des précédentes.

En présence du verre frotté, qui est électrisé K)sitivement, la balle de sureau \so\fee V^v^, ^%\

prend un certain état, en vertu duquel la partie voisine du verre contient de rélectrîcité positive, et l'autre partie de l'électricité négative, en quantité égale à la précédente. La première partie est attirée, la seconde est repoussëe. Mais comme celleci est la plus éloignée, l'attraction l'emporte sur la répulsion, et la balle est attirée. Un peu avant le contact de la balle et du verre, l'électricité négative est neutralisée par une quantité égale d'électricité positive prise dans le verre; il y a une étincelle imperceptible, à cause de la petitesse de la balle; et finalement celle-ci est électrisée positivement dans toute son étendue ; voilà pourquoi elle est repoussée.

Nous appelons polarité électrique l'état de la balle avant le contact, ou plus généralement l'état qu'acquiert un corps isolé, lorsqu'il est soumis à l'inlluence d'une source d'électricité.

IV. Le courant électrique.-- Conversion de l'électricité en chaleur.

La disparition delà polaritéélectrique est accompagnée de phénomènes particuliers que nous allons étudier.

Prenons deux sphères de métal isolées; Tune A, contient de l'électricité positive ; l'autre B contient une quantité égale d'électricité négative. Réunissons-les par un fil conducteur isolé. Immédiatement Je fil s'échauffe ; une aiguille aimantée placée au-

lessous est déviée pendant un instant de sa direcîon ordinaire. On dit que le fil est traversé par un '.ourant électrique temporaire, allant de la sphère [>ositive à l'autre. En même temps les électricités iisparaissent ; elles se neutralisent par l'interméiiaire du fil.

Nous pouvons ramener nos sphères électrisées à l'état naturel d'une autre manière, qui est au fond analogue à la précédente.

Pour cela, rapprochons-les l'une de l'autre. Une étincellejaillira entre eux, et ensuite les électricités auront disparu. Le phénomène qui se passe alors ne diffère pas essentiellement de la disparition des électricités par le fil conducteur intermédiaire, et nous pouvons le prouver par les observations suivantes.

L'étincelle a une couleur différente, suivant qu'elle jaillit entre deux boules d'argent, ou deux boules de zinc, par exemple. Elle est verte avec les premières, bleue avec les secondes; or ces couleurs sont justement celles des flammes de ces métaux. D'autre part, nous savons que les parties d'un même corps électrisé se repoussent mutuellement ; il est donc évident que l'étincelle est constituée par un jet de parcelles métalliques fortement échauffées, qui se détachent des boules, et qui établissent entre elles un conducteur analogue au fil de l'expérience précédente. Ce jet est traversé par un courant électrique, avec création de chaleur, exactement comme Tétait le fil conducteur.

Ces considérations nous permettront d'assigner» la cause de l'électricité une caractère analogue à l'un de ceux qui appartiennent à la pesanteur. La pesanteur confère à un corps la propriété de produire du travail en descendant ; mais le corps peut conserver cette propriété, comme une sorte d'aptitude, sans la mettre en usage, lorsqu'un obstacle s'oppose à sa descente ; il y a alors entre le corps et l'obstacle pression et contre-pression. Le seul effet de la pesanteur est cette pression ou poids.

De même la force électrique confère à un conducteur isolé une aptitude à produire le courant, laquelle peut rester sans usage, temporairement, jusqu'à ce que les circonstances permettent son emploi. On dit que le corps a une tension électrique, tant que son électricité ne produit pas de courant.

De même que le corps pesant produit le travail en tombant vers la terre, c'est-à-dire en obéissant à une action mutuelle qui s'exerce entre lui et la terre, semblablement le corps électrisé produit le courant par une action mutuelle de ce corps sur un autre. Mais ce qui caractérise la force électrique, c'est d'abord que son intensité peut passer par tous les degrés dans un système de corps; c'est ensuite que le système des corps où elle apparaît prend toujours deux états de tension différents qui constituent la polarité.

11 est aussi difficile de se figurer la situation des molécules dans Tétat positif ou négatif, que leur situation dans un corps chaud ou froid ; on ne peut le f

aire qu'à l'aide d'une hypothèse. Or une telle hypothèse n'est pas plus indispensable pour lier les [)hènomènes de l'électricité que pour lier ceux de [a chaleur. Aussi voulons-nous nous en abstenir dans ce chapitre.

V. Principes généraux pour servir à l'explication des phénomènes

électriques.

Résumons tout ce que nous venons d'apprendre sur l'électricité en quelques propositions fondamentales, qui ne sont que l'expression des vérités révélées par l'observation.

Deux corps soumis à une opération qui dépense du travail, comme le frottement, peuvent gagner des quantités égales d'électricité; mais celle de l'un diffère de celle de l'autre, ce qu'indiquent les mots qualilicatifs positive et négative. Lorsque les corps sont séparés après l'opération, ils conservent les électricités à l'état de tension^ et chacun d'eux est devenu une source temporaire d'électricité.

Une source temporaire d'électricité produit la polarité électrique dans tout corps voisin. Les quantités de chaque électricité qui apparaissent dans le corps sont égales entre elles ; elles sont plus petites que la quantité d'électricité de la source, et d'autant plus grandes que le corps est moins éloigné; celle qui apparaît du côté de la source et celle de la source sont de noms différents.

Les corps qui ont des électricités de même nom

158 LES rORCKS PHYSIQUES

se repoussent rauluellement. Ceux qui ont des éfec-

tricifés de uoms différents s'attirent.

Les électricilés de noms dilîérenls peuvent w neutraliser par quantités égales, et dispnraitre en produisant un courant et créant de la clialcur.

La chaleur totale créée pendant une suite quel-

:. 31. — ïadiine «lectriqne de Nah

conqued'opérations, qui fontfinaleincnldisparaitrp l'éleclricité, est équivalente au travail primitivement dépensé. Bien que cette dernière proposition n'ait pas été rolijet d'observations directes, elle résulte de la conservation de l'énergie.

Nous citerons pomme application de ces principes, une expérience que Ton fait avec la machine électrique deNairne (fig. 31).

Un cylindre de verre A tourne autour d'un axe horizontal ; il frotte un coussin de cuir recouvert d'or massif et porté par un cylindre de cuivre B, isolé par des pieds de verre. Le frottement électrise positivement le verre, négativement le coussin et le cylindre de cuivre ; le mouvement de rotation amène la surface de verre électrisée dans le voisinage d'un second cylindre de cuivre C armé de pointes , et également isolé. Chacun des cylindres porte une tige de cuivre mobile, et l'on peut rapprocher Tune de l'autre les extrémités D de ces tiges.

De Télectricité négalive apparaît aux pointes, et une quantité égale d'électricité positive apparaît sur le cylindre qui les porte. La première neutralise le verre, et cette neutralisation est accompagnée d'une création de chaleur, sous forme de petites aigrettes lumineuses, que l'on voit aux extrémités des pointes, quand on opère dans Fobscurité. La seconde neutralise aussi le conducteur B ainsi que le coussin, en créant de la chaleur, et Ton voit à cet instant une étincelle jaillir en P entre les deux tiges de métal. Après sa neutralisation la surface de verre revient au coussin, et le phénomène continue, tant qu'on tourne la machine. Des étincelles nombreuses et brillantes se succèdent entre les tiges, et des lueurs incessantes apparaissent aux pointes du conducteur C.

Ainsi la chaleur est incessamment créée par ce moyen, et finalement le travail dépensé pour faire tourner le cylindre de verre est converti en chaleur, soit directement par le frottement, soit par l'intermédiaire du courant électrique qui traverse les conducteurs, en passant par le jet de vapeurs métalliques D dont se compose l'étincelle.

On doit remarquer que Télectricité apparaît dans cette expérience d'abord à l'état de tension, puis qu'elle disparaît sous forme de courant, et qu'enfin ces deux opérations successives peuvent se renouveler indéfiniment. Il faut nécessairement que les quantités totales d'électricité successivement créées et détruites aient un rapport déterminé aveele travail dépensé et avec la chaleur créée. On peit dire que le travail mécanique est converti en électricité, et que celle-ci est ensuite convertie en chaleur. Par là on généralise la loi de la conservation de l'énergie.