CHAPITRE IL

§ I. PHÉNOMÈNES d' ATTRACTION ET DE RÉPULSION ÉLECTRIQUES.

Les anciens connaissaient la propriété qu'acquiert l'ambre jaune , quand on frotte vivement un morceau de cette substance avec une étoffe de laine : en approchant la partie frottée de petits corps légers, tels que des brins de paille^ des fragments de papier, des barbes de plume, on voit ceux-ci se mouvoir vers l'ambre, comme attirés par une force mystérieuse. Thaïes de Milet , qui vivait 600 ans avant l'ère vulgaire , fait mention de cette propriété; et le philosophe grec Théophraste cite le jais ou jayct comme la possédant pareillement. Mais c'est à ces deux seuls faits que se bornèrent, pendant plus de deux mille ans, les connaissances des physiciens sur cet ordre de phénomènes. Pline le naturaliste, en mentionnant le premier fait, se borne à dire que « le frottement donne à l'ambre la chaleur et la vie. »

C'est seulement vers l'an 1600 qu'un médecin anglais, William Gilbert, à qui la science doit plusieurs découvertes sur les propriétés de l'aimant, reconnut dans le verre, le soufre, les résines, et diverses pierres précieuses, la propriété attractive de l'ambre. Depuis cette époque, un grand nombre de physiciens étendirent les découvertes de Gilbert, mirent au iour une multitude de phénomènes des plus curieux, jusqu'alors entièrement ignorés, et contribuèrent ainsi à fonder cette branche de la physique qui, sous le nom à! électricité ^ a

ATTRACTIONS ET BÈPLLbiU.N^ ELECTHIQCES, 58i

I pris de uos jours tant d'exteDsion et d^imporfance. Cet mot

I à' électricité désigne plus particulièrement la cause^ aujotir-

dliui encore inconnue, des phénomènes que nous allons

décrire : il est tiré du nom grec de Tambre jaune ^ éiectron

Rien n'est plus Facile que de produire le$ phénomènes d*attractions dont nous Tenons de parler. On prend un bâton d ambre, de résine ou de Terre, et on le frotte TÎTement

» arec mi morce^i de drap* Si tien on ptéwole les parties frottées à des frapMnIs de pailte oo de [«pier, distenb dn bAton

^ de qoelqnes centtmètKs» on Tott ces fragments sTapprod»* de la snrfaee do Terre, à pen prés eonnae la limaille de fer est attirée par rstmant; mats dès qnll j a eu eootaet, FattraetÎM B m ehange en répnlmii/ et les corps Ug^M s'éloigMBL Qund on promène le hâton frotté a une (mhle distante da Tisage, on éprouve nne sensation pareille à celle que donne le frAle-

r«pb}a,âcaaK^Ia]

■CM» MIS de

itéami

ment d'une toile d'araignée. Si le bâton de résine o:il un peu volumineux, et que le frottement soit énergique et prolongé, en approchant le doigt presque au contact, on entendra un pétillement sec; et, dans l'obscurité, on verra une étincelle jaillir entre le doigt et la partie la plus voisine du bnton. Tous ces phénomènes cessent, si l'on vient à passer la main sur les parties frottées.

Un corps est dit électriséy tant qu'il manifeste, à un degré quelconque, les propriétés signalées dans ces expériences; il est à Vétat naturel y quand il ne donne aucun signe d'attraction ni de répulsion.

Pendant longtemps, on crut que les corps devaient être rangés en deux classes distinctes, l'une comprenant tous ceux qui sont susceptibles de s'électriser par le frottement, l'autre ceux qui ne peuvent acquérir cette propriété. On avait, en effet, reconnu, en répétant les expériences précédentes avec des substances de toute nature, que les métaux, les pierres, les matières végétales et animales, le corps humain, par exemple, ne donnent pas lieu aux mêmes phénomènes que l'ambre, les résines, le verre, le soufre, etc. Mais un physicien du dernier siècle, Gray, découvrit la cause de cette différence, et démontra qu'elle tenait seulement aux conditions particulières où les expériences étaient effectuées.

En efiet, ayant frotté un tube de verre fermé par un bouchon de liège, il s'aperçut que le bouchon était lui-même électrisé, bien que le liège frotté isolément ne donnât aucun signe d'électrisation. Gray étudia cette transmission de l'électricité, et prouva qu'elle se faisait à une grande distance, par l'intermédiaire même des corps qui, jusqu'alors, étaient considérés comme ne pouvant s'électriser par le frottement. Au contraire, cette transmission ne peut se faire par les substances susceptibles de s'électriser directement dans les conditions adoptées jusque-là. 11 résulta de ces expériences nouvelles, que les diverses substances possèdent, à des degrés différents, la propriété de conduire l'électricité une fois développée : les corps

ATTRACTIONS ET lUCPULSlONS ELECTUIUIES* 593

considérijs auparavant cooimc seuls susceptibles de s'éleetriser par le frutt**ment, sont préciséiiieiit ceux qui eouduiseiit le plus mal 1 eleelrieité; ce sont les mauvais conducteurs. Ceux, au contraire, qu'on n avait pu d'abord ëlectriser sont les bous conducteurs.

Les conséquences de cette nouvelle distinction sont importantes; et nous allons voir qu'elles sont justifiées par Tespérience. Le verre, l'ambre, la résine, etc., étant des corps mauvais conducteurs, réleeti-ieité ue doit se développer que dans les parties frottées , et c'est aussi ce que Fobservalion constate. Mais si on les touche avec la main, qui est, comme tout le reste du corps, un bon conducteur, rélecfricilé se rifpaud dans ce dernier, puis dans le sol, et disparaît; seulement toutefois aux points où le contact a eu lieu. Nous avons vu iju'oUe disparaît totalement^ si Ton passe la mnin sur toute la surface du bâton éleclrisé. Quand on frotte un ejlindre métallique, on comprend quant ou signe dVdectricité ne se luaoifesle; et, en elfet, les métaux éltmt d'excelleuts conducleun^ s'il y a de rélectricité produite, elle se répand iîistanlanément sur toute la surface du métal, et par riulermédiaire du corps de Topérateur, dans le soi. Ce qui le prouve, c'est que si Ton adapte au cylindre métallique un mouche formé d'un corps mauvais conducteur, en verre par exemple, et si Ton tient ce manche d'une main, pendant que de l'autre on frotte le métal ^ celui-ci s'électrise et acquiert les propriétés que nous avons décrites [dus haut comme apprn tenant au verre, à la résine, à Fambre. C'est pour cette nuson qu'on donne le nom de corps isolants aux substances qui conduisent mal réb»ctricité. En isolaut un corps quelconque, on reconnaît qu'il est susceptible de s'éleclriser par le frottement.

On peut répéter, sous une multitude de formes, ces dernières expériences* lue personne que l'on fait monter sur un tabou* ret soutenu par des pieds de verre, s*électrise quand on la frappe avec une peau de chat : en approchant le doigt d'une partie quelconque de son corps, on peut en tirer des étinceUes,

et pendant tout le temps que dure réiectrisation, elle éprouve elle-même sur le visage la sensation singulière que cause l'approche d'un bâton électrisé.

L'eau est un corps bon conducteur. A l'état de vapeur, elle possède la même propriété. Voilà pourquoi on doit avoir grand soin, quand on cherche à développer Télectricité sur un corps, non-seulement de l'isoler s'il est bon conducteur, mais d* essuyer et de sécher le manche ou les supports de verre, ou de tout autre isolant. Voilà pourquoi, aussi, l'électricité se produit avec plus de facilité par les temps secs que par les temps humides : la chambre où l'on opère doit donc, autant que possible, avoir été préalablement desséchée, de sorte que l'air qu'elle contient ne renferme que très-peu de vapeur d'eau. Pour éviter la déperdition de l'électricité par les supports isolants en verre, qui sont généralement employés, on les recouvre d'une couche de vernis à la gomme laque, dont la surface n'est pas hygrométrique comme celle du verre.

En résumé , les diverses substances peuvent être rangées d'après leur ordre de conductibilité en deux classes , celle des bons et celle des mauvais conducteurs ou isolants; mais dans chacune d'elles, la propriété conductrice affecte des degrés différents, de sorte qu'aucune substance n'en est absolument dépourvue. Le tableau suivant en donne un certain nombre rangés dans Tordre de leur conductibilité décroissante :

Corps bons conducteurs.

Corps mauvais conducteurs ou isolants.

Les métaux.

Glace.

Charbon calciné.

Phosphore.

Graphite.

Caoutchouc.

Eau acidulée.

Porcelaine.

Minerais.

Air sec.

Eau.

Soie.

Substances végétales.

Verre.

Substances animales.

Soufre.

Vapeur d'eau.

Résine.

Verre en poudre.

Ambre.

Fleur de soufre =,

Gomme laque.

On voit, par ce tableau même, que la conductibilité élec-

ATTRACTION'? ET BEPIL<10NS ELECTRIQUES. 5S5

trique ne tient («as seulement à la nature chimique de la substance, mais aussi à son état physique, ou à sa structure moléculaire. Ainsi la glani-e est au nombre des isolants, tandis que l'eau et la vap^eur d'eau sc»nt dans les conducteurs. Le soufre 1 1 le verre, pris en masses compactes, sc»nt mauvais conducteurs; réduits en poudre très— fine, ils conduisent bien rélectricitê. Le charbon à son état ordinaire est iscJant ; il devient conducteur quand il est calciné : cristallisé ou à l'état de diamant, il

FSf . Z^Z, — P?o-ï> ê>r-riç::t. Pitr^ifSitM» d'kfj*c:i:£ eî de réj-uJâoa:.

est mauvais conducteur: enfin le graphite, qui est une autre forme minéralosique du carbone, est un bon conducteur.

La chaleur a une grande influence sur le conductibilité électrique des corps ; une haute température donne cette propriété à plusieurs corps, qui sont isolants à la temf>érature ordinaire, le verre, le soufre, la gomme laque, les gaz sont dans ce cas.

Revenons maintenant aux phénomènes d'attraction et de répubion électriques, et étudions-les avec plus de détails.

Nous nous servirons pour cela d'un ap>pareil fort simple , auquel on donne le nom de pendule électrique fig. 353\ C'est une petite balle de moelle de sureau, suspendue par un

fil de soie à un support ^ et par conséquent isolée, puisque la soie est un corps mauvais conducteur.

En approchant de la balle un cylindre de résine électrisé , nous savons qu'il y aura d'abord attraction. Mais aussitôt que le contact aura eu lieu, la balle s'éloignera de la résine : elle sera repoussée , alors même que le bâton de résine en serait approché de nouveau. En cet état, la balle de sureau est éleo- Irisée, ce qu'il est facile de constater en lui présentant le doigt, car alors elle est attirée ; ou en la touchant avec la main, car après ce contact, elle n'est plus ni attirée par le doigt, ni repoussée p'ar le bâton de résine : l'électricité qu'elle possédait s'est écoulée dans le sol par le corps de l'opérateur. Si, au lieu de se servir d'un bâton de résine, on emploie un cylindre de verre électrisé, les mêmes phénomènes se manifestent dans l'ordre où nous venons de les décrire : il y a attraction et contact, puis répulsion. Jusque-là, rien ne montre une différence entre l'électricité développée sur la résine et celle obtenue sur le verre, quand on frotte ces deux corps avec une étoffe de laine. Mais supposons qu'après avoir obtenu la répulsion de la balle de sureau à l'aide de la résine électrisée, on on approche un bâton de verre aussi électrisé. Alors a lieu une attraction de la balle au verre , attraction qui est même plus vive que si, au lieu d'avoir été préalablement électrisée par la résine, elle était restée à l'état naturel. Le même phénomène d'attraction se manifestera , si , après avoir électrisé la balle au contact du verre, on lui présente un morceau de résine électrisé.

Ainsi l'électricité développée sur la résine et celle développée sur le verre par le frottement de la laine se comportent, dans les mêmes circonstances, d'une façon opposée : l'une attire le corps électrisé que l'autre repousse, et réciproquement. De là, la distinction de deux espèces d'électricité, qui ont reçu des premiers observateurs les noms di électricité résineuse et îï électricité vitrée. En répétant l'expérience précédente avec l'ambre, le soufre, la cire, le papier, la soie, etc...., on recon-

ATTHACTIONS ET REPULSIONS ELECTRIQUES. 587

naît que ces substances se comportent, les unes comme la résiae, les autres comme le verre; et Ton dit alors qu'elles sont cliargées, soit d électricité résineuse, soit d électricité vitrée.

Ces deux dénominations sont du reste abandonnées aujourd'hui, et voici pourquoi* Tous les corps étant susceptibles, comme nous venons de le voir, de s*é!ectriser par le frottement^ il est clair que si l'un des deux corps froUé selectrise, Tautre doit s'électriser aussi : c'est ce tiue Texpérience a conlirmé. Mais elle a fait voir, en outre<, que l'électricité développée sur Tun des corps n*est pas la même que celle développée sur Tautre. Par exemple^ si Ton prend deux disques, Tun de verre poli, Tautre de métal recouvert de drap, et munis chacun d'un manche isolant; si, après les avoir frottés Tun contre Tautre, on les sépare brusquement , le disque de verre se trouvera chargé d électricité vitrée, le drap d'électricité résineuse : on s'en assure aisément, en voyant quelle action chacun dVux exerce sur un pendule électrique dont la balle a été préalablement électrisée. Ce n'est pas tout. On sVst aperçu que bi nature de rélectricité développée sur un corps change, selon le corps avec lequel il est frotté. Ainsi le verre, comme nous Tûvons dit, prend rélectricité vitrée quand on le frotte avec la laine ; il prend au contraire l'électricité résineuse, si c'est une peau de chat qu'on empb>ie, La gomme laque se charge d'électricité résineuse, si ou la frotte avec une peau de chat ou de la laine ; elle prend lelectricité vitrée, si elle est frottée avec un morceau de verre dépoli. En conservant les dénominations dont nous venons de nous servir un instant, on avait donc a craindre une certaine confusion : celte raison a fait peu à peu substituer les noms d'électricité positive et à'électricité négatrice à ceux d'électricité vitrée et d'électricité résineuse* Il ne faut f>as, du reste, attacher à ces mots daulre signification que celle-ci : rélectricité positive est celle qu'on développe sur le verre en le frottant avec de la laine ; IVdectricité négative celle qu'on obtient sur la résine en la frottant avec la même substance. Mais le mode d action de ces deux espèces d'élec—

tricité peut se résumer en deux lois d'une grande simplicité :

Tout corps électrisé^ soit positivement, soit négativementj attire les corps légers à Vétat naturel;

Deux corps chargés d- électricités de noms contraires sat^ tirent ; deux corps chargés d! électricités de même nom se repoussent.

Ces lois ne souffrent pas d'exception ; mais les conditions de production de Tune ou de Tautre espèce d'électricité sont extrêmement complexes. La même substance, nous venons de le voir, s'électrise tantôt positivement, tantôt négativement selon la substance avec laquelle elle est frottée. Mais des modifications, souvent très-peu apparentes, dans la surface du corps changent la nature de l'électricité développée. Ainsi le verre poli et le verre dépoli, tous deux frottés avec la laine, prennent, le premier l'électricité positive, le second l'électricité négative. Deux disques de verre semblables, frotté l'un contre l'autre, s'électrisent tantôt d'une façon, tantôt de l'autre. La chaleur a une grande influence; la plupart des substances chauffées prennent l'électricité négative.

On a fait une foule d'expériences curieuses sur les conditions qui déterminent Tun ou l'autre mode d'électrisation ; maison sait peu de chose encore sur les causes de ces singuliers phénomènes, et les théories qu'on a imaginées pour les expliquer Ii'ont guère d'autre avantage que de coordonner tous les faits et de les rendre plus aisés à fixer dans la mémoire.

On peut électriser un corps isolant, ou un corps conducteur isolé, soit par le frottement, soit par le contact d'un autre corps déjà électrisé. Nous verrons bientôt même un autre mode d'électrisation, celui qui consiste à développer l'électricité à distance, par influence ou par induction. Dans tous ces cas, il est intéressant de savoir comment l'électricité se distribue dans un corps, si elle se répand dans la masse entière ou seulement à la surface, si, dans tous les points où sa présence se manifeste.

DISTRIBUTIOX BB L^LECTBICITfi.

elle le fait avec plus ou moiaâ d'énergie, en uq mot quelle est ^ tension dans les différentes parties d'un eorps de forme quelconque.

Un premier fait, que l'expérience nous a déjà révélé, Cit celui-ci ; dans un corps isolant Féleclricité est localisée aux points de la surface qui ont été frottés, ou qu'on a mis en contact avec un autre corps électrisé. Cela est vrai des isolants les plus parfaits; dans les corps moins mauvais conducteurs, l'é-

Fig. VA. — DistnbttUûa dû VilûcUïàU i U surface des carps coDducleurs.

[icclricité se répand à une petite distance autour des points .dont nous parlons. La raison de ce fait est évidemment la même que celle qui fait de ces corps de mauvais conducteurs de rélectricité. Dans les bons conducteurs au contraii*e, l'électricité, quel que soit le mode de production^ se répand presque instantanément sur toute la surface. Des expériences que nous allons décrire prouvent qu'elle ne pénètre pas dans la masse du corps, ou du moins que Tépaisseur de la couche électrisée est très-petite.

Une sphère métallique isolée sur un pied de verre est reeou*

verte de deux minces calottes hémisphtTiques, qu'on maintient en contact avec elle à laide de deux manches isolants. On électrise alors le système entier ; puis on retire vivement et à la fois les deux hémisphères (fig. 354)- En présentant séparément à la balle duo pendule électrique la sphère elle-même, puis chacune des calottes, on reconnaît que ces dernières sont seules électrisées. L'électricité ne s'était donc point répandue dans une épaisseur plus grande que celle des enveloppes.

Fig. 355. — Dislrîbuiion de rélecUicité à la surraoe des corps*

Une sphère creuse métallique, percée d'un oriGce à sa partie supérieure et isolée sur un pied (fig, 3o5), est chargée d'électricité. F*our reconnaître la façon dont cette électricité est distribuée^ on se sert d'un petit disque de papier doré muni d'un manche isolant — c'est ce qu'on nomme un plan d'épreuve— et on rapplique sur un point quelconque de la surface extérieure de la sphère électrisée : on trouve alors qnll attire la halle de sureau du pendule électrique. On touche le plan d'épreuve avec la main ; Félectricité dont il est chargé «'écoule, et il revient à Tétai naturel. Si alors ou Tappliquc à

DISTRIBUTION DE LÈLECTRICITÊ. 591

l'intérieur de la sphère, en ayant soin qu'il ne heurte pas les bords du trou, on constate qu'il ne donne aucun signe d électricité. Le résultat serait le même, si l'on coniuiençait par éprouver Tintérieur de la sphère. Faraday faisait la même exjiérience en donnant au corps la forme d'un cylindre en treillis métallique qu'il posait sur un disque de laiton isolé. Il électrisait le disque, et constatait à l'aide du plan d'épreuve que la surface extérieure seule de cette espèce de vase était électrisée.

C'est aussi le même illustre physicien qui a imaginé Texpé-

KiK* 3o(j. — Expérience de Kira'liy prouvant que lolectriciii; so rrpan i A U turrac ' extérieure des corps.

rience de la poche conique de mousseline, attachée h un cen*le de métal isolé qu'on électrise. In double fil de soie, fixé au sommet du cône, permet do retounuM' h» sac, et \\m trouve toujours que c'est sur la surface extérieure ({ue réieelrieilé s'est répandue, de sorte qu't'lle |)asse alternativement d'une face de l'étoffe sur l'autre (lig. 350).

Ainsi, c'est bien à la surface extérieure des corps conducteurs que l'électricité se trouve distribuée : ou du moins, si elle pénètre dans l'intérieur, l'épaisseur de lu couche électrisée est extrêmement faible. On prend deux sphères, Tune pleine et métallique, l'autre en ^omme laque et dorée à la surface, toutes deux de même diamètre ; puis, on électrise la prennent et l'on mesure la tension électrique, à laide d*un instrument

spécial qu'on nomme électromètre. Si Ton met alors les sphères en contact^ on trouve que la tension électrique est, sur chacune d'elles, moitié de ce qu'elle était d'abord sur la sphère métallique. Comme l'épaisseur de la couche électrique est, sur la sphère de gomme laque, égale à celle de la feuille d'or, on en conclut que cette épaisseur n'est pas plus grande sur la sphère massive.