ÉLECTRICITÉ

36g. Les phénomènes qui se produisent sous l'influence d'un aimant par rapport à quelques métaux , ne sont pas les seuls de ce genre que Ton connaisse.

Tous les corps de l'échelle inorganique, étudiés quant à l'action d'une même force , et comparés entre eux, présentent des effets analogues d'attraction et de répulsion. C'est cette propriété observée par Thaïes de Milet dans l'ambre , rapportée par Théophraste, étudiée par Gilbert, de Colchester , Boyle , etc., etc., que l'on nomme électricité.

Il y a des substances qui, prises dans leur état naturel, n'ont aucune action sur les corps légers qu'on leur présente; mais aussitôt qu'on les frotte avec de la soie ou de la laine , elles attirent , même à plus d'un pied de distance, les petits fragments de clinquant, de sciure de bois , de papier, de plume , de moelle de sureau , etc. Tels sont les résines , l'ambre, la cire, le verre, le soufre et un grand nombre de pierres précieuses.

Considérés par rapport au frottement, on pourrait donc déjà classer en deux séries bien distinctes tous les corps, savoir ceux qui acquièrent de l'électricité par le flottement, et que l'on nomme idio-électriques , et ceux qui n'en développent pas , nommés par cette raison anélectriques .

Nous avons vu qu'un corps électrisé attirait les corps légers qu'on lui présentait; mais après les avoir ainsi attirés, il les repousse. Pour étudier ce phénomène , on se sert d'un petit instrument appelé un -pendule électrique isolé. lise compose d'une petite balle de sureau attachée à l'extrémité d'un fil de soie , fixé lui-même à une tige de verre qui lui sert de support. Que l'on prenne un bâton de cire à cacheter, par exemple, qu'on le frotte, et qu'ensuite on le présente au pendule; celui-ci se précipitera sur le corps frotté et sera ensuite repoussé par lui, comme nous savons ; mais tandis qu'il est dans cet état , si on lui présente un tube de verre électrisé , on observe qu'il est attiré de nouveau par le verre, et que, si on lui présente la résine, il en est repoussé. Quand au contraire, on électrisé le pendule, en le mettant en contact avec le verre , il en est repoussé , et si on approche un bâton de résine électrisé , il est attiré.

Cette expérience montre que l'électricité du verre n'est pas la même que celle de la résine et conduit aux mêmes conséquences que nous avons tirées pour le magnétisme; savoir : l'existence de deux espèces d'électricités, que l'on peut appeler élec^ triché vitrée et électricité résineuse. Quelques physiciens ont aussi appelé celle du verre, électricité positive, et celle de la résine, électricité rcegatwe.

Puisque l'électricité du verre n'est pas la même que celle de la résine, et que tous les corps peuvent

acquérir l'une ou l'autre de ces deux électricités , que chacune d'elles se repousse , que la vitrée attirela résineuse et réciproquement, nous énoncerons ce fait d'une manière simple en disant : U électricité de même nom se repousse elle-même, et attire celle de nom contraire.

Les substances que l'on emploie ordinairement

Ï>our développer l'électricité sont: les fourrures, la aine et la soie. On observe qu'elles se chargent constamment d'électricité de nom contraire à celle que prend le corps frotté : ainsi , par exemple , la résine frottée avec la laine prend l'électricité résineuse, tandis que la laine prend celle de nom contraire, ou la vitrée; le soufre frotté avec une peau de chat se trouve électrisé résineusement, la peau, au contraire, est électrisée vitreusement.

3^0. Mais si les corps anélectriques ne prennent pas d'électricité, quand on les frotte, ils peuvent cependant en prendre d'une autre manière; par le contact d'un autre corps qui lui-même en développe. Tous ne possèdent cependant pas au même degré la faculté de transmettre ainsi l'électricité, et delà, leur division en corps conducteurs de l'électricité, c'est-à-dire qui peuvent transmettre le fluide, et en corps non conducteurs, ceux à la surface desquels l'électricité ne se répand jamais. Mais quelle que soit la cause permanente de ce phénomène, il paraît plus exact de dire que tous les corps sont bo?is ou mauvais conducteurs.

Parmi les corps solides, les métaux sont en général d'excellents conducteurs de l'électricité, c'està-dire, qu'ils se laissent très facilement traverser par le fluide électrique; il en est de même pour l'eau et la vapeur d'eau. L'air sec est au contraire un très mauvais conducteur de l'électricité , et c'est pourquoi l'électricité se conserve long-temps

dans un corps entouré de ce fluide et séparé de la terre par une autre substance également mauvais conducteur, tel que le verre, la soie, la résine, etc., tandis qu'elle se dissipe promptement dans l'atmosphère quand l'air est humide et se perd instamment lorsqu'on vient à toucher le corps électrisé avec une tige métallique.

Les corps très mauvais conducteurs sont appelés aussi corps isolants , parce que les corps électrisés qui reposent sur eux, sont véritablement isolés ou séparés du sol , et conservent long-temps l'électricité qu'ils possèdent.

Il n'existe pas de corps qui soit absolument non conducteur.

Les corps mauvais conducteurs 72e perdent V électricité que dans V étendue de leur contact ; les bons conducteurs , la perdent dans toute V étendue de leur surface, et les intermédiaires la perdent autour du point de contact, dans une étendue qui augmente avec leur conductibilité.

37 1 . L'électricité ne se communique pas seulement au contact; elle peut aussi se communiquer à distance, et elle se répand ainsi sur les corps en raison de leur conductibilité comme celle qui se communique au contact; mais à son passage elle présente le phénomène de V 'étincelle , ou de la flamme électrique.

Dans beaucoup de cas, ce feu peut allumer une bougie éteinte , enflammer l'éther et l'alcool ; il est même un agent chimique très puissant, comme le prouvent la décomposition de l'eau, la volatilisation de l'or, de l'argent, du fer, etc. -y ion action sur l'économie animale, produit une sensation particulière, connue sous le nom de commotion électrique.

372. Les pointes qui terminent un conducteur soutirent sans bruit et sans explosion l'électricité

répandue sur une surface, même d'une grande étendue, et située à une grande distance. C'est sur là connaissance de ce fait qu'est basé l'usage du paratonnerre.

On s'est assuré par l'expérience suivante que la matière de la foudre et celle de V électricité né sont qiiune même substance. Franklin ayant proposé d'élever dans l'atmosphère une barre de métal terminée en pointe , afin de voir si elle s'électriserait par un temps d'orage , Dalibard voulut réaliser cette idée, et en conséquence il fit construire, près de Marly-la-Ville , un petit bâtiment , surmonté d'une barre de fer de 1 3 mètres, terminée en pointe et appuyée sur un cylindre métallique que supportaient des colonnes isolantes. De cette manière , si le nuage orageux venant à passer , contenait réellement de la matière électrique, elle devait être attirée par la pointe et retenue sur le conducteur isolé; ce fut en effet ce qui arriva. Un orage s'étant manifesté dans la soirée du 10 mai i-ySa , à peu de distance de l'appareil que l'on avait préparé, le conducteur donna tous les signes de l'état électrique; on en tira des étincelles; il excita de violentes commotions, et les personnes qui firent l'expérience répandaient une odeur sulfureuse.

La foudre n'étant qu'un phénomène dû à l'électricité , on peut faire usage du pouvoir des pointes pour prévenir ses ravages. Car , si l'on établit sur un édifice une barre métallique pointue qui communique avec la terre au moyen de corps conducteurs non interrompus, un nuage orageux, qui passera suffisamment près de la barre , déchargera par ce conduit son électricité attirée par la pointe, et la foudre se perdant ainsi dans la terre ? ne produira aucun effet sur les objets envi-

remuants, même peu éloignés du conducteur. Telles sont les considérations d'après lesquelles Franklin a construit les paratonnerres.

Un paratonnerre se compose d'une tige de fer ; dont l'extrémité supérieure est terminée en pointe. Pour que cette pointe ne s'altère pas , on la fait de platine, de cuivre, ou en général d'un métal peu oxidable à l'air* quelquefois même, et c'est le procédé le plus en usage, on dore l'extrémité de la tige, qui, par ce moyen, reste très long-temps aiguë, et conserve l'instrument en bon état.

La hauteur moyenne d'un paratonnerre est de vingt-cinq pieds, et sa tige doit avoir, à sa base, vingt-cinq lignes de diamètre.

Les conducteurs sont des barres de fer de sept à huit lignes de diamètre , ou bien des cordes de même grosseur que les barres , faites avec des fils de fer. Il faut avoir grand soin que le conducteur se perde dans un terrain très humide , ou même dans un puits.

On estime qu'un paratonnerre peut défendre autour de lui des atteintes de la foudre , un espace circulaire d'un rayon double de sa hauteur.

373. L;i plupart des corps peuvent s'électriser diversement suivant les conditions où on les place ; ainsi le verre qui est vitreux quand on le frotte avec de la laine ou de la soie , s'électrise résineusement quand on le frotte avec une peau de chat et plusieurs autres fourrures.

Il est donc très vraisemblable que ces deux électricités existent neutralisées dans tous les corps à l'état naturel; que l'électricité est répandue dans les corps à la manière du fluide magnétique, et qu'une cause permanente ou accidentelle peut la décomposer et donner un corps doué d'électricité vitreuse 2e ex. 26

3<ri PHYSIQUE.

ou résineuse, selon que l'un ou l'autre de cesfluides dominera.

Ce qui établit une différence entre le magnétisme et l'électricité , c'est que cette dernière force est libre dans tous les corps; elle peut traverser en tous sens leur masse et même en sortir, tandis que la première peut s'y mouvoir, mais ne peut en sortir.

374* Lorsqu'on développe de l'électricité, soit résineuse , soit vitrée qui était d'abord à l'état naturel , il faut donc que l'électricité contraire se trouve pareillement développée ou bien qu'elle soit détruite par la cause développante. Or, le raisonnement et l'expérience montrent que l'une de ces forces ne peut jamais être détruite, et que jamais l'une des électricités n'est développée sans l'autre. Ainsi, deux disques en verre , en résine, en bois., en métal, ou en toute autre substance, isolées par des manches de verre bien secs et frottés l'un contre l'autre ne donnent aucun signe d'électricité tant qu'ils sont unis; mais dès qu'on les sépare, il est aisé de reconnaître que l'un possède l'électricité vitrée, et l'autre l'électricité résineuse.

Ce résultat est encore plus facile à constater à l'aide de la machine électrique, instrument dans lequel le développement de l'électricité est produit par le frottement d'un plateau de verre sur quatre coussins de soie remplis de crin. Ce plateau est traversé par un axe qui porte une manivelle, et il est soutenu dans une position verticale par deux montants de bois. Au-devant du plateau se trouve un cylindre métallique de cuivre ou de fer-blanc , qu'on nomme conducteur , et qui est soutenu par des colonnes deArerre.Ce conducteur est terminé, ducôté de ]a glace, par deux branches, dont chacune est pourvue, à son extrémité, d'un godet garni de pointes.

PHYSIQUE. 3o3

Les coussins doivent être frottés , à la partie qui touche le verre , avec de Y or mus if (oxide, sulfuré d'étain), ou avec un alliage d'une partie de zinc et de cinq de mercure. La partie postérieure du coussin est en contact avec une tige métallique qui descend le long des montants de bois et communique avec la terre. Tout le temps que la machine%électrique est en mouvement , on sent une odeur particulière assez semblable à celle du gaz hydrogène. Si on approche la main ou le visage du plateau ou du conducteur , on sent un frémissement particulier, comme si on venait à toucher une toile d'araignée. Enfin, si on présente le doigt au conducteur, on en tire une étincelle lumineuse qui fait éprouver une faible piqûre. Si on fait l'expérience dans l'obscurité , on voit des traînées de lumière qui serpentent sur la glace , et des étincelles que soutirent continuellement les pointes du conducteur tournées vers le plateau.

Lorsqu'on fait jouer cette machine , l'électricité est développée par le frottement que les coussins exercent sur les deux surfaces du plateau. La vitrée reste sur le verre , tandis que la résineuse se répand sur les coussins et de là dans le sol. Or , le verre étant placé très près d'un grand nombre de pointes métalliques, leur communique son électricité qui s'accumule ainsi dans le conducteur.

Mais si, au lieu de faire l'expérience de la manière précédente, on fait communiquer le disque avec la terre à l'aide d'une tige conductrice , et que l'on isole les coussins et que l'on dirige vers eux les pointes du conducteur, la machine se chargera encore d'électricité , mais au lieu d'électricité vitrée ce sera de l'électricité résineuse.

375. Un corps électrisé décompose à distance les électricités naturelles de tous les corps conducteurs

3o4 PHYSIQUE.

placés dans sa sphère d'activité , de telle sorte que chacun d'eux se trouve , par rapport à la cause agissante, dans un état électrique différent de celui du corps qui le précède ou qui le suit. Quand l'influence qui a ainsi modifié leur état vient à cesser ^ chacun d'eux retombe ensuite à son état primitif. Deux moyens se présentent pour détruire cette influence : soutirer graduellement ? avec un corps isole', des étincelles de ceux qui sont e'iectrise's 'y ou bien tirer du corps électrisé et électrisant une étincelle totale qui le décharge subitement.

376. Ceci nous conduit à parler de la dissimulation de F électricité et des instruments connus sous le nom de condensateurs.

Concevons deux disques conducteurs A et B ( des feuilles de cuivre par exemples), mis en présence et séparés par une lame non conductrice C , en verre ou en résine; quand le disque A reçoit de l'électricité vitrée et le disque B de l'électricité résineuse , ces deux électricités s'attirent au travers de la lame non conductrice C , et en pressent les deux faces opposées par l'effort qu'elles font pour se réunir. On dit alors qu'elles sont dissimulées • en effet, quand les disques sont chargés , on peut les toucher l'un ou l'autre séparément sans que leur fluide s'écoule sur le sol ; car le fluide de celui qui est touché étant attiré et retenu par le fluide de l'autre, n'obéit pas à la force répulsive qui lui est propre; mais lorsqu'on les met en communication l'une avec l'autre ( en les touchant simultanément par exemple) , la réunion des deux électricités s'opère aussitôt.

377. Tous les appareils dans lesquels on accumule de l'électricité dissimulée , se composent essentiellement de deux lames conductrices séparées par

PHYSIQUE. 3o5

une îame non conductrice ; on les nomme en général des condensateurs.

De ce nombre est la bouteille de Leyde. Cet instrument^ dont la découverte est due à Mussembroëck., physicien de Leyde, est formée d'une bouteille de verre qui a deux garnitures métalliques sans communication entre elles : la garniture intérieure se compose de feuilles légères de métal qui ne remplissent qu'une partie de la bouteille : à cette garniture communique une tige de métal terminée en boule et adaptée au bouchon : la garniture extérieure est une feuille d'étain : elle ne doit arriver, comme la première, que jusqu'à environ 5o millimètres des bords. Ces deux garnitures se nomment armures de la bouteille de Leyde.

On charge la bouteille de Leyde de deux manières : en mettant l'une des garnitures en contact avec le conducteur d'une machine en mouvement et l'autre en communication avec le réservoir commun. Ainsi, si l'on tient la bouteille par la garniture extérieure, on l'électrise en mettant le bouton en communication avec le conducteur ; si on la tient par le bouton , on l'électrise en mettant la garniture extérieure ' en communication avec la machine. Dans le premier cas , si la machine donne de l'électricité positive, l'intérieur de la bouteille est électrisé positivement et l'extérieur négativement; c'est le contraire dans le second cas.

L'appareil ainsi préparé donne lieu aux effets suivants :

i° La bouteille de Leyde produit une commotion subite au moment où on touche a la fois ses deux armures.

i° La bouteille de Leyde fournit une preuve de l'extrême rapidité avec laquelle V électricité se propage-, car plusieurs personnes se tenant par 1^

3o5 PHYSIQUE.

main , si la première communique avec la garniture extérieure et la dernière avec la tige de la bouteille de Leyde, toutes ces personnes, quel que soit leur nombre, ressentiront au même instant la commotion électrique.

• On décharge la bouteille de Leyde en établissant la communication entre les deux armures au moyen d'un corps conducteur. Lorsque la bouteille est fortement électrisée, il est dangereux de la décharger immédiatement avec les mains -, on se sert alors d'un excitateur : cet instrument consiste en une verge de métal terminée par deux boules ; il est construit de manière que ses deux extrémités puissent être rapprochées ou éloignées à volonté. On applique une extrémité de l'excitateur sur la -garniture extérieure, et l'autre sur la garniture intérieure : toute la décharge et la réunion des fluides s'effectue à travers la verge métallique sans qu'on éprouve la moindre commotion. L'excitateur devient d'un usage plus commode et plus sûr lorsqu'on adapte à ses branches un manche isolant de verre par lequel on puisse tenir l'instrument.

Une batterie électrique est la réunion de plusieurs grandes bouteilles de Leyde.

378. LJ électrophore , comme l'indique son nom, est un instrument qui a la faculté de conserver l'électricité pendant un laps de temps assez considérable.

Il se compose, i° d'un plateau de résine que l'on nomme ordinairement le gâteau de Félectrophore 5 i° d'un plateau métallique auquel est adapté un tube de verre. Pour s'en servir, on commence par électriser la résine , en la frappant avec une peau de chat (nous savons qu'elle s'électrise résineusement); ensuite on pose le plateau sur le gâteau. Alors l'électricité résineuse de la résine agit sur les électricités combinées du plateau , les décompose , attire

dans la partie inférieure l'électricité vitrée, et repousse l'électricité résineuse dans la partie supérieure. Maintenant, si l'on fait communiquer le plateau avec le sol . en le touchant avec un doigt , par exemple, on aura une petite étincelle qui sera due à l'électricité résineuse, qui est repoussée dans la partie supérieure du plateau, et qui s'échappe dans le sol. L'électricité vitrée, étant attirée par la résineuse du gâteau, ne pourra pas s'en aller par le doigt , et elle ne pourra pas non plus se combiner avec l'électricité résineuse du gâteau, vu que celuici étant isolant, il ne permet pas à l'électricité de passer d'un point de sa surface à un autre. D'où l'on voit que si l'on rompt la communication du plateau avec le sol, il ne restera que de l'électricité vitrée , qui ne sera pas sensible tant que le plateau restera posé sur le gâteau. Mais si l'on enlève le plateau, cette électricité devient libre, et si on présente le doigt, 0:1 voit jaillir une vive étincelle. On pourra de nouveau replacer le plateau sur le gâteau, sans être obligé d'électriser celui-ci de nouveau; une nouvelle décomposition se fera, on appliquera le doigt et l'on obtiendra une étincelle autant de fois que l'on voudra.

L'électrophore est généralement employé quand on ne veut avoir que de petites quantités d'électricité : on s'en sert fréquemment dans les laboratoires, pour opérer la combinaison de l'oxygène avec l'hydrogène, etc. , etc.

379. A. l'aide de l'instrument appelé balance électrique, Colomb est arrivé à déterminer la loides répulsions el des attractions électriques. ILn s'appuyant sur ce principe , que deux sphères conductrices de même rayon 7 mises en contact, se partagent également les électricités qu'elles possèdent, il a constaté que les attractions et les répulsions électriques sont

3o8 PHYSIQUE.

en raison composée des quantités de Jluîde 7 et en raison inverse du carré des distances. Ainsi, après avoir mesuré la force attractive ou répulsive de deux balles , à une distance bien connue ; si on touche l'une d'elles avec une autre balle de même dimension, on reconnaît qu'à la même distance, sa force de tension se trouve diminuée de moitié. Les deux causes d'erreurs qui se présentent dans ces expériences, et qu'on peut difficilement éviter sont : la conductibilité électrique de V air quand il est chargé de vapeurs d~ 'eau, et la déperdition qui se fait a travers la substance des corps ,méme les plus mauvais conducteurs , tels que le verre , la cire, la gomme laque.

D'après cette loi, on voit, que pour doubler la force isolante d'un support cylindrique et très fin , il faut lui donner une longueur quatre fois plus grande.

38o. Examinons maintenant la distribution de l'électricité à la surface des corps.

Pour prouver que Télectricté n'occupe que la surface des corps, on n'a qu'à charger d'électricité une sphère renfermée dans deux hémisphères métalliques, et ensuite à la priver tout-à-coup de cette enveloppe; car alors la sphère intérieure ne conserve aucune trace d'électricité.

Si, après avoir électrisé une sphère creuse et percée d'un trou, on introduit dans son intérieur un conducteur disposé de façon à ne pouvoir toucher sa superficie , celui-ci ne donne aucun signe d'électricité.

En vertu de la répulsion qu'un fluide exerce sur lui-même, il est facile de concevoir que l'électricité ne peut rester au centre d'une sphère métallique, puisque chaque particule de ce même fluide se repousse continuellement, pourvu toutefois que la

matière dont est formée cette sphère n'ait aucune action chimique sur le fluide électrique. Ainsi l'électricité se distribuera sur toute la surface de la sphère; et comme cette action répulsive s'exerce indéfiniment, il est clair que si l'air, dont le corps est environné, se trouve saturé de vapeur aqueuse , l'électricité se répandra dans ce milieu, et que le corps cessera d'être électrisé. C'est pour cela que si l'on fait des expériences qui ne demandent qu'une faible électricité , il faut avoir besoin de rendre l'air environnant parfaitement sec.

Il n'en est pas de même pour une ellipsoïde; seulement la tension électrique n'est pas égale partout, | la plus forte se trouve aux extrémités du grand axe.

38 1. Jusqu'ici nous n'avons parlé que de l'électricité développée par le frottement ; mais cette cause n'est pas la seule qui puisse mettre ce fluide en liberté : la pression , la chaleur, le contact et les affinités moléculaires ou chimiques peuvent produire le même résultat.

382. Le développement de l'électricité par la chaleur est très remarquable dans une pierre appelée tourmaline (qui est commune sur-tout aux Indes); lorsqu'on la chauffe, elle présente vers les deux extrémités de son axe, deux pôles contraires , l'un agissant par du fluide vitré, l'autre par du fluide résineux. Le soufre , le diamant , le quartz et une foule d'autres cristaux présentent le même phénomène avec plus ou moins d'intensité.

383. L'électricité qui se développe par le contact des corps et pendant les actions chimiques , est généralement connu sous le nom de galvanisme.

Eu 1789, Galvani , médecin et professeur à Bologne , ayant eu l'occasion de préparer des grenouilles pour divers sujets de recherches, les suspen- ; dit par hasard à un balcon de fer par de petits

JlO PHYSIQUE.

crochets de cuivre qui passaient entre les nerfs lombaires et la colonne vertébrale, et il observa que les animaux disposés ainsi , bien que morts et mutilés , éprouvaient de vives convulsions. Frappé de ce phénomène singulier, Galvani en étudia toutes les circonstances, et reconnut que les contractions musculaires n'arrivaient que dans le cas où quelques points des muscles se trouvaient en contact avec la tige de fer qui portait les crochets de cuivre. Il constata ensuite que des phénomènes analogues se présentent toutes les fois qu'on établit la communication entre un nerf et un muscle, à l'aide d'un conducteur formé de deux métaux qui se touchent.

Ces faits remarquables reçurent le nom de phénomènes galvaniques. Galvani les attribuait à une électricité animale propre aux organes, et manifestée par la communication établie entre ces orga* nés au moyen de conducteurs électriques.

Volta, au contraire, ayant répété les mêmes expériences, et considérant sur-tout que les plus grandes convulsions avaient lieu lorsque la communication des nerfs avec les muscles était établie par deux métaux différents mis en contact, fut conduit à penser que l'électricité manifestée dans les phénomènes galvaniques, se développait uniquementparlecontact des métaux de différente nature, et il ne regarda les organes des grenouilles que comme des électroscopes très sensibles aux plus petites quantités d'électricité.

384- JLe moyen de produire le galvanisme étant connu, il ne s'agissait plus que de rendre ce moyen plus puissant. Volta ne tarda point à atteindre ce but, et il construisit l'instrument connu sous le nom de pile voltaïque ou galvanique. Elle est composée de disques métalliques hétérogènes ( zinc et cuivre par exemple) mis en contact deux à deux; ces couples sont ensuite superposés dans le même ordre

PHYSIQUE. ilî

et séparés les uns des autres par des rondelles de carton ou de drap imbibées d'eau; le tout est dis- I posé verticalement.

385. Avant de passer à l'explication des phénomènes de la pile , disons que les physiciens ap-

i pellent force électromotrice celle qui , lors du contact des corps, décompose leurs fluides naturels T ; et s'oppose à leur recomposition (à moins toutes : fois que la tension de ces deux fluides ne leur , fasse franchir la surface de jonction , et dans ce • cas même , la force éîectromotrice est un obstacle à la recomposition complète).

386. Maintenant , supposons un élément com- I muniquant au sol par le côté cuivre ., et analysons ce , qui se passe. Au contact du zinc et du cuivre , la : force éîectromotrice développe les deux fluides :

le fluide vitré se porte sur le zinc, le résineux sur ; le cuivre; appelons i la quantité de fluide vitré qui i. est sur le zinc, et o l'état du cuivre, puisqu'il est [ en communication avec le sol ; plaçons sur ce premier zinc une rondelle humide : cette rondelle prendra au zinc de son électricité , et ce premier [ zinc n'aura plus i de tension. Mais comme la force ; éîectromotrice agit sans cesse , elle fait une nouvelle décomposition , jusqu'à ce que le zinc et la rondelle aient i de tension : plaçons sur la rondelle humide un second couple , en mettant le cuivre en bas, comme pour le premier couple, et supposons pour un moment qu'au contact du zinc et du cuivre de ce second couple, la force électromotrice n'existe pas ; alors on conçoit facilement que l'électricité de la rondelle et du premier zinc passera dans le deuxième couple qui , en vertu de la force électromotrice du premier couple , prendra la tension i , égale à celle du premier zinc. Rendons maintenant à ce deuxième couple la force

3l2 PHYSIQUE*

électromotrice qu'il possède réellement ; cette forcé développera sur le deuxième zinc i de vitré, et sur le deuxième cuivre i de résineux, ce qui, ajouté à l'électricité déjà produite , fait 2 de tension sur le deuxième zinc ; mais ce 1 de résineux du deuxième cuivre y trouve 1 de vitré ; il se combine avec lui, forme du fluide neutre , et ce deuxième cuivre retombe à l'état o , état qui ne dure toutefois pas longtemps , car la rondelle humide lui communique le vitré du premier zinc, jusqu'à ce qu'il ait 1 de tension ; le premier zinc^ il est vrai , n'a plus 1 ; mais sa force électromotrice répare continuellement sa perte, jusqu'à ce qu'il ait atteint sa tension primitive. Le même raisonnement s'applique au troisième couple et aux suivants 5 seulement le troisième zinc aura de tension 3 , le quatrième zinc 4, le cinquième zinc 5; et de même le troisième cuivre aura de tension 2 , le quatrième cuivre 3 , le cinquième cuivre 4? etc.; la pile alors sera chargée d'électricité vitrée.

La pile que nous venons d'étudier aurait donné de l'électricité négative, si le disque de zinc eût touché le sol. L'objet du conducteur, qui se compose tantôt de rondelles et tantôt de liquides acides ou salins, est d'augmenter la tension électrique à l'extrémité de chaque pile ; car, sans cela, elle serait égale seulement à celle développée au contact de deux éléments.

Cette même pile, isolée par ses deux bouts, aurait une de ses moitiés chargée positivement , et l'autre négativement.

On peut distinguer trois agents principaux dans une pile , parmi lesquels se range : i° l&Jbrce électromotrice, dont nous avons déjà parlé et dont l'intensité varie suivant la nature des corps ; 20 la force de propagation ? qui dépend de la nature et des dimensions du conducteur qui sépare les couples;

PHYSIQUE. 3l3

3° la force de tension > qui n'est pas la même pour chaque espèce d'éléments voltaïques , mais qui demeure toujours proportionnelle à leur nombre.

Les corps dont la force de production ou lajbtve électromotrice est la plus considérable , sont le cuivre et le zinc; aussi toutes les piles sont -elles construites avec ces deux métaux.

L'eau est par elle-même un mauvais conducteur de l'électricité, et par conséquent, une pile chargée ou amorcée avec de l'eau pure^ n'aurait qu'une force de propagation très faible ; mais les dissolutions salines ou alcalines , et sur -tout les dissolutions acides, sont de très bons conducteurs; celle que l'on préfère en général , est de l'eau contenant environ 1/20 d'acide nitrique. La force de propagation dépendante des dimensions aussi bien que de la nature, du conducteur il est évident que c'est l'étendue de la superficie des éléments de la pile qui doit à son tour influer sur cette condition.

387 . Il y a plusieurs genres de piles : elles tirent toutes leur nom de la disposition qu'on leur a donnée.

Aujourd'hui l'appareil dont on se sert , comme étant le plus énergique, est appelé pile à auges , et est construit de la manière suivante : les plaques sont soudées par une partie de leurs bords , et courbées de manière à pouvoir être plongées verticalement dans des auges de verre, de porcelaine ou de bois , contenant un liquide qni sert de conducteur (de l'eau aiguisée d'acide nitrique, par exemple). Chaque auge, à l'exception de la première et de la dernière, reçoit alors deux plaques de nature différente. Pour manier facilement la machine , les couples sont fixés à une pièce de bois par des écrous , et on peut alors les plonger à volonté dans l'auge qui est au-dessous et qui est divisée par compartiments.

ier ex. 27

3l4 PHYSIQUE.

388. Les courants d'une pile produisent, comme les batteries électriques , de la chaleur , de la lumière , et des effets chimiques , physiques et physiologiques.

Ainsi, lorsqu'un métal, en fil , en feuille ou en éponge, établit la communication directe entre les pôles de la pile , il y a aussitôt chaleur , incandescence, lumière , fusion , et souvent volatilisation de ce corps.

Si l'on fait passer les deux fils conducteurs d'une pile à travers une eau légèrement acidulée, et que l'on fasse communiquer les deux pôles de la pile, on ne tarde pas à observer que, vers chaque pôle, il se dirige des bulles de gaz, dont les unes sont de l'oxygène pur et les autres de l'hydrogène.

L'eau n'est pas le seul corps décomposé par l'influence des courants électriques; et sous ce rapport toutes les substances minérales , c'est-à-dire inorganiques , se partagent en deux séries bien distinctes que l'on appelle corps électro-positifs et électro-négatifs. Si ce sont des oxides que l'on décompose ainsi , l'oxygène se rend au pôle positif, et la base au pôle négatif; si ce sont des composés salins , l'acide va au pôle positif et l'oxide au pôle négatif; enfin, dans la combinaison de deux acides ou de deux bases , chacun d'eux se dirigera vers le pôle d'électricité contraire à celle dont il jouit.

ïi est facile de prévoir que , si l'un des éléments que sépare l'électricité peut encore éprouver aisément une décomposition, une de ses molécules sera attirée par le pôle positif, et l'autre par le pôle contraire.

38q. On appelle force électro - magnétique ou électro-dynamique la cause qui, durant U activité de la pile y exerce une action directrice sur Vai-

PHYSIQUE. 3l5

guille aimantée. Cette découverte date de 1819 : elle est due à M. OErstedt de Copenhague, et c'est M. Ampère, qui depuis s'est livré le plus activement à ce genre de recherches.

3go. Si l'on réunit les deux extrémités d'une pile, et que l'on place une aiguille aimantée tantôt audessus, tantôt au-dessous du fil conducteur, elle sera déviée du méridien magnétique en différents sens.

La force qui détermine cette déviation diminue à mesure que la distance augmente , se transmet dans tous les sens et à travers toutes les substances, excepté celles qui sont magnétiques.

Le courant électrique qui se porte du pôle positif au pôle négatif ] en passant par le conducteur, tend à tourner V aiguille en croix, avec lui, de façon que le pôle austral de celle-ci vire à gauche.

L'intensité de V action du courant est en raison inverse de la simple distance.

Les métaux non capables de magnétisme sensible, agissent a la manière des corps aimantés par les décharges électriques ou par le courant d'une pile.

3qi. Quand on présente à l'aiguille aimantée le fil conducteur , de manière que leurs directions soient perpendiculaires entre elles, et que le pôle austral de l'aiguille soit à la gauche du courant, c'est-à-dire dans la position que doivent prendre le fil conducteur et l'aimant, en vertu de leur action mutuelle, ils s'attirent réciproquement.

Ce qui a lieu entre un courant électrique et un aimant, s'observe aussi entre deux courants électriques.

En effet, M. Ampère a démontré que deux courants électriques s'attirent quand ils se dirigent

3l6 PHYSIQUE.

parallèlement dans le même sen's , et se repoussent quand leurs directions parallèles sont opposées. Et que la même chose a lieu quel que soit l'angle des deux fils , droit, obtus ou aigu; en sorte qu'il y a toujours attraction , quand les courants des deux Jîls vont tous deux en sJ éloignant ouén s J approchant du sommet de V angle formé par les deux fils , et répulsion, dans le cas où l'un va en se rapprochant et lJ autre en s' éloignant.

3o/2. Après avoir vu que les courants dirigent l'aiguille aimantée , et que celle-ci est aussi dirigée par la terre, on devait arrivera ce fait curieux , que la terre agissait sur le courant électrique : et les conséquences auxquelles M. Ampère est arrivé, sont les suivantes :

i° Un courant vertical mobile autour d'un axe vertical est porté par l' action du globe a l'est de cet axe lorsqu'il descend dans le conducteur mobile , et a V ouest du même axe quand il va en montant -, le plan qui, dans la position d'équilibre, passe par ce courant et par l'axe, est , dans les deux cas , perpendiculaire au méridien magnétique. De cette expérience, M. Ampère a été porté à admettre dans l'intérieur du globe, des courants électriques qui donnent à l'aiguille de la boussole sa direction à peu près du nord au sud.

'2° Un conducteur horizontal ne pouvant se mouvoir que parallèlement à lui-même, est toujours repoussé dans l'hémisphère boréal, par l'action terrestre , à la gauche de l' observateur, qu'on suppose placé dans le courant , et dont la face est tournée vers le globe terrestre, quel que soit d'ailleurs l ' azimulh du courant. Ainsi , en supposant avec M. Ampère, le courant dirigé de l' est à V ouest, le conducteur se porte au midi, et comme dans ce

cas il est attiré par le courant moyen , équivalent a tous les courants terrestres , et que ce courant 'va de l'est a l'ouest, il en résulte que celui-ci est situé au midi du lieu où se fait V expérience,

3° Un conducteur horizontal, mobile autour aV un axe vertical passant par une de ses extrémités , tourne d'un mouvement continu qui s' effectue dans la direction, est, sud, ouest, nord , quand il va de la circonférence au centre, et en sens opposé quand il va du centre à la circonférence. Il résulte de cette expérience, suivant M. Ampère, que le courant moyen est situé au sud du lieu où Ton expérimente.

Quand; dans un conducteur circulaire mobile autour de son axe et presque fermé, on fait passer un courant électrique , on voit qu'il se dirige par Faction de la terre; et cette direction est telle, que la portion du conducteur où le courant est descendant, se porte à l'est, et l'autre portion , c'est-à-dire celle où il est ascendant, se tourne à l'ouest. Le même phénomène se produit encore, quand, au lieu d'employer un simplefil conducteur, on emploie une hélice , dont l'axe horizontal puisse tourner autour d'une ligne verticale passant par son milieu. Si on emploie deux hélices, on verra que leurs extrémités de même nom, c'est-à-dire celles qui se dirigent vers le même point du globe , se repoussent mutuellement, et que celles qui se dirigent vers les points directement opposés , s'attirent , ou que l'extrémité qui se tourne vers le nord attire l'extrémité qui se tourne vers le sud , dans une autre hélice. L'action de deux courants entre eux est donc la même que celle de deux aimants et que celle d'un aimant sur une hélice.

3g3. Le développement de l'électricité dans les combinaisons a été observé , pour la première fois ,

3j8 physique.

par MM. Lavoisier et Laplace. Ces savants reconnurent qu'en faisant agir quelques kilogrammes d'acide sulfurique sur du fer en limaille, il se développait à l'instant une quantité d'électricité suffisante pour charger un condensateur.

Il résulte, des expériences de H. Davy, que, dans les combinaisons chimiques où le dégagement de chaleur est considérable, il y a toujours développement d'électricité.

Il résulte aussi, des expériences de M. Becquerel que la combinaison d'un oxide ou d'un acide avec un alcali développe de l'électricité.

3g4. On a constaté aussi que la chaleur peut développer de l'électricité dans les métaux mis en contact. Pour observer ce phénomène, on soude ensemble du bismuth et du cuivre , ou bien encore du bismuth et de l'antimoine, en leur donnant la forme d'un parallélogramme, ou toute autre figure telle, que les métaux donnent lieu à un cadre complet. Ensuite on échauffe l'une des soudures, et il se produit de l'électricité qui circule dans l'intérieur des métaux. Comme cette électricité est insensible aux électroscopes ordinaires , on a recours à l'aiguille aimantée, que l'on dispose à cet effet, près des métaux et parallèlement à leur direction , et l'on observe que le courant se dirige du cuivre au bismuth , dans la partie non chauffée.

395. \1 optique est la branche de la physique qui, a pour objet V étude de la lumière.

Quand elle traite de la réflexion de la lumière a la surface des corps , cette science porte le nom de caloptrique } et quand elle ne considère au

physique. 3ig

contraire que sa marche à travers les corps transparents, on lui donne celui de dioplrique.

396. La lumière ne saurait être définie quant à sa nature , mais sous un point de vue non moins important, on peut dire qu'elle est l'agent par lequel lajorme d'un corps se décèle a nos regards.

Deux systèmes sont depuis long- temps en présence , pour expliquer tous les phénomènes ou modes d'action de la lumière : celui de Y émission et celui des ondulations.

Dans le premier système , imaginé par Newton , on suppose la lumière un fluide infiniment subtil , émané des corps lumineux , projeté par eux dans l'espace, et s'y mouvant en ligne droite avec une rapidité surprenante.

Dans le système des ondulations, qui est celui de Descartes, on admet que tous les mondes , la matière elle-même, baignent dans un fluide extrêmement subtil (éther), capable d'entrer en vibration et de transmettre de proche en proche le mouvement que lui imprime les corps lumineux , qui ne le sont eux-mêmes que par l'agitation de leur éther.

397. Quoiqu'il en soit, la lumière se propage avec une grande vitesse, puisqu'elle arrive du soleil à la terre en 8 minutes i3 secondes ; ce qui fait cinquante sept mille lieues par seconde.

398. Un rayon lumineux ou un rayon de lumière est la direction que suit la lumière en se propageant.

Un pinceau de lumière est la réunion de plusieurs rayons voisins, et l'ensemble de plusieurs pinceaux , forme ce qu'on appelle un faisceau de lumière'

3g9# La lumière se propage toujours en ligne droite, dans un milieu homogène. Tout le monde sait qu'en plaçant entre l'œil et un corps lumineux

un corps opaque, il intercepte une partie de ce dernier.

La lumière se meut au contraire en ligne courbe dans un milieu hétérogène. L'inégale densité de l'atmosphère en fait un milieu hétérogène , aussi la lumière du soleil ne nous arrive jamais en ligne droite, et on ne voit jamais un astre au lieu précis où il se trouve en réalité; cette déviation est ce qu'on appelle le phénomène de la refraction ;

4oo. Un point lumineux rép and la lumière entous sens , et doit être considéré comme le centre d'une sphère de lumière qui s'étend indéfiniment de tous les côtés. Il en résulte qu'en se propageant, chaque faisceau de lumière doit diverger continuellement et représenter un cône dont le sommet est au point lumineux , et la base sur le plan frappé par la lumière. Il faut, par conséquent, que la quantité de la lumière qui tombe sur ce plan décroisse à mesure que la base du cône devient plus large , et cette longueur augmente à mesure que la distance du point lumineux augmente aussi. C'est pour cette raison que lorsque la lumière tombe sur un plan , le degré de clarté qu'elle y produit est plus ou moins grand , selon que le corps lumineux en est plus ou moins rapproché. La loi de ce phénomène est que , l'intensité de la lumière d'un point lumineux décroit comme le carré de la distance augmente.

4oi. On distingue tous les corps non lumineux par eux-mêmes : i° en corps opaques , c'est-à-dire qui ne transmettent point la lumière à travers leur masse , ou du moins qui ne la transmettent que d'une manière inappréciable, la pierre , les métaux, le bois par exemple ; 2° en corps diaphanes ou transparents, qui laissent voir nettement les objets au travers de leur substance , tels sont

PHYSIQUE. 32 ï

l'eau 9 l'alcool, les gaz, le verre ) 3° et en corps translucides , ceux qui ne laissent passer qu'une petite quantité de la lumière qu'ils reçoivent, et à travers lesquels les objets se dessinent imparfaitement. Tout corps opaque éclairé plus ou moins obliquement , laisse derrière lui une projection obscure de sa forme 5 c'est cette partie de l'espace qui ne reçoit aucune lumière, qui porte le nom à' ombre. Le pénombre est cette teinte plus faible de l'ombre qui sépare les points de l'espace tout-à-fait éclairés des points restés absolument sans lumière.

4 02. Caloptrique, ou reflexion de la lumière. Tout rayon lumineux qui tombe sur une surface se replie et prend une direction nouvelle 5 de telle sorte que l'angle formé par la perpendiculaire menée au point du contact et le rayon incident, est toujours égal à celui qu'engendre cette même perpendiculaire ou normale avec le rayon réfléchi j d'où il suit :

i° Que le plan de réflexion est toujours coïncidant avec le plan d'incidence;

i° Que l'angle de ré 'flexion est égal à l'angle d'incidence situé de l'autre côté de la normale.

Il en est de même pour les surfaces courbes ; parce qu'on admet comme principe fondamental que la réflexion se fait en un point quelconque d'une surface courbe , comme elle se ferait au plan tangent en ce point.

C'est sur ce principe que reposent les propriétés des miroirs.

Un miroir est, en général, une surface polie , qui a la propriété de réfléchir régulièrement la plupart des rayons de lumière qui la rencontrent.

On distingue deux espèces de miroirs : les miroirs de métal et ceux de glace. Les miroirs de métal se composent d'un alliage de cuivre , d'étain et d'arsenic. Les miroirs de glace sont formés d'une pièce de verre enduite d'un côté d'un amalgame d'élain et de mercure , qu'on nomme le tain.

Les miroirs sont plans , concaves ou convexes , selon que leurs surraces réfléchissantes sont planes \ concaves ou convexes. La surface des miroirs convexes étant supposée une portion de surface sphérique, on peut , dans ce cas, considérer la surface de ces miroirs comme une zone a une base , c'est-àdire, une partie de la surface sphérique coupée par un seul plan. La perpendiculaire, que l'on conçoit abaissée du centre de la sphère sur le plan qui sert de base à la zone , se nomme Y axe du miroir.

Le? différentes manières dont les images des corps sont représentées par ces trois espèces de miroirs , se déduisent de l'expérience , et de la loi de la, réflexion de la lumière, rapportée précédemment.

4o3. Miroirs plans. Lorsqu'un corps éclairé est placé devant un miroir plan , les rayons qui partent de -la surface opposée au miroir, vont le frapper en divergeant, et font l'angle de réflexion égal à celui d'incidence. L'image de l'objet réfléchi nous paraît être aussi éloignée ; par- derrière le miroir, que l'objet lui-même en est éloigné pardevant.

Il n'est pas nécessaire qu'une glace soit aussi grande que l'objet qu'elle doit réfléchir, pour en donner l'image entière. Il suffit que les rayons partis de l'extrémité de cet objet ne soient pas tellement obliques que, faisant un angle de réflexion

physique. 3â3

trop ouvert, ils ne soient pi us compris dans le cône lumineux qui va frapper la prunelle de l'observateur.

4o4« Miroirs concaves et convexes. On peut considérer toute surface courbe comme constituée par une infinité de petits plans, s'inclinant les uns sur les autres* par conséquent tous les rayons qui tomberont sur chacun de ces petits plans, feront des angles de réflexion égaux aux angles d'incidence; mais, comme ces petits plans s'inclinent les uns vers les autres , selon que les surfaces sont concaves ou convexes , les angles d'incidence varieront nécessairement y selon le degré d'obliquité de chaque petit plan , et produiront des réflexions qui s'opéreront selon ces différents angles d'incidence ; ainsi les surfaces convexes feront diverger et les surfaces concaves feront converger les rayons.

On appelle foyer le point où se réunissent tous ces rayons convergents • ce point est toujours placé sur l'axe du miroir, et à la moitié de la longueur du rayon de la sphère dont ce miroir fait partie.

4o5. Les miroirs concaves peuvent être sphériques , paraboliques ou elliptiques.

Si l'on place une flamme dans le foyer d'un miroir concave, toute la lumière qui va frapper le miroir sera réfléchie presque parallèlement à l'axe m7 et, comme la lumière parallèle conserve toujours une égale force , excepté lorsqu'elle est affaiblie par l'absorption que lui fait éprouver le milieu dans lequel elle passe , on peut propager ainsi une lumière à une distance considérable.

En plaçant une bougie allumée devant un miroir concave , dans une chambre obscure , on remarque les phénomènes suivants:

Si la flamme est en-deçà du foyer, près du mi-

roir , on en voit mie image veilicale et grossie, qui paraît un peu plus loin derrière le miroir, que la flamme elle-même n'est au devant. A mesure qu'on approche la lumière du foyer , l'image grandit et s'éloigne.

Si la flamme est au foyer , son image ne se trouve nulle part; mais on voit seulement un reflet lumineux qui consiste presque en rayons parallèles.

Si l'on place la lumière au-delà du foyer, on n'aperçoit plus son image dans le miroir; mais lorsqu'elle est à une certaine distance, il s'en peint une image grossie, et renversée, sur un mur blanc opposé au miroir; si on éloigne la lumière encore davantage, cette image est plus proche et plus petite. Lorsque la distance de la flamme devient double de la distance focale, l'image coïncide avec elle, parce qu'elle est alors au centre de courbure du miroir; si on le recule encore, l'image, qui est alors plus petite que la flamme, se rapproche du foyer, et finirait par tomber précisément dans ce foyer , si l'on pouvait éloigner indéfiniment la lumière. On voit par là que dans un miroir ardent , la violente chaleur est produite par une image du soleil qui vient s'y présente!*.

En résumé nous voyons que l'image d'un objet Rapproche d'autant plus du centre de la figure du miroir, que le point lumineux en est plus éloigné, et que l'image se renverse toujours, excepté quand l'objet est au centre même de courbure du miroir.

Les miroirs paraboliques sont employés pour la construction des phares , parce que c'est une propriété de cette courbe de réfléchir parallèlement , a son axe et à de grandes distances , les rayons partis de son foyer.

4o6f Le» miroirs convexes n'ont pas de foyer

PHYSIQUE. 3'l5

véritable- ils n'ont qu'un foyer imaginaire qui se trouve situé derrière le miroir, en un point où ces rayons réfléchis s'entrecroiseraient s'ils étaient prolongés au-delà du miroir.

Les miroirs convexes font diverger aussi tous les rayons; mais malgré la divergence des rayons ainsi -réfléchis,. l'œil n'en distingue pas moins l'image de l'objet placé devant le miroir. L'image qu'on présente à un de ces miroirs est d'autant plus petite que l'objet est plus éloigné; elle se peint droite au foyer principal , et grandit jusqu'à ce que l'objet touche le miroir. Les peintres qui veulent réduire les dimensions d'un paysage , se servent de cette espèce de verres.

Les miroirs hyperboliques ne sont mis en usage que pour éclairer de grandes surfaces , parce que leur réflexion est extrêmement divergente.

Les miroirs concaves et les lentilles sont encore employés pour concentrer à leur foyer assez de chaleur pour opérer l'ignition des corps.

C'est en se servant d'un système de miroirs semblables, quÀrchimède incendia les vaisseaux romains pendant qu'ils assiégeaient Syracuse. Buffon enflamma aussi des bois à deux cents pieds de distance , et fondit du cuivre , du plomb à quarantecinq pieds.

Dioptrique ou réfraction de la lumière.

407. Si la lumière , en passant d'un milieu dans un autre, arrive perpendiculairement à la surface de chaque nouveau milieu , elle ne sera pas réfractée, et continuera de se mouvoir en ligne droite.

Si un rayon lumineux, passant d'un milieu plus rare dans un autre milieu plus dense , frappe obliquement la surface de ce nouveau milieu , il sera

2er EX. 28

réfracté, et se rapprochera de la perpendiculaire élevée au point d'immersion. Si, au contraire la lumière passe d'un milieu plus dense dans un autre plus rare , elle sera encore réfractée , mais elle offrira un phénomène contraire à celui que nous venons d'énoncer : au lieu de se rapprocher de la perpendiculaire , elle s'en éloignera.

408. Puisque la lumière se brise en passant d'un milieu daus un autre, tous les corps doivent jouer le rôle de milieux réfringents • le vide même, relative* ment à l'air, serait un milieu réfringent.

Les lois générales connues sur la réfrangibilité sont les- suivantes:

i° Le pouvoir réfringent d'une substance augmente avec sa densité et sa combustibilité >•

'i° Cette puissance réfr active est plus grande pour une substance liquide que pour la même substance à l'état de gaz;

3° Pour les gaz } elle est proportionnelle a la densité',

4° Pour un mélange de gaz, elle est encore égale à la puissance réfringente de ses éléments.

5° Elle est enfin , tantôt plus grande et tantôt plus petite que la somme des puissances réfringentes des composants d'un gaz, quand ses éléments sont véritablemen t combin es .

409. Dans la théorie de la réflexion de la lumière, nous avions une coïncidence entre les plans d'incidence et de réflexion et égalité entre les angles d'incidence et de réflexion; en diopirique, la coïncidence existe aussi pour les plans d'incidence et de réfraction; mais il n'en est pas toujours de même des angles de réfraction et d'incidence.

Il angle d3 incidence est plus grand que V angle de réfraction , quand la lumière passe d'un milieu plus rare dans un milieu plus dense;

PHYSIQUE. 32-ï

L'angle de réfraction est plus grand que V angle d3 incidence , quand la lumière passe d'un milieu plus dense dans un milieu plus rare.

Dans le passage de la lumière d'un milieu dans un autre, l'angle de réfraction change avec l'angle d'incidence , et ¥ expression mathématique de cette loi est, que le sinus de V angle d'incidence est toujours en rapport avec le sinus (i) de V angle de réfraction.

D'après ce que nous avons dit précédemment, il «devient évident quela lumière réfractée se rapproche ou s'éloigne du prolongement de la normale, selon que le second milieu est plus ou moins dense que le premier : ce qui ne veut pas dire cependant que la réfrangibiiité de ces milieux soit proportionnelle à leur densité.

4^o. La réfraction de la lumière nous donne l'explication de quelques phénomènes qu'on observe journellement. Ainsi, quand on place une pièce de monnaie au fond d'un vase dont les parois sont opaques, l'œil ne peut voir la pièce qu'en se plaçant dans le cône des rayons qui passent par l'ouverture du vase ; mais si l'on verse une certaine quantité d'eau dans le vase , la pièce devient visible pour l'œil placé au-dessous du niveau d'une ligne droite passant de la pièce au-dessus des bords du vase et cette pièce paraît beaucoup plus élevée qu'elle ne Test en réalité. C'est qu'alors les rayons sont réfractés en s' éloignant de la perpendiculaire, puisqu'ils passent d'un milieu plus dense dans un moins dense , qui est l'air. On explique de la même

(1) En géométrie, le sinus d'un arc ou de l'angle qu'il mesure est la perpendiculaire abaissée d'une extrémité de cet arc sur le rayon qui passe par l'autre extrémité.

3'lS PHYSIQUE.

manière pourquoi un bâton , en partie plongé dans l'eau , semble brisé à la surface de ce liquide.

Des effets analogues se manifestent dans les milieux dont les couches sont de densités différentes.

Concevons un vase rectangulaire de verre très mince, dans lequel on verse d'abord de l'acide suîfurique concentré, et ensuite de l'eau ; mais comme ces deux substances ont beaucoup d'affinité l'une pour l'autre, elles tendent à se combiner, et la combinaison s'opère en effet dans les couches de l'eau, qui sont en contact avec l'acide sulfurique. On obtient alors un milieu composé de couches parallèles , de densités différentes , et par conséquent de réfractions diverses , décroissantes avec la hauteur. Si l'on colle une bande de papier sur l'une des parois du vase , l'œil placé vis-à-vis la paroi opposée verra deux images, l'une directement, et l'autre un peu au-dessus et renversée. Pour comprendre cette expérience , il faut concevoir que la bande de papier envoie un rayon horizontal à travers l'acide sulfurique , et que ce rayon est reçu par l'œil placé sur le prolongement de cette même ligne horizontale , puis qu'un autre rayon parti du même point se dirige vers les couches supérieures , composées d'acide sulfurique et d'eau, et traverse ces couches , dont la réfraction va en croissant • ce rayon monte, jusqu'à ce que la puissance réfringente des couches supérieures le force à se courber, et à passer dans les couches qu'il a déjà traversées: si l'appareil est bien disposé, ce rayon arrivera au point occupé par l'œil , et l'observateur verra une deuxième image renversée dans le prolongement de ce rayon.

On observe un phénomène analogue dans les plaines de la Basse-Egypte: le sol , qui est en partie formé de sable , s'échauffe considérablement par la

chaleur des rayons solaires, et donne lieu au phénomène connu sous le nom de mirage , que Monge a observé.

Le matin et le soir , on ne voit dans ces plaines que des arbres et quelques villages dispersés çà et là , et qui n'offrent rien de surprenant ; mais lorsque la surface du sol s'est échauffée par l'action des rayons solaires , le terrain paraît terminé à environ 4,ooo mètres de distance, par une inondation générale • les villages qui se trouvent au-delà paraissent comme des îles au milieu d'un grand lac. Sous chaque village, on voit son image renversée, comme s'il y avait réellement autour de ces objets une nappe d'eau d'une grande étendue. A mesure qu'on s'approche , les limites de cette inondation apparente s'éloignent* enfin elle disparaît totalement , et l'illusion se reproduit pour un autre village plus éloigné. Cette illusion est souvent cruelle dans le désert, parce qu'elle présente vraiment l'image de l'eau , dans le temps même où l'on en aurait le plus grand besoin (Monge).

Ce phénomène se produit aussi en mer, par un temps très calme, en sorte que les objets qui sont à l'horizon semblent brisés; les vaisseaux, les mâts, les voiles., donnent des images renversées, et plus ou moins bien terminées. C'est delà que les marins ont appelé ce phénomène mirage.

On explique le phénomène du mirage en considérant que, pendant le jour, le soleil échauffe le) sol et que celui-ci échauffe à son tour la couche d'air qui repose à sa surface ; cette couche d'air se dilate , devient spécifiquement plus légère que celles qui reposent sur elle ; alors les rayons dirigés par les objets vers le sol sous une certaine incidence entrent dans la couche dilatée , s'y réfractent , et vont frapper l'oeil de l'observateur, qui voit l'image

33o PHYSIQUE.

renversée des objets situés à une grande distance, sur le prolongement des rayons réfractés.

4.1 1. Quand la lumière traverse des milieux réfringents terminés par des surfaces courbes,, la direction que prennent les rayons lumineux, après leur réfraction , dépend de la nature et de la forme de la surface courbe. C'est sur ce principe que repose la théorie des lentilles, corps diaphanes qui sont terminés par des surfaces courbes. , et qui servent à augmenter ou à diminuer la convergence naturelle des faisceaux de lumière.

On n'emploie jamais que des verres sphériques , parce qu'ils sont les seuls qu'on puisse exécuter avec exactitude. Ces verres se nomment verres convexes ou verres concaves. On distingue six espèces différentes de lentilles, savoir :

i° La lentille biconvexe formée de deux surfaces courbes, engendrées par des rayons égaux ou inégaux;

i° La lentille plan-convexe , c'est-à-dire, plane d'un côté et sphérique de l'autre;

3° Le ménisque convergent, composé de deux sur-' faces sphériques , l'une concave, l'autre convexe , et d'un rayon évidemment plus court que celui de la face intérieure;

4° La lentille bi-concave formée de deux surfaces sphériques , de rayons égaux ou non ;

5° La lentille plan-concave c'est-à-dire plane d'un côté et concave à sa surface intérieure ;

6° Le ménisque divergent formé de deux surfaces sphériques, l'une concave , l'autre convexe , et d'un rayon plus grand que celui de la première surface.

412. Tous les verres convexes peuvent être comparés à deux prismes opposés par leur base. Les rayons lumineux qui viennent frapper obliquement une des surfaces que présentent ces verres seront tous ramenés les uns vers les autres ; ils seront tous

réfractés dans le rapport de leur angle d'incidence , et viendront tous se réunir et s'entre-croiser sur une petite courbe appelée caustique par réfraction. On nomme foyer ce point de réunion des rayons lumineux, et distance focale la distance à laquelle ce foyer se trouve de la surface du. verre,

La construction des verres concaves peut être rapportée à celle de deux prismes opposés par leur sommet. Tous les rayons lumineux qui viendront frapper obliquement un verre de cette espèce seront aussi réfractés , mais dans des directions opposées ; ils s'éloigneront donc les uns des autres indéfiniment , ou pourront devenir parallèles, si leur angle d'incidence n'est pas trop aigu. On conçoit que les verres concaves n'ont pas de foyer véritable.

D'après la différence de leurs effets , les verres convexes ont été nommés verres convergents , et les verres concaves verres divergents .

Les verres convergents et divergents offrent cette particularité remarquable dans leur construction , qu'il existe un point, qui doit se trouver au centre quand ils sont circulaires et exactement centrés , où leurs deux surfaces sont parfaitement parallèles ; les rayons lumineux qui arrivent perpendiculairement sur ce point le traversent sans éprouver la moindre déviation. Ce point s'appelle centre optique.

Les verres convexes ont la propriété de réunir les rayons lumineux en un point qu'on a nommé foyer. Ils rendent convergents les rayons parallèles; ils augmentent la convergence des rayons déjà convergents , et ils diminuent la divergence des rayons divergents, au point de les rendre parallèles et même convergents. Ils grandissent les objets, parce qu'ils nous les font voir sous un angle plus ouvert ; et parce que , en même temps , ils font converger

vers notre pupille un bien plus grand nombre de rayons lumineux des corps que nous examinons avec une lentille. Ces corps, plus éclairés et grandis, nous paraissent rapprochés.

Plus les verres convergents sont convexes , plus l'effet qu'ils produisent est énergique, et plus aussi la distance du foyer principal est courte.

En un mot, les lentilles bi-convexes et les analogues concentreront toute la lumière , tandis que les bi-concaves la disperseront.

rDeux graves inconvénients résultent de la trop grande sphéricité du cristallin ou de son aplatissement. Les myopes sont dans le premier cas , les presbytes dans le second. Chez les uns , les rayons envoyés par un objet se réfractent et se croisent avant de tomber sur la rétine^ chez les autres , ces mêmes rayons convergent derrière elie : c'est par l'usage de verres convergents pour ces derniers et divergents pour les premiers, qu'on parvient à corriger ces défauts de la vue.

4.1 3. Jusqu'ici nous avons considéré la marche des rayons lumineux a travers des milieux réfringents , et nous avons regardé ces rayons comme étant simples ., sans avoir égard à la dispersion qu'ils éprouvent en traversant ces corps. I/expérieuce montre que les rayons de lumière blanche sont formés d'uu assemblage de molécules simples de diverses couleurs.

Quand on réfléchit dans une chambre noire l'image du soleil , et qu'on dispose près de l'ouverture de la chambre un prisme , la lumière en traversant cet instrument se réfracte en donnant une image oblongue diversement colorée, mais dont les nuances sont toujours dans le même ordre. Cette image se uomjne spectre solaire. Elle se compose

ries sept couleurs suivantes : rouge , orangé , jaune, vert, bleu , indigo , violet.

On peut s'assurer que chaque zone colorée ne saurait être décomposée en la faisant passer à travers un autre prisme. Cependant tous n'ont pas la même propriété calorifique , chimique et magnétique. Ainsi, le rayon violet est le moins chaud, tandis que le rouge l'est le plus.

En revanche , le rayon violet possède au plus haut degré la faculté de réduction sur les oxydes , comme aussi celle d'aimanter de petits fils d'acier. Enfin , les peintres ont tiré parti de la possibilité qu'il y avait, en mariant divers rayons du spectre, de produire toutes les couleurs simples, pour avoir toujours le même ton de coloris.

4 1 4- Le phénomène de lJ arc-en-ciel dépend de la décomposition de la lumière par des gouttes de pluie. Il n'a lieu que quand il pleut, et que le soleil luit en même temps; de plus, il faut, pour l'apercevoir , que l'observateur se trouve placé de manière que sa face regarde le nuage qui se résout en pluie, et que son dos soit tourné vers le soleil. On sait que ce météore est formé d'un arc; mais le plus souvent il y en a deux, parés de toutes les couleurs du spectre. Les couleurs de l'arc inférieur sont moins pâles que celles de l'arc supérieur; on remarque que, dans l'arc extérieur, c'est le violet qui est la couleur la plus élevée., et que dans l'arc intérieur, c'est le rouge. Il se forme quelquefois aussi un troisième arc, ma'is les couleurs en sont si faibles, qu'on peut à peine l'apercevoir.

Lorsque la lumière solaire traverse les globules d'eau qui forment le nuage, elle éprouve, en pénétrant dans ces globules, une véritable décomposition, et donne naissance aux couleurs très brillantes qui constituent l'arc-en-ciel. Chaque rayon , après

avoir pénétré dans un globule, se réfléchit en partiedans son intérieur, dont la surface est concave, niais sous une obliquité telle, qu'au lieu de sortir du? globule, il se réfléchit encore dans son intérieur, et se trouvant alors moins oblique à la même surface , il en sort en se réfractant de nouveau , pour aller frapper l'œil de l'observateur convenablement placé. L'autre partie de ce rayon se réfléchit encore dans l'intérieur du globule; et l'on conçoit qu'il peut se faire ainsi une infinité de réflexions successives, à chacune desquelles il sort une petite portion de lumière, dont l'intensité est d'autant pi us grande, que le nombre des réflexions a été plus petit. Mais, comme la lumière blanche se décompose, soit à son entrée dans le globule, soit à sa sortie, il en résulte que chaque portion de lumière, qui arrive à l'œil après avoir traversé un globule , lui donne la sensation des couleurs du spectre solaire.

Après que les rayons ont été réfléchis plusieurs fois dans l'intérieur du globule, ils font, en sortant, un certain angle avec leur direction primitive , c'est-à-dire que le rayon réfracté forme avec le rayon incident un angle constant pour les rayons de même nature qui pénètrent dans le globule sous la même incidence , et qui y subissent un nombre égal de réflexions, et que si l'incidence est différente, ou que le nombre de réflexions ne soit pas le même, cet angle varie. On démontre par le calcul que , pour un faisceau de rayons parallèles et de même nature , qui pénètre dans l'intérieur d'un globule et qui n'y subit qu'une seule réflexion , l'angle, à partir du rayon normal où il est nul, augmente graduellement jusqu'à un certain point , puis dé^ croît jusqu'au rayon tangent à la sphère. Mais tous les rayons parallèles qui pénètrent dans le globule subissent des déviations qui ne diffèrent que très

peu entre elles, et qui restent par conséquent sensiblement parallèles après leur sortie, tellement que si un observateur se trouve dans la direction de ces rayons , il reçoit une sensation de couleurs très vives. Ceci s'applique également aux rayons qui subissent deux ou trois , et même un plus grand nombre de réflexions.

Ce que nous venons de dire ne s'applique pas à tous les rayons colorés. La limite que nous avons indiquée n'a lieu pour le rouge, qui, comme on sait, est le moins réfrangible de tous les rayon, que lorsqu'il sort après une seule réflexion, et qu'il fait, avec le rayon incident, un angle de ^i° i' -y d'où l'on voit que cet angle varie jusqu'au rayon violet, qui est le plus réfrangible, et pour lequel il est de 4o° 17'.

D'après cela , il est facile de comprendre comment se forment les bandes colorées de l'arc-211ciel. Supposons un observateur ayant le dos tourné au soleil , et regardant un nuage composé d'une multitude de globules sphériques ; chaque rayon envoyé par le soleil traversera chacun de ces globules , et parviendra ensuite à l'œil de l'observaleur. Mais le rayon qui peut lui arriver est celui qui fait avec sa direction primitive le plus petit angle; c'est donc le rayon violet dont l'angle est de 4.0° 17'; et tous les globules d'eau qui se trouveront dans le même cercle qui a pour centre l'axe du faisceau incident, donneront à l'œil de l'observateur la sensation du violet , et formeront ainsi le violet de la première bande colorée. La même chose arrivera aux rayons rouges , dont l'angle formé par la direction du rayon réfracté avec le rayon incident, est égal à ^i° 1' -, ils donneront la sensation du rouge , et formeront la dernière bande colorée, c'est-à-dire le rouge. On observera les

cinq autres couleurs du spectre selon Tordre de leur réfrangibilité. On voit, d'après cela, que la largeur du premier arc est la différence de 4o° 17' à 4^ l 2', c'est-à-dire i° 45'.

Au-delà des rayons rouges de la bande inférieure du premier arc, l'observateur ne recevra plus que ceux de ces rayons qui ont subi deux réflexions , et dont l'intensité est très faible. Ces rayons rouges formeront la première bande du second arc. L'observateur recevra de même les rayons violets après deux réflexions, et, entre ces deux couleurs extrêmes , apercevra les autres couleurs. Dans le cas de deux réflexions , l'angle du rayon rouge est égal à 5o° 5q', et l'angle du rayon violet , égal à 54° 9'. D'où l'on voit que la distance du premier au second arc est mesurée par la différence de 4^° 2' à 5o ° 5g', soit 8° 57'. La largeur du deuxième arc est 54° 9' — 5o° 59', ou 3° 10.

On peut, d'après cela, concevoir la formation d'un troisième arc , et même d'un quatrième , suivant que les rayons auront subi trois ou quatre réflexions. La largeur de chaque bande des arcs est déterminée par le diamètre apparent du soleil.

4i5. L'achromatisme a pour but de détruire les couleurs qui entourent les images des objets vus à travers des prismes. Si l'on prend deux prismes de même substance, et qu'on les joigne ensemble , de telle sorte que l'arrête de l'un soit en bas et celie de l'autre en haut, et qu'ensuite on fasse tomber un rayon solaire sur ce système, l'image du spectre solaire se formera, comme nous savons, de l'autre côté , mais les couleurs seront plus confuses qu'elles ne le seraient si l'on n'employait qu'un seul prisme, parce que la lumière décomposée, en sortant du premier prisme, se recompose en partie en traversant le second.

Si on emploie deux prismes de substances différentes, et dont la faculté dispersive soit plus-- forte dans l'un que dans l'autre , alors il arrivera que les rayons dispersés par le premier prisme seront rassemblés par le second , et on aura ainsi un prisme achromatique.

On parvient également à acliromatiser les lentilles. Elles sont quelquefois formées d'un verre concave de flint-glass , et de deux verres convexes de crown-glass; quelquefois aussi, et c'est même le cas le plus ordinaire , elles sont composées d'un verre concave de flint-glass, et d'un verre biconvexe de crown-glass. Ces lentilles doivent être travaillées avec un grand soin • on ne leur donne pas les mêmes courbures, mais elles doivent être telles , qu'après la réfraction , tous les rayons colorés puissent se réunir en un seul point, qui est le fover du système.

4 16. Tous les corps , lorsqu'ils sont réduits en lames excessivement minces , prennent les diverses couleurs du prisme. Ce phénomène est rendu trèsvisible dans les lames minces de mica (vulgairement ■verre de Moscow'e), et dans les lames très minces de chaux sulfatée. Ces lames, suivant leur degré de minceur, présentent par réflexion telle ou telle couleur; niais elles ne sont jamais pures, c'est-à-dire simples comme celles du prisme.

417. Le soleil envoie à tous les corps la même lumière, et cependant les corps sont diversement colorés; donc ils décomposent la lumière, en absorbent une partie, et réfléchissent l'autre. Nous attribuons à chaque corps la couleur des rayons simples qu'il renvoie vers nos yeux; ainsi un corps jaune est un corps d'une nature telle qu'il réfléchit les rayons jaunes, et qu'il absorbe tous les autres rayons composants de la lumière.

Ier EX. 29

Les corps absolument noirs sont ceux qui absor* bent la presque totalité des rayons de la lumière* ils seraient conséquemment invisibles , s'ils n'étaient environnés des corps colorés. Il n'y a que les corps blancs qui n'absorbent presque aucune partie de la lumière , et réfléchissent au contraire , à la fois , tous les rayons lumineux composants.

Newton explique la coloration des corps par la propriété qu'ont les molécules colorées de lu* mière de pénétrer jusqu'à une certaine profondeur, qui est très petite , ou d'être réfléchies à des épaisseurs différentes dans les corps. Il suppose les corps formés de molécules infiniment petites, laissant entre elles des intervalles , et pense que ces corps , par leur densité ou par leur nature, réfractent la lumière plus fortement que la matière qui se trouve dans les intervalles que laissent entre elles les molécules. Ainsi la lumière, en tombant sur les corps, se divise en deux parties : l'une traverse le corps en passant entre ses molécules , et l'autre traverse les molécules mêmes , et y éprouve une décomposition qui dépend de la forme et de l'épaisseur de ces molécules ; si cette épaisseur est suffisante pour que les portions de lumière réfléchies par chaque molécule se composent des sept couleurs du spectre , le corps paraîtra blanc , soit par réflexion, soit par réfraction; mais si l'épaisseur n'est pas suffisante , il n'y aura que les rayons d'une espèce ou d'une autre de réfléchis, et le corps paraîtra coloré.

Cette hypothèse de Newton s'applique aux corps dont les couleurs sont changeantes , comme lesplumes des oiseaux , certaines étoffes de soie , la nacre de perle, etc., suivant qu'on les regarde sous des obliquités différentes. Elle s'applique également aux corps qui présentent une couleur par ré-

PHYSIQUE. 33f>

flexion , et la couleur complémentaire par réfraction.

Mais si l'on veut expliquer la théorie des couleurs données par des lames minces , il faut admettre que quelques rayons colorés sont absorbés par les corps comme par l'effet d'une affinité chimique : dès lors on conçoit que la couleur qu'on voit par réflexion n'est plus complémentaire de celle donnée par réfraction '7 c'est en effet ce qui a lieu.

La lumière blanche, quoique décomposée en couleurs primitives , peut être reproduite, soit en ramenant toutes les couleurs simples dans la première direction , soit en les faisant toutes concourir au même point.

Cela peut se faire: i° en réfléchissant le spectre par un miroir concave ; i° en recevant l'image du spectre sur une lentille ; 3° en adaptant au volet d'une chambre noire un prisme à fenêtres, c. à d., un prisme creux en glace; chaque ouverture donne une image blanche ou colorée , selon que le prisme est lui-même vide ou rempli d'eau; 4° enfin, en faisant tourner rapidement un carton sur lequel on a collé des bandes de papier selon la période du spectre, chacune d'elles imitant une des couleurs solaires.

34o METEOROLOGIE.

METEOROLOGIE!.

La Météorologie n'est plus la simple exposition des phénomènes qui se présentent accidentellement au milieu de l'atmosphère; c'est une science immense qui s'occupe de classer et d'expliquer toutesles apparitions tant atmosphériques que terrestres, en les rapportant à des causes plus générales: le calorique, l'électricité , la lumière elle magnétisme.

4i8. On donne le nom à? atmosphère à une épaisse enveloppe de gaz qui s'agite en tous sens autour de la terre , en même temps quelle la suit dans son mouvement orbitaire ; et d'abord nous allons examiner brièvement les phénomènes dont cette masse de gaz est la source.

419. Les vents sont des mouvements plus ou moins violents qui s'exercent au sein de l'atmosphère et sur -différents points , selon que la condensation de V air s est faite avec plus de rapidité et sur un plus grand espace.

Ils sont généraux , quand la direction de leur courant est constante et que leur action se continue.

Us sont dits périodiques ou moussons , quand ils soufflent pendant plusieurs mois et aux mêmes époques de Tan née. Enfin , on les connaît sous le nom à' irréguliers , quand ils n'ont ni époque, ni durée , ni direction fixes.

La vitesse des vents varie considérablement : ainsi le vent le plus doux parcourt o,4<> de lieue

METEOROLOGIE. 34 ï

par heure , et le plus violent, celui qui renverse les édifices, peut en faire 36,62. Il n'est donc pas étonnant que sous la zone torride et dans les climats à haute température , les ouragans soient aussi désastreux et aussi fréquents.

La table suivante, extraite de l'annuaire du bureau des longitudes, donnera une idée exacte de ces différentes vitesses.

Vitesse par secondes. Vitesse par heure, en mètres. en mètr. en lieues.

Vent à peine sensible.

Sensible.

Vent modeaé.

Vent assez fort.

Vent fort.

Vent très fort.

Tempête.

Grande tempête.

Ouragan.

Ouragan qui renverse les édifices et déracine les arbres.

C'est à l'aide de Y anémomètre qu'on mesure la vitesse des vents par un temps calme ou pendant les ouragans. C'est un petit moulin s'orientant de luimême par un mouvement très facile autour d'un axe vertical et d'une rame qui dirige en même temps les ailes contre le vent. Ses quatre ailes font tourner un axe horizontal à vis sans fin , qui engrène avec une roue verticale, et sur l'axe de cette roue est portée une sorte de pendule, vertical dans le calme parfait, et faisant un angle quelconque lorsque la roue tourne; enfin un poids, proportionné à l'étendue des ailes, est placé au bout de la tige de ce pendule et peut glisser selon sa longueur, dans une rainure où il est maintenu.

4'.20. Les trombes sont des tourbillons de neige, d'eau ou de sable , dont les effets aussi pro-