DYNAMOMÈTRE DE TRANSMISSION

peut-il servir à déterminer des puissances très différentes, s'il est muni de poulies de différents diamètres.

L'appareil peut également servir comme frein d'absorption : il suffît d'employer le travail transmis à produire un frottement dont on fait varier à volonté la grandeur (■ ).

(') Ces premiers essais ont été fails à l'École de Physique et de Chimie industrielles.

QUARTZ PIÉZOÉLECTRIQUE

Extrait de la Thèse de J. CURIE.

Annales de Chimie et de Physique, t. XVII, 1889, p. 3g2.

Description du quartz piézo-électriquè.

Les méthodes que j'ai suivies pour l'étude de la conductibilité dans les diélectriques et pour celle des pouvoirs inducteurs spécifiques sont basées sur l'emploi d'un appareil que nous avons fait construire, mon frère et moi, il J a plusieurs années et qui a figuré aux séances annuelles de la Société de Physique, ainsi qu'à l'exposition d'électricité tenue à l'Observatoire en 1 885 ('). Je pense qu'il est nécessaire de décrire ici cet instrument et d'en exposer les propriétés avec un certain détail : d'abord parce que toutes les mesures contenues dans ce travail ont été obtenues par son intermédiaire et qu'en conséquence les méthodes employées ne peuvent être comprises qu'une fois ses propriétés bien connues ; ensuite parce que son fonctionnement est tellement régulier (jamais il n'a nécessité aucune réparation ni provoqué la répétition d'aucune expérience manquée par sa faute), qu'une fois connu il sera certainement apprécié et employé avec avantage par les physiciens dans la plupart des recherches auxquelles il peut être appliqué.

La pièce fondamentale est un quartz taillé de la façon qui va être décrite ci-dessous et fonctionnant en vertu de ses propriétés piézo-élec triques.

(') Cet appareil a été construit par M. Bourbouze.

QUARTZ PIÉZO-ÉLECTIUQUE. 555

On sait que certains cristaux, ou plutôt en général tous les cristaux dépourvus de centre de symétrie, jouissent de la propriété de dégager en certains points situés aux extrémités d'une même direction des quantités d'électricité égales et de signes contraires, lorsqu'on les soumet à des compressions ou à des tractions suivant certaines directions ('). Le quartz est l'un de ces corps. L'abondance avec laquelle on le trouve dans la nature, bien plus encore la pureté et la grosseur de ses cristaux imposent son choix comme préférable de beaucoup à celui de toute autre substance piézoélectrique. Concevons un parallélépipède de quartz, taillé de manière à avoir deux faces normales à l'axe de symétrie ternaire (qui coïncide avec l'axe optique); deux faces normales aux axes de symétrie binaire (lesquels joignent les milieux de deux arêtes

Fig. ..

2"!eDirection

Axe binaire électrique

verticales du prisme e2); deux faces parallèles aux faces du prisme, et par conséquent parallèles à la fois à l'axe ternaire et à un des axes de symétrie binaire (fig. i).

Si l'on opère une traction (ou une compression) suivant l'axe binaire, il se dégage aux deux extrémités de cet axe des quantités d'électricité égales et de signes contraires, proportionnelles au poids agissant et indépendantes des dimensions du parallélépipède de quartz. Nous appellerons cette direction Y axe électrique du quartz. On a donc pour une traction dans cette direction

q = Kp,

(!) J. et P. Curie, Comptes rendus, 1880-1881 ; Journal de Physique, 1882.

K étant une constante caractéristique et p le poids exerçant la traction.

Si l'on opère la traction suivant la direction de l'axe optique, l'on n'observe aucun effet électrique en aucun point du cristal.

Si l'on opère la traction suivant la troisième direction, c'està-dire perpendiculairement à l'axe optique et à l'axe électrique, on observe encore un dégagement d'électricité polaire aux deux extrémités de l'axe électrique. La quantité d'électricité dégagée est encore proportionnelle au poids agissant, mais elle n'est plus indépendante des dimensions de la plaque. Elle est proportionnelle à la longueur suivant la troisième direction, justement celle suivant laquelle on tire, inversement proportionnelle à l'épaisseur suivant l'axe électrique et indépendante de la dimension suivant l'axe optique; cette quantité est donc représentée par la formule

Klp " e

Le coefficient K contenu dans la formule est le même que celui de la formule précédente.

Il en résulte qu'en donnant au parallélépipède une longueur suffisante suivant la troisième direction, une épaisseur très faible suivant l'axe électrique, on obtient des plaques de quartz dégageant des quantités d'électricité par traction suivant la troisième direction bien plus considérables que celles qu'elles auraient pu dégager par une traction égale faite suivant l'axe électrique.

Au point de vue pratique, on peut avoir facilement des cristaux de quartz bien purs fournissant des plaques dont la longueur est égale à une dizaine de centimètres. En leur donnant une épaisseur égale à omra, 5 suivant l'axe électrique et une largeur égale à 2cm suivant l'axe optique, on peut observer des tractions montant jusqu'à 5k&, tout en pouvant constater avec l'électromètre l'action de poids de os, 5.

On possède donc un instrument capable de dégager des quantités d'électricité proportionnelles aux poids et variables depuis i jusqu'à ioooo.

En se reportant à la mesure absolue de la constante piézoélectrique du quartz, que nous avons publiée, mon frère et moi,

QUARTZ PIÉZOÉLECTRIQUE. 557

il y a quelques années, on voit que K = 0,062 (p étant exprimé en kilogrammes et q en unités absolues électrostatiques G. G. S ( ' ). On se procure donc facilement des lames dégageant une unité absolue C.G.S. électrostatique pour iks de traction.

Pour recueillir l'électricité, on rend conductrices les deux faces de quartz normales à l'axe électrique, en les argentant ou simplement en collant dessus deux feuilles d'étain. L'une des faces est

Fu

Quartz piézo-électrique.

reliée constamment à la terre; l'autre est mise en communication avec l'électromètre.

La longueur / contenue dans la formule est la distance des deux points a et a' .

L'une des extrémités de la grande longueur du quartz est fixée

(!) La constante piézo-électrique en unités absolues C.G.S. (lorsque p est exprimé en dynes) est égale à 6,32 x 10-8.

par une épaisse lame d'étain, à la fois forte et souple, à une traverse métallique qui lui permet de pendre dans l'espace. La partie inférieure supporte un plateau destiné à recevoir les poids tenseurs. Le tout est enfermé dans une cage métallique dont l'inté-

Fis. 3.

rieur est bien desséché et où sont ménagées de petites ouvertures par lesquelles passent :

i° Latéralement, des tiges conductrices tenues sur des pieds intérieurs en ébonile et permettant de relier les faces du quartz à lélectromètre ;

QUARTZ PIÉZO-ÉLECTKIQUE. 55g

■2° A la partie inférieure, une tige à crochet où pend le plateau des poids tenseurs.

La figure 3 permet, du reste, de se rendre compte de la disposition générale de l'instrument (1).

Cet instrument peut être employé pour divers usages : en particulier, pour la mesure des capacités, des pouvoirs inducteurs spécifiques, des conductibilités faibles et des forces électromotrices. On s'en sert, en général, en disposant les expériences de manière à maintenir l'image de l'électromètre au zéro. L'électromètre ne fonctionne plus alors que comme électroscope. Je décrirai plus loin l'emploi de cet appareil pour la mesure des pouvoirs inducteurs et pour celle de la conductibilité des diélectriques (-).

(1) On voit à I.i partie inférieure de la figure 3 un dispositif employé par J. Curie, qui lui permettait de faire couler lentement du mercure dans un cristallisoir placé sur le plateau de l'instrument, de faire ainsi varier d'une façon continue la charge du quartz, et par suile de compenser à chaque instant l'apport d'électricité dû à la conductibilité des corps qu'il étudiait. (Note des éditeurs.)

(2) Le quartz piézo-électrique de J. et P. Curie a été construit, dès 1890, par la Société centrale de Produits chimiques.

La figure 4 indique comment a été réalisé le premier appareil. La lame de quartz {fig. 5 ) est placée dans une enceinte métallique desséchée. Un commutateur et un levier servent à soulever le plateau et les poids lorsqu'on veut déterminer la constante de l'instrument.

A cet effet, on cherche le poids nécessaire pour dégager la quantité d'électricité condensée dans un condensateur absolu de capacité connue, chargé à une différence de potentiel connue. La figure 6 donne le schéma de l'expérience.

La face utilisée du quartz électrique gel communique avec l'électromètre e, avec la première armature du condensateur M, enfin, avec un commutateur c'.

i° On charge la deuxième armature du condensateur avec l'étalon P, de force électromotrice connue, par le jeu du commutateur c, la première face du condensateur étant à la terre en c' (on opère généralement dans de bonnes conditions, en employant pour P de 10 à i5 volts à l'aide d'éléments Gouy, Latimer-Clark ou Daniell );

2" On isole le condensateur et le quartz en c';

3° On décharge en c le condensateur en même temps qu'on supprime brusquement la traction exercée jusque-là sur le quartz.

Pour faire l'opération précédemment décrite, on unit alors la pile P à la borne marquée de cette lettre sur le commutateur de l'appareil. On met la face du quartz en relation avec la borne marquée g et on l'unit en même temps à la première face du condensateur et à l'électromètre; on unit enfin la seconde face du condensateur à la borne marquée c. Le jeu du commutateur se comprend facilement : l'une

OEUVRES DE P. CUIWE.

des lames flottantes est constamment en relation avec la deuxième face du condensateur ; l'autre lame flottante est constamment en relation avec la terre par l'axe de rotation; enfin, le levier qui soulève le plateau et les poids est mis en action au moment voulu quand on fait tourner cet axe avec la manette. En faisant quelques essais successifs, on détermine le poids nécessaire pour que l'image de

Fig. 4-

l'électromètre reste immobile. Le poids qu'on cherche est celui placé dans le plateau auquel on ajoute le poids du plateau et du crochet.

Les auteurs signalent, dans la Notice d'où nous avons extrait les lignes précédentes, les applications suivantes de leur quartz piézo-électrique :

i° Vérification des lois du dégagement piézo-électrique de l'électricité; 20 Mesure des pouvoirs inducteurs spécifiques des diélectriques; 3° Mesure de la conductibilité des corps très mauvais conducteurs ; 4° Mesure des phénomènes piézo-électriques et pyro-électriques des corps présentant ces propriétés:

5° Mesure de toute charge électrique sur un corps isolé ;

QUARTZ PIÉZOÉLECTRIQUE. 56 l

6P Comparaison des forces éleclromotrices ; élude des variations d'un élément

Fis. 5.

étalon, la constante du quartz n'étant modifiée ni par le temps, ni par la température. (J. et P. Curie, Journal de Physique, 1882. — J. Curie, Annales de

Fis. 6.

ffl

Physique et de Chimie, 1889, et Lumière électrique, 1888. — Mallard, Traité de Cristallographie. — Soret, Traité de Cristallographie. )

SENSIRILITÉ DE L'APPAREIL.

Nous donnerons, par un exemple, l'ordre de grandeur des déviations qu'on peut obtenir.

Une lame de quartz a, au moins, 6cm de longueur utile et o°m,o6 d'épaisseur. Une de ses faces est reliée à la terre et l'autre à une des paires de quadrants d'un

électromètre genre Thomson. Cet électromètre est dans des conditions ordinaires

Fig. 7.

de sensibilité (i50m de déviation pour 1 volt). — La deuxième paire de quadrants

QUARTZ PIÉZOÉLECTRIQUE. 5Ô3

est reliée à la terre et l'aiguille est chargée au potentiel de ioo volts. On doit obtenir de i5c,n à 3ocm de déviation pour une variation de poids de 5o» dans le plateau ; c'est dire que l'instrument doit donner une déviation sensible pour une variation de poids de quelques décigrammes.

Sans pile de charge, l'aiguille étant à la terre, on a i5cm à 3ocm pour une variation de poids dans le plateau de 5oos.

La sensibilité varie lorsqu'on change le potentiel de la pile de charge de l'électromètre et passe par un maximum pour une certaine valeur de ce potentiel. Dans l'exemple que nous venons de citer, la sensibilité était presque la même pour des potentiels compris entre 5o et i5o volts, le maximum avait lieu pour 80 volts. Mais, en reliant le quartz à une capacité de iooCI°, on avait avantage à porter à 200 volts le potentiel de l'aiguille de l'éleclromètre.

La sensibilité diminue lorsqu'on réunit le quartz à une capacité extérieure. Le potentiel donnant la sensibilité maximum devient aussi plus élevé.

Le modèle employé plus spécialement dans les études de radioactivité est représenté figure 7. Dans ce modèle, on rencontre les dispositions nouvelles suivantes :

On a collé sur les faces de la lame recouvertes de papier d'élain (sauf aux endroits où se trouvent les sillons s, s) des petits cadres métalliques qui sont reliés par des fils souples/,/ aux deux bornes B, B, isolées par des colonnes d'ambroïde. La mise à la terre s'effectue à l'intérieur de l'appareil par l'intermédiaire d'une came et d'une tige à bout de platine, qui vient reposer sur un petit plan de platine et y est maintenue par un ressort. Le mouvement de la came est commandé de l'extérieur par l'expérimentateur à l'aide de la tige horizontale dont l'extrémité porte un bouton moleté 0. (Note des éditeurs.)

MANOMETRE PIEZOELECTRIQUE.

Voir ce Volume, p. 38.

ÉLECTROMETRE À BALANCE.

Voir ce Volume, p. 226.

Voir ce volume, p. 224.