CHAPITRE I

Les méthodes de mesures électrométriques.

1. Le problème qui se pose en électrométrie consiste à mesurer la différence de potentiel entre deux points d’un conducteur ou entre deux conducteurs : L'étude des champs électriques dans l’air fait intervenir des prises de potentiel, conducteurs capables d'échanger des charges avec l’air environnant pour se mettre en équilibre avec lui, et c’est entre ces conducteurs qu’on fait la mesure électrométrique. L’exploration d’un champ électrostatique dans le vide ne peut comporter de même que des mesures de différences de potentiel entre le sol, par exemple, et un conducteur d’épreuve influencé.

Cette différence de potentiel ne se manifeste pas à nous directemént, mais elle peut être mesurée grâce aux phénomènes divers, plus accessibles, qu’elle est susceptible de produire.

2. Ce sont d’abord les courants dans les conducteurs métalliques, liés aux différences de potentiel par la loi d’Ohm, et facilement mesurables dans leurs manifestations thermiques ou électromagnétiques.

Ces procédés supposent entretenue la différence de potentiel qu’on étudie, et réalisent, par conséquent, la mesure des forces électromotrices plutôt que des différences de potentiel. Ils peuvent donner aussi la différence de potentiel entre deux points d’une chaîne conductrice parcourue par un courant, si la dérivation exigée par l’instrument est négligeable auprès de ce courant": c’est ce qui se produit pour les distributions industrielles, où les voltmètres thermiques ou électromagnétiques sont d’un usage

RECHERCHES SURŸL'ÉLECTROMÉTRIE. 3

continuel. Les voltages très élevés exigeraient, pour remplir la condition de dérivation négligeable, des bobinages résistants et compliqués : leur emploi introduit à l'usine, à la place des voltmètres à courant, les appareils électrostatiques comme ceux de Kelvin et Tait, ou de Villard et Abraham.

Sur des chaînes conductrices électrolytiques, les variations de force électromotrice produisent des changements autres : des changements de concentrations des ions aux surfaces de séparation, ce sont les phénomènes de polarisation. Ils peuvent entraîner d’autres phénomènes mécaniquement décelables comme des variations de tension superficielle, c’est le principe de l’électromètre capillaire de Lippmann. |

Quand la force électromotrice étudiée ne dépasse pas la valeur maxima réalisable par la force contre-électromotrice de polarisation, le courant qui passe est nul ou à peu près. Cependant, on ne peut songer à appliquer cette méthode à la mesure de différences de potentiel statiques : la distribution d'ions qui crée la force contre-électromotrice n’est qu’une distribution moyenne, et les mouvements de diffusion exigent que la différence de potentiel soit entretenue. |

La biréfringence de Kerr est un phénomène mesurabie, fonction seulement du champ électrostatique, et ne comportant, en principe, aucun échange de charges électriques. Il a sur les phénomènes mécaniques une grosse supériorité : son absence totale d'inertie, mise en évidence d’une façon très frappante par les expériences d'Abraham et Lemoine (1). Il est seul utilisable, de ce chef, pour des mesures de différences de potentiel très rapidement va-

riables (?).

1) Journal de Physique, 1900, p. 262.

(2) Son emploi serait, par exemple, tout indiqué pour l'étude des retards d’étincelle ; une des nombreuses causes d’incertitudes et

À J. VIÉLEY,

Il ne peut mesurer d’ailleurs que des différences de potentiel assez élevées. Le sulfure de carbone, ou les autres milieux liquides auxquels il fait appel sont, d’autre part, des isolants très insuffisants pour des mesures électrostatiques.

3. Pour les mesures électrostatiques il faut les isolants solides parfaits, ou l'air. Les seuls phénomènes de mesure utilisables sont alors les phénomènes les plus simples liés aux différences de potentiel entre conducteurs : les attractions et répulsions de Coulomb. Les appareils basés sur ce principe sont, à proprement parler, les éleciromètres, en comprenant d’ailleurs aussi sous ce nom les électroscopes, qu'a mis à part une classification assez artificielle. Ils font, seuls, l’objet de la présente étude.

Ces électromètres ne comportent aucun passage continu de courant, et leurs fuites peuvent être réduites théoriquement à rien, pratiquement à presque rien : ce sont les seuls appareils rigoureusement électrostatiques. Cela ne veut pas dire d’ailleurs qu’ils n’apportent aucune perturbation à la différence de potentiel étudiée; ils doivent remplacer le premier équilibre par un autre auquel prennent part leurs divers conducteurs, d’où un déplacement de charges. La perturbation ainsi apportée est unique, bien définie, et calculable si l’on connaît les diverses capacités ; elle est analogue à celle qu’apporte, dans une enceinte thermiquement isolée, la capacité calorifique du thermomètre.

Les forces ou les couples observés dans la mesure sont les résultantes des attractions ou répulsions qu’exercent

d’incohérence dans les résultats pourrait être levée par un contrôle des différences de potentiel réellement agissantes à l’éclateur (elles peuvent être, par suite de phénomènes d’oscillation, momentanément tout autres que celles qu’on croit réaliser par un contact métallique brutal).

entre elles les charges ainsi apportées à l'appareil. Le problème électrométrique proprement dit envisage Îles différences de potentiel liées à ces distributions : les charges n’interviennent alors que comme intermédiaires. Ces charges peuvent aussi être étudiées pour elles-mêmes, et les électromètres deviennent, dans les recherches d'ionisation et de radioactivité, des appareils extrêmement sensibles, pour la mesure des courants infimes.

4. Si le potentiel (1) du corps varie, des charges sont transportées par le fil conducteur de communication. On pourrait, au lieu de les recevoir directement dans l’électromètre, les recueillir en fonction du temps sur des enregistreurs appropriés, et les étudier ensuite à loisir avec l’électromètre. La méthode peut être intéressante, soit pour des variations rapides où l’inertie des électromètres rend les mesures impossibles, soit pour des enregistrements dans des conditions d’instabilité mécanique inadmissibles pour ces instruments. Elle peut même comporter une amplification des potentiels étudiés, si le récepteur intermédiaire est un condensateur à capacité variable : on le reliera sous sa capacité maximia, à la source à bas voltage, pour lui donner ensuite sa capacité minima quand on le met en communication avec l’électromètre : les essais dans ce sens donnent naturellement les résultats prévus avec évidence. (Une correction, souvent importante, mais en général invariable et facile à mesurer, vient de la différence de potentiel de contact entre les deux armatures : -elle libère, dans les changements de capacité, des charges perturbatrices.)

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(1) Nous emploierons souvent, par abréviation, l'expression potentiel d'un conducteur pour désigner la différence de potentiel entre ce conducteur et le conducteur dont le potentiel est pris comme zéro (en général, l'enceinte protectrice de l’électromètre)., que nous

appellerons aussi le sol,

Ces enregistrements des charges pourraient être assez intéressants pour l’étude des nuages orageux au moyen de ballons-sondes (1) : l'instabilité mécanique ne permet d'y installer que des électromètres peu sensibles (?), et les fuites inévitables du cylindre de Faraday (où l'aspirateur fait passer de la vapeur d’eau condensée), exigent un enregistrement sous des différences de potentiel aussi faibles que possible : on l’obtiendrait en recueillant les charges successives (à intervalles de temps réguliers) sur une série de condensateurs de capacité suffisante. La difficulté réside dans des isolements assez parfaits pour conserver ces charges pendant des heures et même des journées. Ce n’est pas réalisable avec des condensateurs à lame d'air, et les mesures d’ionisation spontanée en vase clos permettaient de le prévoir : la radiation pénétrante, variable d’ailleurs avec les conditions atmosphériques, ionise jusqu’à trente molécules par seconde, par centimètre cube d’air, dans les conditions normales. Ce nombre est même augmenté auprès des armatures métalliques, par le rayonnement

propre de ces parois. Si nous prenons 4,2.10-!° comme valeur de la charge élémentaire d’un ion, nous pouvons alors calculer approximativement la fuite horaire possible de ce chef (quand il y a saturation) par centimètre carré d’un condensateur de 0°",33 d'épaisseur