THÉORIR DES COURANTS ÉLECTRIQUES

Les phénomènes attribués à l'électricité sont variés à Tinfmi : les uns sont produits par un mouvement électrique arrivé à son état permanent et y restant un temps indéfini ; les autres ne se manifestent que pendant que le courant naît ou meurty que son intensité varie ou que change sa distance à l'objet qu'il influence directement ou indirectement. Les phénomènes mécaniques qui font plus spécialement l'objet de mes études sont précisément compris dans ce dernier cas. C'est donc à l'état variable qu'il m'importe le plus d'étudier les courants, et c'est aussi l'état qui est le moins connu.

Cet état variable se trouve, il est vrai, formulé par la théorie de Ohm : mais cette théorie, l'auteur le reconnaît lui-même, est fondée sur une hypothèse ; elle ne peut donc pas servir immédiatement de base à des évaluations numériques. Il faut d'abord qu'ellç ait reçu la sanction de l'expérience interrogée non sur l'état permanent des courants, mais sur leur état variable ; non pas sur l'état variable dans un groupe spécial de corps mauvais conducteurs, mais dans tous les corps qui peuvent servir à la transmission des cou-, rants. Cette sanction étant supposée acquise, il faudrait encore déterminer la valeur des paramètres que renferme la formule de Ohm.

68 REGHERGHKS SUR L ÉLECTRICITÉ.

Cette vérification expérimentale n'a jamais été fournie d'une manière complète. M. Gaugain, il est vrai, Ta entreprise sur des corps mauvais conducteurs de Télectricité. La concordance qu'il signale entre ses résultats et ceux du calcul montre que dans ce cas l'hypolbèse de Ohm est légitime ; que l'électricité, dans les corps mauvais conducteurs, se propage réellement comme la chaleur dans les corps athermanes. C'est là, sans doute, un fait important acquis à la science et un rapprochement nouveau et remarquable bien établi entre la chaleur et l'électricité ; mais la conséquence même de ce rapprochement est qu^il n'est pas permis de conclure à priori des corps mauvais aux corps bons conduc-> teurs de l'électricité.

La propagation de la chaleur dans les barres métalliques n'est pas un fait de iransmissio?i simple, direct de cet agent, analogue à ce qui a lieu dans le vide ; c'est le résultat complexe de la participation de la matière pondérable au mouvement calorifique. Les lois de h propagation de la chaleur reçoivent de cette participation un caractère particulier qui n'appartient pas en propre à la ù^ansmission de la chaleur dans l'espace ; et par le fait, personne n'a songé à conclure des lois de cette propagation de la chaleur dans les barres aux lois de la transmission dans le vide ou dans les corps diatherraanes. Ce que l'on ne fait pas pour la chaleur, on n'a pas le droit de le faire pour l'électricité, à moins que l'expérience ne vienne affirmer ce droit d'une manière directe.

Quelques mots d'explication sont ici nécessaires.

Un rayon de chaleur simple se transmet au travers de chaque corps diathermaue avec une vitesse correspondante à l'indice de réfraction de cette substance pour ce rayon de chaleur. Il en est encore de même pour les corpâ athermanes; seulement la chaleur s'éteint très rapidement dans ceux-ci, et qunnd ils sont complètement athermanes, la trans-

troisi£me: mémoire. &d

mission disparaît noyée dans le phénomène de propagation de molécule à molécule. Cette extinction de la chaleur n'est pas l'annihilation de la puissance vive du rayon calorifique, mais bien la transmission du mouvement aux particules du corps, quand ces particules peuvent vibrer à l'unisson du rayon de chaleur ou harmoniquement avec lui, auquel cas il y a production d'un effet thermométrique, chimique ou mécanique. Le mouvement ne se perd pas, il se transmet on se transforme. Tout mouvement calorifique arrivant d'un milieu sur un autre est renvoyé dans le premier ou pénètre dans le second. Arrivé dans celui-ci, il peut rester confiné dans Féther intra-particulaire, sans que les particules matérielles reçoivent son action ; dans ce cas le milieu est absolument diathermane. Le plus ordinairement les particules matérielles participeront dans une mesure plus ou moins large au mouvement calorifique ; dans ce cas, un rayon de chaleur, en pénétrant dans le milieu, y diminuera graduellement d'intensité d'une façon correspondante à la quantité totale de mouvement transmise aux particules pondérables. Plus la quantité de chaleur ainsi transmise, ou renvoyée dans le premier milieu, sera grande, moins le corps sera diathermane. Une conséquence de celte manière de voir est que, si l'on suppose qu'un rayon de chaleur homogène vienne à traverser un corps diathermane ordinaire , de l'eau par exemple, cette eau s'échauffera simultanément dans toute sa longueur avec une vitesse qui sera en chaque point en rapport avec l'intensité du rayon en ce point. Cet effet même sera indépendant de la conductibiUté propre de l'eau. L'effet total sera la somme des effets dus à l'action directe du rayon de chaleur et à la conductibilité calorifique du corps. C'est à la prédominance de l'un de ces effets partiels sui; l'aulre qu'est due la diathermanéité ou Talliermanéilé d'un corps quelconque.

00 RECHERCHES SUR t'ÉLECTRlCITÉ.

A ce point de vue déjà, la possibilité d'étendre aux conducteurs métalliques les résultats obtenus par M. Gaugain sur les conducteurs imparfaits doit paraître fort douteuse. On arrive encore aux mêmes conclusions en partant d'un point de vue tout différent.

Imaginons que nous ayons deux réservoirs A et B d'une surface indéfinie, que le niveau de Teau soit en A à un mètre au-dessus du niveau en B, et que ces deux réservoirs soient mis en communication par un canal découvert fermé à son orifice en B. L'eau se tiendra horizontale dans toute la longueur du canal et au même niveau qu'en A. A un certain moment nous débouchons brusquement le canal. L'écoulement commence au même instant, d'abord très rapide parce que la différence de charge est concentrée sur un court espace. L'abaissement de niveau se propage graduellement de B jusqu'en A avec une vitesse égale à la vitesse de propagation des ondes à la surface de l'eau, soit d'une fraction de mètre par seconde. L'établissement de la pente superficielle mettra pour s'effectuer un temps très appréciable, variant, comme l'indique la formule de Ohm, proportionnellement au carré de la longueur du canal et en raison directe des résistances dues aux frottements supposés uniformes dans toute la longueur de ce canal.

Au lieu d'un canal ouvert, imaginons que la communication des deux réservoirs ait Heu par une conduite cylindrique horizontale à section intérieure noyée. Nous n'aurons plus de surface libre. La conduite étant fermée en B, la pression de l'eau y sera, la même dans toute sa longueur. Si nous l'ouvrons brusquement, la pression de l'eau diminuera brusquement aussi d'un mètre en B; mais aucun écoulement n'aurait lieu en cet instant , si l'eau et la conduite n'étaient pas douées d'une certaine élasticité. La diminution de pression se transmettra dans toute la longueur de la conduite

TROISIÈMK MÉMOIUË. 61

avec une vitesse de 1400 mètres par seconde, vitesse du son dans l'eau. C'est a la fin seulement de cette transmission que Teau commencera à se mouvoir d'une manière sensible avec une vitesse qui croîtra suivant une loi facile à établir, connaissant la loi des frottements. La durée de l'état variable dans ce dernier cas sera essentiellement distincte de celle du cas précédent, et ses lois seront également tout autres. Or si la distribution des tensions de l'électricité à la surface des corps mauvais conducteurs est assimilable à la distribution des pentes dans un canal découvert, c'est à la distribution des pressions dans une conduite intérieurement noyée qu'il faudrait plutôt comparer l'état des conducteurs métalliques traversés par un courant électrique.

Ainsi donc, à quelque point de vue qu'on se place, et même après les expériences remarquables de M. Gaugain, l'hypothèse de Ohm attend encore sa sanction expérimentale. La question reste entière, car les lois de la pile entrevues par Ohm, ayant servi de point de départ à ses recherches analytiques, peuvent d'autant moins, par un retour en arrière, être invoquées à l'appui de cette hypothèse qu'elles découlent tout naturellement de considérations tout opposées à celles de Ohm.

Une autre objection à élever contre l'hypothèse de Ohm est la complication extrême des formules auxquelles elle conduit. Tant qu'il s'agit de corps mauvais conducteurs, la durée de l'état variable est assez considérable pour que l'on puisse à divers instants constater la situation des choses; mais quand on s'adresse à des corps bons conducteurs, c'est par millionièmes de seconde qu'il faut compter la durée de l'état variable ; il faut dès lors avoir recours à des artifices au travers desquels il est difficile de se guider par la formule de Ohm, sans tomber dans de très grandes difficultés analyti(|ues et de très longs calculs. Or, conmie les quantités à

62 KECHERCHES StJft L*ÉLECTKICITÉ.

mesurer Sont très faibles, que rcxpérience ne donne jamais que des approximations, il est impossible de préciser ce que devient la limite d'erreur à laquelle on doit s'arrêter.

Or l'électricité est aujourd'hui assez riche en faits pour que les phénomènes à étudier puissent être formulés d'une manière simple en dehors de toute hypothèse. J'ai donc laissé de côté la théorie de Ohm pour aborder la question par une voie plus expérimentale et moins encombrée de formules algébriques. Les faits n'en resteront pas moins'ce qu'ils sont, et il nous sera plus facile de voir s'ils sont oui ou non d'accord avec la théorie en discussion.

Les données de l'expérience sur lesquelles je m'appuie sont les suivantes :

Qu'il y ait transmission ou simplement propagation de l'électricité dans les circuits bons conducteurs, elle y a lieu dans un temps excessivement court, lorsque le circuit na que quelques mètres de longueur.

Les diverses expériences entreprises par les physiciens pour mesurer la vitesse de l'électricité ont conduit leurs auteurs aux résultats les plus divergents, sans qu'on puisse attribuer celte divergence à des erreurs d'observation. Les causes qui l'ont produite ressortiront, je l'espère, de la discussion qui termine ce mémoire; toutes ont eu pour effet de diminuer la vitesse observée en accroissant la durée de réUU variable du courant. Les expériences généralemeat considérées comme les plus exactes, parce qu'elles ont été faites le plus possible à l'abri des causes perturbatrices, les pratiques journalières de la télégraphie elle*même, montrent que c'est par cent millionièmes de seconde qu'il faut compter le temps que met un courant pour franchir qudques mètres d'un fil bon conducteur.

TROISIÈME MÉMOÎRK. 63

L'intensité d'un courant est proportionnelle ^ toutes choses égales d'ailleurs^ à la vitesse du mouvement électrique qui le constitue^ vitesse du mouvement qu'il ne faut pas confondre avec sa vitesse de transmission.

Au point de vue où j'envisage réléctricité dynamique, un courant est constitué par du mouvement, et l'intensité du courant est la mesure proportionnelle de la quantité de mouvement existant dans chaque unité de longueur du conducteur. La quantité de mouvement restant la même, la la vitesse du mouvement change avec la section du conducteur ; mais si l'on admet que ce conducteur soit homogène et ait partout même section, ou que le circuit soit exprimé en fonction d'un fil de nature et de rayon constants, la masse électrique ne changeant plus, la vitesse restera proportionnelle à l'intensité du courant.

Pour les physiciens qui considèrent les courants comme formés par un ou même par deux fluides qui circulent dans leurs conducteurs, l'intensité du courant est proportionnelle à la quantité d*électricité qui circule ; mais, bien qu'au fond ces deux manières d'eiivisager la question soient essentiellement différentes, comme ma définition s'applique également bien à la <nrculation d'un fluide et à un mouvement vibratoire analogue à celui qui constitue la lumière et la chaleur, et que conséquemment je ne préjuge rien sur ce point, elles conduisent en définitive à la même conclusion : dans un conducteur de section constante la quantité d'électricité mise en mouvement sera nécessairement proportionnelle à'sa vitesse ; à moins qu'on n'admette que le fluide électrique dans un circuit fermé peut avoir des densités variables, ce qui est une hypothèse inutile, contraire même aux

idées acceplées sur les fluides impondérables donl rélaslicité serait presque infinie.