MACHINES A FROTTEMENT

948. Machine électrique de Ramsden. — Historique. — La première machine électrique qui ait été employée est une machine à frottement, due à Otto de Guericke. Elle consistait en une sphère de soufre fixée à un axe qu'on tournait d'une main, tandis que l'autre main appuyait sur la sphère et servait de frottoir. Bientôt on substitua à la boule de soufre un cylindre de résine et, plus tard, un cylindre de verre; mais il n'y avait pas d'autre frottoir que la main. Vers 1740, Winkler employa comme frottoir un coussin de soie rembourré de crin. A la même époque, Bose recueillit sur un disque de fer-blanc suspendu à deux cordons de soie l'électricité dégagée par le frottement. Enfin, en 1766, Ramsden, de Londres, substitua au cylindre de verre un plateau circulaire de verre, frotté par quatre coussins. Dès lors la machine électrique eut la forme qu'on lui donne encore aujourd'hui.

description. — Entre deux montants de bois (fig. 881) est un

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plateau circulaire P, de verre, fixé par son centre à un axe qu'on fait tourner à l'aide d'une manivelle. Ce plateau, suivant son diamètre vertical, est frotté entre quatre frottoirs ou coussins F, de cuir ou de soie. Suivant son diamètre horizontal, il passe entre deux tubes de laiton recourbés en fer à cheval, qu'on appelle

Fig. 881.

peignes ou mâchoires, parce qu'ils sont armés de dents, placées des deux côtés, en regard du plateau. Ces peignes sont fixés à des tubes plus gros C, qu'on nomme les conducteurs. Ces derniers, isolés sur quatre pieds de verre, sont reliés entre eux par un tube r d'un plus petit diamètre. Enfin, des bandes d'étain 0, collées des deux côtés des montants de bois qui portent les coussins, font

communiquer ceux-ci avec une chaîne métallique D, puis avec le sol.

Fonctionnement et théorie. — On se rend aisément compte du fonctionnement de cette machine à l'aide de l'hypothèse des deux fluides. En faisant tourner le plateau de verre, celui-ci frotte contre les coussins et les électrise négativement, tout en se chargeant lui-même d'électricité positive. Or la charge négative des coussins se perd dans le sol par les bandes d'élain 0 et la chaîne D, tandis que l'électricité du plateau, ne pouvant s'écouler, reste sur ses deux faces sans produire aucun effet pendant le premier quart de tour, c'est-à-dire depuis le coussin supérieur aF, par exemple, jusqu'à la mâchoire de droite. Là l'électricité positive du verre, agissant par influence sur le peigne et sur les conducteurs, en décompose l'électricité neutre, repousse la positive et soutire par les pointes la négative, qui vient se réunir à l'électricité positive du plateau. Le quadrant qui vient d'agir sur les conducteurs se trouve donc ramené à l'état neutre jusqu'à ce qu'il vienne passer entre les coussins inférieurs. Là il s'électrise de nouveau, et agit ensuite sur le deuxième peigne comme sur le premier ; et ainsi de suite. Le plateau ne cède donc pas d'électricité aux conducteurs; il ne fait qu'en soutirer en quelque sorte l'électricité négative, et c'est ainsi qu'ils restent chargés d'électricité positive.

La machine une fois chargée, si l'on en approche la main, on en tire des étincelles plus ou moins fortes, pendant tout le temps qu'on tourne le plateau. On comprend en effet que si, d'une part, l'étincelle qui résulte de la combinaison des électricités contraires de la main et de la machine, tend à décharger celle-ci, d'autre part le frottement continu des coussins et l'influence du plateau électrisent aussi la machine d'une manière continue.

Inversion de la charge. — La machine de Ramsden, disposée comme ci-dessus, donne de l'électricité positive; mais on peut en tirer aussi de l'électricité négative. Pour cela, on enlève la chaîne D, on isole les pieds de la table sur des supports épais de verre ou de résine, puis on fait communiquer les conducteurs C avec le sol. Tournant ensuite le plateau, l'électricité positive des conducteurs se perd dans le sol, tandis que l'électricité négative des coussins se répand dans les montants qui soutiennent le plateau. En effet, si l'on approche la main d'une boule métallique fixée au sommet des montants, ou des bandes d'étain 0, on en tire des étincelles.

Constantes de la machine : débit et potentiel. — La machine de Ramsden et toutes les machines électrostatiques sont caracté-

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risées par deux qualités, susceptibles de mesure : leur débit et leur potentiel. C'est ce qu'on appelle quelquefois les constantes de la machine.

1° Débit. — La première de ces caractéristiques est le débit : c'est la quantité d'électricité que la machine dégage ou débite, dans un temps donné (une minute, par exemple), soit qu'on mette les coussins en communication avec le sol et les cylindres avec un conducteur qu'il s'agit de charger, soit qu'on réunisse les coussins et les cylindres à l'aide d'un fil, par lequel on opère la recombinaison des fluides. Dans ce dernier cas le fil devient le siège d'un courant électrique, dont les effets sont d'autant plus intenses que le débit de la machine est plus considérable.

Le débit d'une machine à frottement est proportionnel à la vitesse de rotation et à l'étendue delà surface frottée, mais indépendante de la largeur des coussins et, jusqu'à une certaine limite, de leur pression sur le verre.

2° Différence de potentiel. — La deuxième caractéristique des machines électrostatiques, c'est la différence de potentiel qui s'établit entre les frottoirs et les cylindres conducteurs, ou bien entre ceux-ci et le sol, lorsque les frottoirs sont mis en communication avec la terre : cette caractéristique s'apprécie par la longueur de Vétincelle que peut fournir la machine en se déchargeant.

Ce caractère n'est nullement lié au précédent. Tandis qu'une machine électrostatique à faible débit peut fournir de très longues étincelles, certaines sources d'électricité, telles que les piles voltaïques, dont le débit est considérable, ne fournissent pas d'étincelles appréciables.

D'ailleurs la puissance de l'étincelle, c'est-à dire les effets calorifiques et lumineux qu'elle produit, ne dépend pas seulement de sa longueur. Des étincelles très longues, qui seraient grêles, auraient peu d'éclat et feraient peu de bruit : elles produiraient des effets médiocres. A longueur égale, les étincelles ont des effets d'autant plus intenses que la quantité d'électricité qui passe dans l'étincelle est plus considérable. Or cette quantité dépend essentiellement du débit de la machine1, et celui-ci dépend, à potentiel égal, de la capacité électrique des conducteurs.

Conducteurs secondaires. — On nomme conducteurs secondaires de gros cylindres de cuivre, de fer-blanc ou de carton recouvert d'étain, qu'on isole soit eu les posant sur des pieds de verre, soit

1. Voir une conférence de M. Pellat sur les « machines électriques anciennes et actuelles » dans la Revue scientifique du 20 mars 1886.

en les suspendant à des cordons de soie, et qu'on met ensuite en communication avec les conducteurs de la machine électrique. La surface sur laquelle s'accumule l'électricité se trouvant ainsi augmentée, la densité ne croît pas, mais la capacité électrique de la machine augmente, et la quantité d'électricité recueillie augmente, à potentiel égal, proportionnellement à la capacité. Et en effet, lorsqu'on décharge alors la machine en la faisant communiquer avec le sol, on en tire des étincelles beaucoup plus intenses et ayant un vif éclat dans l'air.

9i9. Soins à donner aux machines électriques. — Cette machine électrique et les machines analogues ne peuvent fonctionner qu'autant qu'on prend un certain nombre de précautions indispensables.

1° Il importe de bien dessécher les supports, le plateau et les coussins. Pour cela, on les chauffe doucement, et on les essuie avec un linge chaud.

2° Les coussins doivent être construits d'une manière toute particulière et conservés dans un bon état d'entretien. Ceux qui sont le plus employés sont faits en cuir mince, rembourrés de crin et enduits d'or mussif (bisulfure d'étain) finement pulvérisé. On a constaté par l'expérience que les corps en poudre et doux au toucher, comme l'or mussif, le talc, la plombagine, la farine, la fleur de soufre, le charbon de coke, développent beaucoup d'électricité par le frottement. On emploie aussi au même usage un amalgame d'étain ou de zinc qui réussit très bien.

5° Afin d'éviter la déperdition de l'électricité du plateau par l'air, on fixe quelquefois aux montants de bois deux quarts de cercle de taffetas gommé, qui enveloppent le verre sur ses deux faces, l'un à droite du coussin a, et l'autre en bas, dans la partie opposée. Ces taffetas ne sont pas représentés dans le dessin. On a constaté que c'est la soie jaune, mince et huilée, qui donne les meilleurs résultats. Il importe que les taffetas ne soient gommés que d'un seul côté, celui qui n'est pas appliqué sur le verre; il faut encore qu'il y ait contact parfait entre l'étoffe et le plateau de verre.

Limite de charge. — Même lorsqu'on se met dans les conditions que nous venons de faire connaître, la charge de la machine a une limite qui ne peut être dépassée, quels que soient la vitesse de rotation du plateau et le temps pendant lequel on ie tourne. Cette limite est plus ou moins élevée pour la même machine, par suite de la déperdition plus ou moins abondante qui se produit : 1° par l'air et la vapeur d'eau qu'il contient; 2° par les supports; 3° par la recomposition d'une portion des deux électricités des conducteurs et des coussins.

On a déjà examiné les deux premières causes de déperdition; quant à la troisième, elle est une conséquence même du jeu de la machine. En effet, le potentiel sur les conducteurs croissant avec la vitesse rotative, il vient un moment où des étincelles éclatent entre les mâchoires et les coussins. On a atteint alors une limite de charge analogue à la limite pratique du vide dans la machine pneumatique. Pour éviter ces décharges spontanées, il importe de faire communiquer les coussins avec le sol le plus intimement possible, afin que leur électricité, s'écoulant dans la terre, ne vienne pas neutraliser celle des conducteurs. C'est pour cela qu'on a soin de coller le long des montants de bois de la machine les feuilles d'étain 0 (fig. 881), qui descendent des coussins jusqu'à la chaîne D. Enfin, celle-ci doit plonger dans l'eau d'un puits, ou communiquer avec le pied d'un arbre, ou, s'il est possible, avec une des c< lonnes de fonte qui supportent les becs de gaz.

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