CHAPITRE III

Elcctroscupes et Electromètres.

Electroscopes. Les électroscopes et les électromètres servent à accuser la présence de l’électricité libre et à mesurer son intensité ou plutôt sa tension. Nous allons parler successivement des principaux appareils en usage.

Si le corps est fortement électrisé , il suffit de lui présenter une

KLBCTBICITK STATIQIT.

petite balle eu moelle de sureau suspendue à un lil de cocon ; il y a alors attraction, puis répulsion. Quelquefois on emploie un autre appareil qui est formé d'un petit fil de laiton terminé par deux petites boules creuses et suspendues au moyen d’une chappc en agate ou en acier sur une tige isolée terminée en pointe ; cet électroscope est d’autant plus sensible que le frottement de la chappe sur le pivot est moindre.

Toutes les fois qu’il s’agit d'estimer approximativement la charge d'une batterie ou d’une machine, on emploie un petit appareil qui porte le nom d’électromètre de Henley ou à cadran. Comme cet appareil est plutôt un électroscope qu’un électromètre, nous le plaçons parmi les premiers

Il consiste en une tige cylindrique Ali d’une matière conductrice, en ivoire, en ébène ou en cuivre, longue de 20 centimètres environ, et terminée par une boule A ; immédiatement au-dessous, est fixé un quart de cercle d’ivoire dont le centre porte un axe autour duquel se meut librement une aiguille légère ab de 12 centimètres de longueur, et portant à son extrémité une petite balle de sureau b. Cette aiguille peut parcourir avec facilité le quart de circonférence divisée et donne les angles d’écartement. Dans les conditions ordinaires, l'aiguille est dans la direction verticale; mais, dès l’instant que l'appareil est électrisé, la balle s’écarte de la tige, et l’index s’en éloigne plus ou moins en raison de la tension électrique. Ce petit instrument se visse sur l’un des conducteurs d’une machine électrique ou d’une batterie.

Si la tension de l'électricité est plus faible , il faut avoir recours a d’autres appareils. Ceux dont on fait usage ordinairement sont formés d’une cloche tubulée en verre garnie à la partie supérieure de gomme laque et dans la tubulure de laquelle passe une tige métallique terminée par une sphère lt. A la partie inférieure C de cette tige, on dispose parallèlement près l’un de l'autre deux brins de paille suspendus à deux petits anneaux mobiles de fils de métal, passant dans deux petites ouvertures de la tige C; on peut les remplacer par deux fils de métal très-fins terminés par deux petites balles de sureau et suspendus de même, ou bien , comme cela est représenté sur la figure, par deux lames d'or battu très-minces. Cette

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Oigiti;

PHBHOMÈKBS OKNÉKAUX.

dernière disposition donne à l’appareil une plus grande sensibilité. Dès l’instant que la tige B reçoit une faible charge électrique, celleci est transmise aux feuilles d’or a, b, lesquelles s’écartent aussitôt en vertu de la répulsion qui a lieu entre deux corps chargés de même électricité. On augmente la sensibilité de l’instrument en ajoutant deux tiges métalliques D, Ë, fixées à un plateau formant la base de l’appareil et communiquant avec le sol ; lors de l’écartement des feuilles a et b, l’électricité par influence développée dans D et E contribue à augmenter l’angle que forment les deux feuilles entre elles. Souvent aussi on dispose en avant de l’électroscope , et parallèlement au plan acb, une portion de cercle divisé, afin d’estimer l’angle d’écartement des deux feuilles d’or.

Coidomb a imaginé un appareil dont la sensibilité est très-grande ns- u. et qui reproduit sous une forme plus simple la balance de torsion. Cet appareil se compose d’un fil de cocon dédoublé dont l'un des bouts est fixé dans les branches d’une pince, et dont l’autre porte un petit fil horizontal en gomme laque à l’une des extrémités duquel est un petit disque en clinquant C. La pince est fixée dans une pièce mobile D que l’on tourne quand on veut placer l’aiguille en gomme laque dans une position déterminée. La tige mobile se trouve au milieu d’un couvercle A en verre qui recouvre une cloche B également en verre, et dans lequel on a pratiqué une échancrure O pour introduire les corps soumis à l’expérience. L’intérieur de la cage est desséché avec de la chaux vive ou du chlorure de calcium placé au fond dans une capsule. On donne une charge électrique à C, et, en approchant de ce disque de clinquant un corps électrisé , on voit quelle est la nature de l’électricité qu’il possède.

Bohncnberger, en disposant autrement l’électroscope à feuilles d’or, est parvenu à lui donner une très-grande sensibilité. Cette disposition consiste à n’employer qu’une seule feuille d'or et à faire usage de piles sèches que nous décrirons dans le livre suivant et que nous ne devons considérer, pour l’instant, que comme des colonnes ou des tiges toujours chargées d’une faible quantité d’élec- Iricité.

22 ÉI.ECTKICITÉ STATIQUE.

L’appareil qui est représenta dans la figure tS est construit sur ce principe : c’est celui que l’on doit toujours préférer quand on a besoin d’un éleetroscope très-sensible. (Becquerel.) Il se compose d'une cloche en verre à l’extrémité supérieure de laquelle est une douille pouvant supporter un condensateur ( appareil dont on parlera dans le chapitre V ).

Cette douille ne doit pas reposer immédiatement sur la cloche, mais bien être fixée il une tige de cuivre passant dans un tube de verre recouvert de plusieurs rouches de vernis à la gomme laque; c’est ce tube de verre qui est fixé solidement à la cloche. A la base de la tige de cuivre se trouve une feuille d’or a, qui, dans les conditions ordinaires , reste verticale. La cloche repose sur un support métallique plan placé sur trois pieds en bois.

Deux piles sèches sont placées dans une position verticale, les pèles contraires c’est-à-dire les extrémités chargées d’électricité contraire en regard. Ces deux piles peuvent s’approcher ou s’éloigner de a à l’aide de deux écrous fixés sur le plateau. Aussitôt que la tige , et par conséquent la feuille d’or a , a reçu une très-faible quantité d’électricité, elle est attirée par le pôle de la pile sèche qui possède l’électricité contraire, et repoussée par l’autre; ces deux actions s’ajoutent, et cette feuille est alors d’autant plus attirée que la somme d’action est plus considérable.

Cet appareil est muni de divers accessoires : une tige h portant un anneau peut recevoir différents corps, capsules , etc. Knfin, le tout est placé dans une cage vitrée CT, desséchée à la chaux, afin d’opérer toujours dans un air sec.

Cet éleetroscope , quoique d’une grande sensibilité , serait insuffisant pour permettre d’apprécier une charge électrique excessivement petite et qui émanerait d’une source fonctionnant continuellement; dans ce cas, il est nécessaire préalablement de l’accumuler en quantité suffisante, à l’aide de deux plateaux condensateurs adaptés à l’appareil, et qui porte, à raison de cela, le nom d’électroscope condensateur. Il faut avoirl’attentinn do n’employer que des plateaux

Fig. 15.

PHENOMENES GENERAUX

condensateurs en verre recouverls de feuilles d’or, ou en cuivre fortement doré; sans cette précaution, les réactions chimiques qui ont lieu entre les doigts humides et les métaux altérables peuvent induire en erreur.

Il existe encore un électroscope très-sensible, utilisé dans les observations d’électricité atmosphérique, comme on le verra plus loin , et qu’il est utile de connaître. Cet appareil, dont le principe est dù à M. Rousseau , a été perfectionné par Peltier ; il se com- F| K- pose essentiellement d’une tige de cuivre recourbée BC, maintenue fixe sur un support en bois PP' ; celte tige est isolée à l’aide de résine. La partie B est termi- I ! 'IB née par une petite coupe en acier qui est placée au centre du support circulaire, lequel est recouvert d’une cloche cylindrique.

r Un petit fil de cuivre abcd recourbé est mis au commencement de l'expéi | rience parallèlement à AU. 11 est fixé à une petite aiguille verticale dont la pointe re|K>sc sur la coupe d’acier. Un contre-poids a fait de ce fil une aiguille pouvant se mouvoir avec beaucoup de liberté dans un plan horizontal. On attache dans la partie courbe abc un fragment mn d’aiguille à coudre préalablement aimanté ; cette petite aiguille ramène toujours le fil de cuivre abcd dans une position constante. Pour opérer avec cet appareil, on tourne le pied PP' jusqu’à ce que la tige BC soit dans le méridien magnétique et convenablement dirigée. La petite aiguille mobile va se placer parallèlement à cette tige; il suffit alors de présenter un corps électrisé à la boule C pour qu’elle soit repoussée par la tige, qui se charge de môme électricité que celle qu’elle possède. L’angle d’écartement est plus ou moins grand, suivant l’intensité électrique.

On trace sur le support horizontal PP' un cercle divisé , ainsi que sur la partie supérieure du cylindre de verre , afin d’estimer , sans erreur de parallaxe, la déviation de la petite aiguille. Pour augmenter la sensibilité de l’appareil on se sert quelquefois d’un petit plateau vertical mobile G, pouvant s’approcher du l’aiguille abc. Ce petit plateau communique avec le sol , et au moment de l'électrisation par l’influence due à sa proximité augmente la déviation produite au moyen d’une très-faible charge électrique. On peut encore

ELECTRICITE STtTIQUE.

adapter sur C un condensateur, afin d'apprécier des quantités trèsfaibles d’électricité. En outre de cela , un fil métallique g h peut transformer cet appareil en balance de torsion.

Électromitre .«. Ces appareils en général ne sont autres que des électroscopes gradués à l'aide de tables destinées à comparer les intensités électriques ; aussi la plupart des électroscopes que nous venons de décrire , l’électroscope à balles de sureau, celui à feuilles d’or, à aiguille horizontale, gradués au moyen de tables de comparaison , permettent-ils d’atteindre ce but. Le procédé de graduation le plus simple eousiste à avoir deux appareils identiques; on électrise l’un des deux de manière à produire par exemple une déviation de 20°; l’autre appareil étant à l’état naturel, on met eu contact les deux armatures : comme ils sont identiques, l’électricité se répartit également sur chacun d’eux; la déviation diminue, et devient par exemple 8°. On conclut de là que si la charge qui donnait 20° est représentée par I , celle qui correspond à 8° est représentée par I /2. On peut continuer ainsi à dédoubler l'électricité, et, en s’v prenant à plusieurs reprises avec des intensités électriques différentes , on forme une table dans laquelle les déviations de la partie mobile de l’appareil sont en regard des intensités électriques correspondantes. Ce procédé , qui est simple et exact, s’applique à la plupart des électroscopes décrits précédemment.

La balance de torsion, dont il a été question plus haut, est un électromètre d’une grande précision et dont on peut varier la sensibilité suivant la force de torsion du til employé, mais pourvu qu'on ne déjiasse pas la limite d’élasticité de ce fil. M. Harris, pour remédier à l’inconvénient de l’emploi dans la balance de torsion d’un fil de métal dont l’élasticité n’est jamais parfaite, a construit un appareil nommé balance bifilaire, à cause de deux fils de suspension dont on fait usage au lieu d'un seul. La forme extérieure de l’appareil est à peu près la même que celle de la balance de torsion ; mais la force de réaction de l’instrument ne prbvient plus d'aucun principe d’élasticité, mais bien de l’action de la pesanteur.

Lorsqu’une aiguille horizontale mn est suspendue a deux fils de soie non tordus ab , a’ b', placés parallèlement l’un à l’autre, à égale distance des centres c et c', et fixés aux deux points a et a', elle est dans sa position d’équilibre quand elle est horizontale dans le plan vertical passant par les deux fils. A l’aide de cette disposition, en tournant l’aiguille autour de l'axe imaginaire cc', les lignes de suspension se dévient de la verticale . et Ig distance ce esf

PHÉNOMÈNES GÉRERAI X.

Fig. 18 bis.

moindre. On a donc une force de réaction provenant du poids de l'aiguille, laquelle est transmise pour ainsi dire aux points de suspension , puisque le centre de gravité de la masse s’élève et tend sans cesse à revenir dans sa position première, et se trouve dans une position semblable à celle d’un corps qui tombe suivant un très-petit arc circulaire. D’après cela, si l’on fait osciller l’aiguille, et qu’on observe les effets produits, on peut déterminer, au moyen des formules relatives aux corps oscillants, la nature de la force qui produit les oscillations (*).

L’électromètre de Lane sert à d’autres usages que les appareils précédents. Il permet de communiquer une charge déterminée à un corps conducteur. Il consiste en une bouteille de Leyde A (dont nous parlerons plus loin), isolée sur un plateau MM et dont la garniture intérieure communique avec, une boule B. Une autre boule I'., de même dimension que la précédente, et placée à l’extrémité d’une tige de cuivre qui se trouve supportée par une tige E D , communique avec la garniture extérieure; la boule C peut être mise en contact ou placée à une distance déter-

Flg. 17.

(*) Le temps d’une oscillation est comme la racine carrée de la longueur de* fil* de suspension divisée par leur distance respective, et tout à Tait indépendant du poids du corps oscillant.

Les oscillation* sont isochrones pour tous les angles. A l'aide de ces résultats et P a’

de la formule n = — ^ employée par Coulomb dans ses expériences sur la torsion des fils, on peut en déduire facilement les lois de la force de réaction communiquée au fil. n représente la force perpendiculaire appliquée k l’extrémité d’un bras de levier, pour résister à la force de réaction communiquée an fil. P est le poids du corps suspendu aux fils, g l'inteuailé de la pesanteur, t le temps d’une oscillation . ( Becquerel , Traité d' électricité , tome V, i“ partie , page 66 )

26 BLECTKICITÉ STATIQUE.

minée de la boule B. On met B en contact avec une machine électrique, et CK avec l’appareil auquel on veut donner une charge électrique déterminée. Quand l’électricité a chargé A, une étincelle éclate entre BetC, et comme cet effet est produit chaque fois que la bouteille est chargée au même degré, la charge que l’on communique à C est proportionnel le au nombre d'étincelles qui éclatent entre B et C. On peut également s’en rapporter à une seule étincelle, en estimant la distance des deux boules au moment où elle éclate; il faut dans tous les cas nettoyer avec soin les boules, afin d’enlever les poussières qui en se détachant facilitent la décharge.