CHAPITRE V

Condensateurs.

Condensateurs. Lorsque deux disques métalliques séparés par un plateau de matière isolante, de gomme laque ou de verre, ou seulement par une couche d’air, possèdent l’un et l’autre une quantité égale d’électricité contraire , le plateau intermédiaire s’oppose à leur recomposition , mais non à l’action par influence qu’ils exercent l’un sur l’autre , laquelle masque leur action sur les corps environnants : on dit alors que les électricités sont dissimulées. Toutes les fois que l’action attractive des deux électricités est suffisante pour vaincre la résistance que lui oppose le corps isolant, celui-ci est percé en un ou plusieurs points par l’effet de la décharge. Si l’on établit directement la communication entre les deux disques avec un arc métallique , la recomposition des électricités s’opère immédiatement.

Supposons deux disques A et 11, en cuivre ou en étain, séparés par une lame de verre, A étant isolé et B communiquant au sol. Supposons en outre que A communique avec l’un des conducteurs d’une machine qui lui fournisse une certaine quantité d'électricité + e, dépendant de la tension de la machine. Cette quantité d’électricité réagira sur l’électricité naturelle de B, attirera une portion de la négative e’, en plus petite quantité que e, à cause de lu distance , puis repoussera dans le sol l’électricité

Fig 3» bis-

KlACTHICirÉ STATIQUE.

positive ; k son tour nette électricité négative — #' agira sur une portion -+- e" de e, de manière à la neutraliser, et en définitive il n’y aura de libre sur A que e — e". Cette quantité d’électricité libre ayant une tension moindre que e, on pourra avec la machine ajouter une autre quantité d’électricité positive sur le plateau A ; on aura alors une nouvelle décomposition d’électricité naturelle sur H, par conséquent une nouvelle dissimulation, puis il restera libre sur A un autre excès d’électricité. En continuant ainsi, on pourra accumuler sur A une quantité totale d’électricité positive E, telle que l’électricité libre E — E" sur ce plateau ait une tension égale à celle de la machine ou à H- e.

Si la disposition du condensateur offre le moyen de séparer les deux plateaux de la lame isolante , on rendra sensible l’électricité accumulée. L’appareil représenté tig. 2 1 ter permet d’atteindre ce

Fig. 24 1er

but. Les deux plateaux G et U sont mobiles à l’aide d’une manivelle H, et peuvent s’écarter de la lame de verre fixe MN. Quand on u chargé ce condensateur, comme on l’a dit plus haut , on enlève la communication du plateau non isolé avec le sol, et on écarte les plateaux ; s’ils sont pourvus de petits pendules électriques, ces derniers divergent aussitôt ; quand on rapproche les plateaux, les pendules reviennent à leur position première; mais ils peuvent indiquer d’un côté on de l’autre, ou simultanément des deux cotés, une faible quantité d’électricité libre. Cette expérience met bien en évidence la présence des électricités dissimulées.

Les quantités d’électricité dissimulées sont rarement égales selles doux faces du condensateur. Il y a en général d’un côté un excès d’électricité libre qui, avec l'électricité dissimulée, compense la distance et maintient dissimulée l’électricité de l’autre plateau;

l>HK(VOYlRKES Il K. X KIIALX . 3i

m l'on enlève cet excès d’électricité, l’autre disijue manifeste alors un léger excès d’électricité libre contraire. Ces décharges successives peuvent être rendues sensibles comme l’indique la disposition de la tig. 24 bis , en enlevant la chaîne conductrice qui met B en relation avec le sol, et en examinant la position des petits pendules ab, a'b' , formés de balles de sureau suspendues à des (ils de lin et en communication chacun avec l’un des disques. Ces deux pendules, à l’instant oii ils touchent les faces des disques, sont repoussés; mais en touchant l’un des disques, le pendule correspondant retombe, et celui de l'autre se relève comme s’il eût pris une charge nouvelle. Cet effet doit être attribué uniquement à la portion d’électricité qui est devenue libre par la perte que l’autre a éprouvée quand on a touché le plateau. On peut en touchant ainsi successivement les plateaux décharger complètement le condensateur.

La force condensante du condensateur (‘) dépend de l'épaisseur de la couche isolante et de la résistance qu'elle oppose à la réunion des électricités dissimulées ; d’après les expériences de .M . llicss, elle dépend également des dimensions des plateaux. (Juant à la quantité totale de l’électricité accumulée, elle est en rapport avec la surface des disques ou avec l’étendue du condensateur. On exprime

(*)Soit m une fraction dépendant de la distance des deux plateaux du condensaient et approchant de l'unité à mesure que cette distance diminue. La quantité d'électricité négative — K' développée sur le plateau 11 est égale à mit. La quantité d’électricité |>ositlve dissimulée est E" = rnE' = m’E- On a donc E — E" = K (l — m’), d’oii

Or, E étant la quantité totale d'électricitc accumulée sur le plateau A , E — E” sera la quantité d électricité libre , ou celle qui se répandrait sur le plateau , si l'antre plateau B n'existait pas.

Le rapport précédent a été considéré jusqu’ici comme mesurant la puissance cou deusante du condensateur. Uais, d'après les expériences de M. Riens, ce ne peut être qu'une expression approximative et non une formule exacte, car il semble que l'électricité dissimulée participe h la loi de répartition de l'électricité libre à la suifare des corps conducteurs, et dès lors le problème est plus compliqué et ne comporte pas une solution aussi simple

En admettant cette formule comme approximative dans les conditions ordinaires, c'est-à-dire à l'égard de plateaux condeusalriirs très-étendus, peu épais et trèsrapprocliés, on voit que ce rapport augmente quand m approche de l’unité; c’està-dire que plus lus plateaux sont près l'un de l'autre, plus le pouvoir condensant du condensateur est considérable. Mais on ne peut dépasser une certaine limite pour des tensions électriques assez fortes, car la couche isolante ayant uuc limite de résistance pourrait être perforée.

ELECTRICITE STATIQUE

habituellement ces résultats en disant que la quantité d’électricité qu’on peut accumuler est directement proportionnelle à la surface du condensateur et en raison inverse de l'épaisseur de la lame isolante.

Quand on veut accumuler de fortes charges électriques, on prend en général des condensateurs en verre sous forme de carreaux fulminants ; néanmoins le verre est quelquefois perforé , s’il est trop mince. On emploie aussi comme isolant intermédiaire du taffetas verni, de la gutta-perrha, etc. Au lieu de plateaux métalliques, on se sert de feuilles d’étain que l’on colle sur les deux faces du corps isolant.

Quand il s’agit d’accumuler de l’électricité à trés-failile tension, on peut diminuer alors l’épaisseur de la couche isolante et se servir d'une couche trés-mincc de vernis à la gomme laque interposée entre deux plateaux en cuivre doré , ou en verre doré , rodés l’un sur l’autre. On forme alors l’électromètre condensateur que nous avons décrit page 22 en parlant des électroscopes.

Excitateur. En établissant la communication métallique entre les deux plateaux d’un condensateur chargés d’électricités contraires, on voit une étincelle très-vive et très-brillante, mais plus courte que l’étincelle ordinaire : cet effet provient de ce que l’excès de tension en vertu de laquelle les électricités libres des plateaux se réunissent est peu considérable eu égard à la quantité d’électricité accumulée, mais que la proportion d’électricité qui passe est beaucoup plus grande. Pour opérer cette décharge, on emploie habituellement l’excitateur à manche, représenté dans la tigure 2.%. Il se Ki*. as. compose de deux tiges métalliques légèrement

f ^ courbées, terminées par des boules, et mobiles

J \ autour d'un axe H ; deux manches isolants de

I ] verre, enduits de gomme laque, permettent de

\ / le manœuvreravec les mains. L'excitateur peut

Y J être tout en enivre; mais il faut alors avoir soin que l’une des boules soit mise en communiez H cation avec le plateau communiquant au sol

avant d'approcher l'autre boule du second plateau: sans cela l’expérimentateur pourrait recevoir une partie de la décharge, et par conséquent une commotion plus ou moins forte dans les bras.

Bouteille de Leyde. Quand on veut donner une grande étendue aux surfaces des condensateurs , on a recours à d’autres appareils dont la construction repose sur le même principe , savoir : la bou-

PHÉNOMÈNES GÉNÉRAUX

teille de Leyde et les jarres électriques. La bouteille de Leyde joue un grand rôle dans l’histoire de l’électricité; elle a été découverte avant le condensateur proprement dit, et se compose d'une bouteille en verre AB, revêtue extérieurement d’une feuille d’étain jusqu’à quelques centimètres du goulot ; elle est remplie intérieurement de feuilles de clinquant chiffonnées, de grenaille de plomb, ou même de feuilles d’étain collées sur la surface intérieure du verre, enfin d’une substance conductrice quelconque. Le haut de la bouteille est recouvert ’d’une couche de vernis à la gomme laque. Une tige en laiton C, dont le bout supérieur est recourbé en crochet et terminé par une boule, passe dans le bouchon du goulot pour se rendre dans l'intérieur. Cette bouteille est donc un véritable condensateur dans lequel les parois remplacent le plateau isolant; on donne le nom d’armatures intérieures et extérieures aux deux surfaces conductrices qui le composent. Veut-on la charger , on la prend dans une main par l’armature extérieure, et l'on met en communication le crochet avec une machine électrique. Celle-ci donne continuellement à la surface intérieure de l’électricité positive, et il s’accumule à l’extérieur de l’électricité négative. Aussitôt que l’on établit la communication entre les armatures à l’aide d’un excitateur, il y a décharge électrique. Si la charge est trop forte, souvent l’étincelle passe du crochet à la garniture extérieure ; quelquefois , lorsque le verre est

trop mince, il est percé, et l’appareil ne peut plus servir.

On donne à ces appareils des dimensions plus ou moins grandes (fig. 26 bis), ; quand on veut que leur action soit puissante, on construit des jarres garnies extérieurement et intérieurement de papier d’étain , sauf sur les bords qui sont recouverts de vernis à la gomme laque.

Si l’on suspenddans l’air avec un cordon de soie une bouteille de Leyde électrisée, l’électricité successivement libre sur les deux armatures se perd peu à peu. et la bouteille se trouve complètement, déchargée au bout de plus ou moins de temps, suivant le degré d'humidité de l’atmosphère.

En plaçant cet appareil sur un plateau de résine et en le prenant ensuite par le crochet, on rend libre sur la garniture extérieure

38 KLECTMCITB STATIQUE.

une certaine quantité d’électricité négative. On se sert souvent de ce procédé pour avoir de l’électricité de ce nom.

Quand on a déchargé une bouteille de Leyde ou un condensateur quelconque à l’aide d'un excitateur, si l’on attend quelques instants et qu'on rapproche de nouveau le bouton d'un excitateur du crochet de la bouteille , on obtient une nouvelle étincelle moins forte que la précédente ; en attendant encore quelque temps , on peut recueillir successivement plusieurs décharges qui vont toujours en s’affaiblissant et qui sont dues aux résidus de l’électricité. Il faut se mettre en garde contre ces résidus dans les fortes batteries électriques, lesquels peuvent donner des commotions assez vives. On explique cet effet en admettant que le verre se laisse pénétrer peu à peu jusqu’à une certaine profondeur par les électricités dissimulées qui s’attirent mutuellement sur les armatures. Alors, au moment de la première décharge, ces portions des électricités qui ont pénétré dans le verre ne peuvent se recombiner immédiatement, et ce n’est qu’au bout de quelques instants qu’on peut obtenir une étincelle, en mettant en communication de nouveau les deux armatures.

L’expérience suivante , qui est très-curieuse , met en évidence, si ce n’est cette pénétration d une portion de l’électricité dans le verre jusqu’à une certaine profondeur , du moins l’existence des électricités dissimulées sur les deux faces du corps isolant qui sépare les armatures.

Fig Ï7

On dispose une bouteille de Leyde de façon que les armatures puissent être séparées de la lame isolante. L’armature intérieure est une bouteille en zinc ou en cuivre D; la lame isolante, un vase en verre évasé K ; et l’armature extérieure , un vase en zinc K. bin tenant celte bouteille à la main pur la panse F, on peut la charger comme à 1 ordinaire. Si alors on la plan- sur un plateau de résine

PUÉNOUÈNKS ÜE.NKHAU X.

qu’on enlève d’une part avec un crochet de verre la bouteille en /.inc I), puis d’autre part le vase en verre E, on peut toucher impunément I) et F. Pluce-t-on de nouveau les armutures comme précédemment, on peut obtenir une décharge avec la bouteille. Ces effets montrent bien que les électricités dissimulées se trouvaient sur le verre de chaque côté du vase E.

Huileries. Si l’on veut sc procurer des décharges considérables, on réunit ensemble plusieurs bouteilles de dimensions plus ou moins grandes , en faisant communiquer ensemble les urmalures intérieures avec des tiges de métal , et les garnitures extérieures avec une lame d’étain qui revêt le fond de lu caisse où sont toutes les bouteilles. Telles sont les batteries électriques.

fis- 28 La figure 28 représente une batte-

4 q rie de ce genre. Au lieu de bouteilles

1 petite dimension, on peut pren-

dre des jarres qui , ayant une sur- * 1MU vcrre P' us considérable , jMj ) i|* donnent lieu à la condensation d’une -J i\ I ( J ( WÊÊF* plus grande quantité d’électricité.

. Les uppareils se chargent comme

les bouteilles de Leyde ordinaires.

Pour juger de leur charge, on met un petit électroscope à cadran sur le conducteur de la machine électrique ou sur la batterie ellemême. Au commencement de l’expérience, le pendule est au repos, parce que toute l’électricité qui arrive est dissimulée aussitôt par l’effet de la batterie; mais peu à peu il s’élève, et l’on juge des diverses charges par l’angle d’écart qui fait connaître l’excès d’électricité libre. On a observé que, pour une épaisseur de verre constante , la force de la batterie croit proportionnellement à l’étendue de la surface : ainsi , vingt décimètres carrés condensent vingt fois plus d’électricité qu’un seul. Quand on opère a l’aide de liatteries électriques d’une grande étendue , il faut un certain temps avec la machine électrique pour en opérer la charge. La décharge d’une batterie agit avec une telle énergie sur l’économie animale , qu'il est nécessaire de prendre des précautions lorsqu’on en fait

usage.

On a proposé d’appliquer aux batteries la charge par cascade. On suspend plusieurs bouteilles ou batteries les unes au-dessus des autres, de sorte que la première communique directement au conducteur de la machine, tandis que son armature extérieure touche il l’ar-

40 ÉLECTHICITÉ STATIQUE.

mature intérieure de la seconde ; l'armature extérieure de celle-ci est mise en relation avec la garniture intérieure de la troisième, et ainsi de suite. On voit qu’en même temps que la première bouteille ou batterie se charge, les autres se chargent également; une fois ce point atteint, on supprime les communications entre les armatures et on met en relation séparément toutes les garnitures intérieures et toutes les garnitures extérieures; puis on opère la décharge comme dans les conditions ordinaires. Ce procédé est peu usité aujourd’hui.

Pour décharger les batteries électriques il est préférable d’eniplover l’excitateur à deux branches (fig. 2o) au lieu d’une chaîne de métal tenue à la main , comme on le fait à l’égard d’une simple lsouteille de Leyde, à moins de lui donner une grosseur plus considérable.

Quaud on opère la décharge d'un condensateur quelconque, si l’on suit les effets de tension qui se produisent au moment de la décharge , depuis l’armature intérieure oii elle est à son maximum , jusqu’à l’armature extérieure où elle est nulle, on reconnaît que l’électricité passant par un fil conducteur d’épaisseur égale perd peu à peu de sa tension , de sorte qu'il disparait des quantités égales d’électricité sur des longueurs égales de fil. (Knochenhauer.)