CHAPITRE III

Électroscopes et Slectromètres.

Électroscopes» Les électroscx)pes et les électromètres servent à accuser la présence de Télectricité libre et à mesurer son intensité ou plutôt sa tension. Nous allons parler successivement des principaux appareils en usage.

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

ELBCTBIC1TE STATIQUr.

petite balle en moelle de sureau suspendue à un til 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 chappe 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 consisie en une tige cylindrique AB d'une matière conductrice, en ivoire, en ébène ou en cuivre, longue de 20 centimèlres 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 ment librement une aiguille légère a6 de i2 centimètres de longueur, et portant à son extrémité une petite balle de sureau h. Cette aiguille '^^^^Bfe P^"* parcourir avec facilité le quart de circonfé- -r^^sEs**-- j.^yjçg 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 rélectricité est plus faible, il faut avoir recours à 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 B. A la partie inférieure C de ^'o- '-i- 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 om-ertures de la tige C ; on peut les remplacer par de.îx 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

PHBIVOMÈflES GÉflÉB4VX« 21

dernière disposition donne à l'appareil une plus grande sensibilité. Dès rinstani que la tige B reçoit une faible charge électrique, cellec\ est transmise aux feuilles d'or a^ b, lesquelles s'écartent au$:sitôt 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^ E^ fixées à un plateau formant la base de Fappareil et communiquant avec le sol ; lors de Técartementr des feuilles a et b, l'électricité par influence développée dans D et E contribue à augmenter Tangle que forment les deux . feuilles entre elles. Souvent aussi on dispose en avant de Télectroscope ^ et parallèlement au plan acb, une portion de cercle divisé^ afin d'estimer l'angle d'écartement des deux feuilles d'or. Coulomb a imaginé un appareil dont la sensibilité est très-grande Fi^. 14. et qui reproduit sous une forme plus simple

Ja balance de torsion. Cet appareil se compose d'un fil de cocon dédoublé dont l'un des liouts 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 éehancrure 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.

Bobnenberger, en disposant autrement Télcctroscope 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 conune des colonnes ou des tiges toujours chargées d'une faible quantité d'électricité.

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

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

Deux piles sèches sont placées dans une position verticale, les pôles contraires c'est-à-dire les extrémités chaînées d'électricité contraire en regard. Ces deux piles peuvent s'approcher ou s'éloigner de a fi l'aide de deux écrous fixés sur le plateau. Aussitôt que la tige, et par conséquent la feuille d'oi' a, a t-et;u 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 b portant un anneau peut recevoir différents corps, capsules , etc. Knfin, le tout est placé dans iinc cage vitrée CT, desséchée à la chaux, afin d'opérer toujours dans un air sec.

Cet électroscope , quoique d'une grande sensibihté , serait insuffisant pour permettre d'apprécier une charge électrique excessivemenl petite et qui émanerait d'une source fonctionnant continuellement; dans ce cas, il est nécessaire préalablement de l'accumuler en quantité suifisante , à l'aide de deux plateaux condensateurs adaptés à l'appareil, et qui porte, & raison de cela, le nom d'électroscope irl'aBention de n'employer quedes plateaux

condensateur. Il faut a'

pnénoHKNea cvMr.nwx. 23

condensateurs en verre recouverts de feiiillen d'or, ou en cuivre forlemenl doré; sans celle précAUlion, les mietions etjiniii]ue<i(jiii ont lieu entre )es doigU Inmiides cl les inéliinx idléraliles jieiiveiit induire en erreur.

Il existe encore un électroscoiHi lr^s-sf■nsiI^ltr, ntilisM; dans les ot>servatïon9 d'élcrtricJt<! atmoMpliériqne, comme on le verra [iliis loin , et (|u'il est utile de eunnnllre. Cet apjKireil, dont le {irinripe est dfi H JM. Housscau, a été jurfeelionné [lar l'eltier; it se roin- ^'k- '•■ pose essentiellement d'une lifte de eiiivn*

reeoiirtiée IM;, niaiiilenne (ixe sur un sup- [Hirt en Um l'I''; celle tifçe est isolée ii l'aide de rt'isiin;. I/i |KU-tie It est leiiriinée par une fX'tife rou[M; en tieier qui (!St placée au eentre du support eireiilaire, letpnl est ree^iuverl d'une e1o<:lie .ylindii.jne.

^ l'n petit fil de enivre ohal reeonrhé est mis nu comtneiieerni-nt de l'expé- I rieuee parallélemenl à Ail. Il est fixé à une {Milite aiffuille vertjeal>-d(>nl la pointa' repost! snr la loupe d'acier. I^n eontre-poids <t Tait de ec fil une ai){ni]le pouvant se mouvoir avec iHiatieonp de lil>eMé dans un plan horizontal. On attailic dans la partie (^oiirlic aba un rriiffuicnt tnn d'tûguille h coudre prf'talatilftment aimanté ; cette petitt; aiguille ra^l^nc toujours le fil de cuivre uAcc/ dans une p<isition constante. Pour opérer avi^. ca-X appareil , on tfuirne le pied PC juMju'ft ce que la tige IIC soit dans le méridien magnétique et i^nvenaMement dirif^ée. 1.^ petite aiguille nioliile va se placier jwralUtlement it cette tige; il sufni alors de pnisfuittT un c/irps i'!lectri.sé à la luiuk; C]if>ut qu'elle soil repoussi'te par la tige, tpii se charge de in^me électricité que r^^lle rpi'elle |)0SM'-de. l/angle d'ée^rtcnu'nt est plus ou moin:! grand, suivant l'intensitt; éleclri(|ue.

On Irac* sur le support horizontal \'l'' un cercle divisti, ainsi que sur la |>artic suptirieure du '^lindrr; de verre, aHn d'estimer, sans erreur de parallaxe, la déviation de la petili; aiguille. Pour augmenter la sftnstlnlité de l'appareil on se sert quelqnerois d'un petit plateau vertical molilln G, {HUivant s'approchiT de raignille /f6(?. Ce jn'tit plateau comnumîqno avec li^ sol , et au moment de l'f-lcctrisation par l'influence due il sa proximité augmente la déviation pro<lMite au moyen d'une très-faible ei>arge éleclrique. On i)eut encore

adapter siir C un condensateur, afin d'apprécier des quantités trèsfaibles d'électricité. En outre de cela, un fil métallique ^Apeut transformer cet appareil en balance de torsion.

Électromètres, 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 venon«i de décrire, Télectroscope 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 consiste ù 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 en contact les deux armatures : comme ils §ont identiques, l'électricité se répartit également sur chacun d'eux; la déviation diminue, et devient par exemple 8". On (conclut de là (jue si la charge qui donnait 20" est représentée par 1 , celle qui correspond à 8° est représentée par 1/2. On peut continuer ainsi h dédoubler l'électricité, et, en s'y 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 phipart 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 fil employé, mais pourvu qu'on ne dépasse 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 provient plus d'aucun principe d'élasticité, mais bien de l'action de la pesanteur.

Lorsqu'une aiguille horizontale mn est suspendue à deux fils de soie non tordus a6, 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 ce', les lignes dç suspension se dévient de la verticale, et la distance ce' est

PHK.XOMkflES GttlRAAVX.

moindre. Oi] 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'élè\e et tend sans cesse à revenir dans sa position premii;re, ot se trouve dans une position semblable h 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 effels 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 Fig. 17. précédents. Il permet de communiquer une

<:liarf^'e déterminée à un corps conducteur. Il consiste en une bouteille de Leyde A (dont nous i^arlerons plus loin), isolée sur un plateau MM et dont la garniture intérieure communique avef. une boule B. Une antre boule C, de mt^me dimension que la précédente, et placi'c il l'extfémilé d'une tige de cuivre qui h'dtive supportée par une lige ED, corninique avec la garniture extérieure; la boule C peut être mise en contact ou placée k une distance déter- (*) Le tempi d'une ouillstiun est comme la racine en rée de la longueur de* ni* de •uftpension div i»ée par leur digtance ret|iective, et lout à Tail iadépeiidant du poid* da corps oscilluil,

Ltt osclllalioDB sont UocbroDe« pour lau« les «Dgle*. A l'aide de ces rdsullals el (le la formule n := ■ " , employée par Coulomb dant tes expérience* tnr la lofiiou deslils, on peut en déduire racilement lesloii) delaTofre de rëiicliaii coni' ■Diiniquée au Til. n rrprétente la force perpendiculaire appliquée k l'eitrémité d'un liraB de levier, pour résister i la force de réaction coiiimuniquée au fil. P ctt le poidt du corps suspendu aux llls, g l'inteutilË do la pesanteur, ( la temps d'une PKilllUoD. [Mcquerel, Traitéd'ileçti1efté,Uuney,'i^f»TUe,f»feM )

36 ÎLECTBICITÊ STATIQUE.

minée de la lioule B. On met H en contact avec une machine électrique, et Œ avec l'iippiireil auquel on veut donner une charge électrique déterminée. Quand t' électricité a chargé A, ui>e étincelle éclate entre B et C , et comme cet effet est produit chaque fois que la bouteille est chargée au même degré, ta charge que l'on communique à C est propoi'tiotinellc au nombre d'ciinrelles 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 j il faut dans tous les cas nettoyer avec soin les boules, afin d'enlever les poussières qui en se détachant facilitent la décharge.