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 Ton établit directement la communication entre les deux disques avec un arc métallique, la recomposition des électricités s'opère immédiatement.

Fig. 24 bis. Supposons deux disques A et B, 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 la distance, puis repoussera dans le sol l'électricité

positive ; à son tour cette électricité négative — e' agira sur une portion -4- «" 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 + ^) 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 B, 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 + e.

Si la disposition du condensateur ofTre le moyeu de séparer les deux plateaux de la lame isolante , on it^ndra sensible l'électricité accumulée. L'appareil représenté fig. ^\ ter pernKit d'atteindre ce

Fig. 24 1er.

but. Les deux plateaux C et D ^ont mobiles à Taide d'une manivelle R, et peuvent s'écarter de la lame de verre fixe MN. Quand on a 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^m côté ou de l'autœ, ou simultanément des deux côtés, 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 sur les deux faces du condensateur. 11 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;

PHK^OMB^KS GKNEUAUX. 35

si l'on enlève cet excès d'électricité, l'autre (iis(|ue manifeste alors un léger excès d'électricité libre contraire. Ces décharges successives peuvent être rendues sensibles comme l'indique la disposition de la fig. 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' y formés de balles d(^ sureau suspendues à des fils de lin et en communication chacun avec Tun 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 Tautre 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 résistani^e ([u'ellc oppose à la réunion des électricités dissimulées ; d'après les expériences de iM . Uiess^ elle dépend également des dimensions des plateaux. Quant à la (|uantité totale de 1 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 condenaatenr et approcliaut de l*unité à mesure que cette dislance diminue. La quantité d'électricité négaUve — F/ dé?eloppée sur le plateau U est égale à mE. La quanUté d'électricité positive dlMimulée est E" = mE' s=: m'E. On a donc E — E" = E (l — m»), d'où

E 1 E — E" ~" l—m"' Or, E étant In quantité totale d'électricité accumulée sur le plateau A, E — K" sera la quantité d électricité libre , ou celle qui se répandrait sur le plateau, si l'autre plateau B n'existait pas.

Le rapport précédent a été considéré jusqu'ici comme mesurant la puissance condensante du condensateur. Mais, d'après les expériences de M. Riess, ce ne peut être qu'une e\preuion approximaUve et non une formule exacte» car il semble que l'électricité dissimulée parUcipe à la loi de reparution de l'électricité libre à la surface des corps conducteurs, et dès lors le problème est pins compliqué et ne comporte pas une solution aussi simple

En admettant cette formule comme approximative dans les condIUons ordinairos, c'ett^à-'dire à l'égard de plateaux condensateurs très-étendus , peu épais et trèsrapprochés, on voit que ce rapport augmente quand m approciie de l'unité; c'està-dire que plus les 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 iacuuclie isolante ayant une limite de résistance poarrait être perforée.

30 KLECTHICITR STATIQUE.

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

Quand on veut accumuler de fortes charges électriques, on prend en général des condensîiteurs 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-percha, etc. Au lieu de plateaux métalliques, on se sert de feuilles d'étain que Ton colle sur les deux faces du corps isolant.

Quand il s'agit d'accumuler de l'électricité à très-faible tension, on peut diminuer alors l'épaisseur de la couche isolante et se servir d'une couche très-mince de vernis à la gonune 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 établiss^mt la cx)mmunication métallique entre les d(uix 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 25. Il se Fi«. 25. compose de deux tiges métalliques légèrement

f \ courbées, terminées par des boules, et mobiles

/ \ autour d'un axe H; deux manches isolants de I I verre, enduits de gomme laque, permettent de

\ / le manœuvrer avec les mains. L'excitateur peut

être tout en cuivre; mais il faut alors avoir soin que l'une des boules soit mise en communication avec le plateau communiquant au sol avant d'approcher l'autre boule du second plateau : sans cela Texpérimentateur 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-

tfliMe (l« U'.yAe et !eg jarre» éli*clri(|uft(i. La IkiuU^îIIr de Itiytia jow un grand rAle dans l'IiiKtoiro de l'élrctriciUS ; «Ile a M décoiivart4> avant le <v)ndet)sutt>iir proprement dit, et «e «rompogo d'iiiict Ixiuleille en verre AH, rcvi^tue exl/;rieiiremeiit d'une feuille d'élatn fUj- «• tus[(u'ù quelque* «iiniliinMres dti (çoidot ; elle est rempDu iiiliiiicureuieut de reaillett de clinquant eliifTui)ruT'H , de Krenuille de plomh, ou m'^itie de feuillea d'il'tiiin adléert Hur la Hurfar» intérieure du verre, enfin hA d'uiir HuiMtam'^ eondiictrire ([iiel(»)H(|ue. 1^ liant de la iHititeillu eitt recouvert 'd'une eouclie de vemJK h la ({ornine laque. Une ti(<<^en laiton <'., dont le Iwut hu[h'!rieiir est reeourlH^ en ermiliet et titnriint'! par une houle,

^paHse dans le l)on<tlir>n du ffoulot pour m n^ndre dans

llntérieur. Cette botitinlle twt donc un véritahle eondenuileur danx Utquel les paroÎM remplacent le |>lal<mu ÎROlant; itn donne le nom d'armatures inti^rieureg et est^rieureit ans deux Murfaei>8eonduetricea qui le composent. Veut-on la churKcr , on la jircncl dans une main par l'armature extéiieure , et l'on met en eonmmim^tion le erocluH avec une machine «électrique. Ce|lc-r-i donne 4M)ntinuellement Ji la surfaee intérieure de l'i^leetrirtilé [Kwitiv^:, et il s'aceumule à l'exteneur de l'électricité négative. AiissitAt quct l'on établit la communidation entre les armatures k l'aide d'un excitatttur, il y a déiJiargo électrique. Ki la charge eitt troprort«, Houvent |'élin(;elle passe du rrocliet à la garniture extVirieure ; quelquefois , lorsque te verre est trop mince, il est pcrcV;, et l'appantil ne peut pins servir.

Plu, MbH. On rionne à ces ap|»areilg des dimensions plus

âou moins grandes (llg. SR his), ; quand on veut que leur a<ition s'ttt puissante, on (construit des jam^s Kuniies extérieurement et intérieurement de papier d'(itain , sauf sur U-» hiirds qui wjnt recouverts de verniK à lu gomint; laquif.

Hi l'on Biispendduns l'air avw. un cordon de soie une Iwtitcille de Leyde éleclrisée, l'électrieité suc- (uissivement lihrr^ sur les deux arnutures se perd ])eu à peu. et la houtinllefte trouve tuinpléiement déchargée au i^ut de plus ou moins de temps, suivant le degré d'humidité de l'atmospliJ^re, En plat;ant cet appareil sur un plateau de résine et en le prenant ' ! par le cj-ocliet, on rend libre sur la «amiture extérieur»

ELECTBICITB STATIQOI.

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 Taide d^un excitateur^ si Ton attend quelques instants et qu'on rapproche de nouveau le bouton d'un excitateur du crochet de la bouteille y 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'affaibUssant et qui sont dues aux résidus de Télectricité. Il faut se mettre en garde contre ces résidus dans les fortes batterie» 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 itistants qu'on peut obtenir une étincelle^ en mettant en communication de nouveau les deux armatures.

I/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. 27.

On dispose une bouteille de Leyde de façon que les armatures puissent être séparées de la lame isolante. Uarmatiire intérieui'e est une bouteille en zinc ou en cuivre D ; la lame isolante, un vase en verre évasé E; et l'armature extérieure, un vase en zinc F. En tenant cette bouteille à la main par la panse F, on peut la charger conune à l'ordinaire. Si alors on la place sur un plateau de résine

PIIKKOM^NKS GKNKliUX. 30

qu'on unlùvti (l'iiim part tivec un crcK:Iictt de vori'e la lioutttille en me b, puis d'autre part le vntui en verre K, on jwut toucher impunément U et F. P)u(îc-t-on de nouveau li;» armatures comme prAciidemmtmt, on peut «hienir une ilécliaïKO uvei; lu Iwuteillo. Cs» effets montrent bien cpie les électricités ilissiniuléeii nu trouvaient Biir le verre de chaque cAté du vase lu,

Batieriei. Si l'on veut se proi^nrer des dt'«:hurgas eonsidémblet, on réunit ensemble plusieurs boiiteilleti de dimeusionn plus ou moins grandes , en faisant connnunlquer ensemble les armutureit inlùrieures avec des liges de métal, et les gaiiiilures extérieures avec une lame d'étain qui revêt le fond de la caisse 0(1 lont toutes les bouteilles. Telles sont les batteries électriques.

>'><:- » La figure 3K représente une bttUh

rii! de ce genre. Au lieu de t>outeîUes (le jHitite diiuension, on pout preu-' dre des Jarres qui , ayant une surfaire de verre ])lus iioiisidi-ralile , donnent lieu iilii eondensalion d'une k plus grande quanlitti d'électricité.

f Ces aftpareils se cliargeut cunmie les bouteilles de Leyde ordinaires.

Pour juger de leur charge, on met un p(!tit électroscope & cadran Kur le conducteur Ai: lu machine électrique ou sur la twittcrie ellemême. Au commencement do l'expérience, le pendule est au repos, parce que toute l'électricité qui ai'rive est dissimuler! aussitôt par l'e^et de la batterie; mais peu à {Km il s'élève, et l'on juge des diverses cliarges par l'angle d'écart qui fait connaître l'excès d'éiectricilé libre. On a observé que, pour une épaisseur do verre constante , la force de la luitlcrie croit proportionnellement A l'étendue de la surfw»: : ainsi , vingt décimètres carrés <;ondensent viRgt Tois plus d'électricité qu'un tteul. Quand on o[i/^rc À l'aide de batteries électriques d'une grande étendue, il faut un certain temp« avec la machine électrique pour eu ()i)ih'ei' la r^barge. La décliargfl 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 (»scade. Oq suspend plusieurs iHiuteilles ou hatteries les unes au-dessus des autres, de sorte que la première corrjmuniqueilirttetenient au conducteur de U machine, tandis que ton armature extérieure touche It l'ar-

40 ÉLECTBICITÉ 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'employer l'excitateur à deux branches (fig. 25) au lieu d'une chaîne de métal tenue à la main^ comme on le fait à l'égard d'une simple bouteille de Leyde, à moins de lui donner une grosseur plus considérable.

Quand on opère la décharge d'un condensateur quelconque, si Fon suit les effets de tension qui se produisent au moment de la décharge , depuis l'armature intérieure où 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.)