CHAPITRE PREMIER

Développomciit <1o l'électricité. Pnncip<>s ronfiaincntaiix.

Etats électriques des corps. Lors^iu'on tVott<^ \m hixUm dr {j^oinmii laque ou de rire d'Espajijne avec une peau (1(î chat ou un morceau (IVîtoffe, ce bîiton a(î(juiert la facult('' (i'al tirer les corps léi^crs placés à peu de distance. Si on Ui présente à une balles de moelle de sureau suspendue à un til de cocon, C(ille-ei est éfjjalement attirée jusqu'au contact, puis re[)0ussée immédiatement.

D'autr(?s corps, quand ils sont frottés, se comport(;nt (îomme la {comme lacpie, entre autres la résine, rand)re, le soul'n^, le vtîrre bien sec, etc., etc. Les corps dans cet état sont dits éteclrisés, et on app(îlle vlevtricitc la cause ou l'agent en vertu duquel les ofTets produits ont lieu. Le mot électricité vient du mot grc^e r,XexTpov (ambre), substance dans laquelle la propriété attractive a été observée pour la première fois. Cette propriété nVst pas constamment inhérente à la matière, ni nécessaire à l'existence du

2 BLKCTBIGiTE 8TATiUU£-

corps, car ou peut la lui ôter ou la lui donner sans que son état physique soit changé. Cependant, dans certaines circonstances, lorsque Toa dirige convenablement Taction de réleclricité dans les combinaisons, il en résulte des effets de décomposition extrêmement remarquables, que ne pourraient produire les autres agents physiques, et qui seront étudiés dans le cours de cet ouvrage.

Si de prime abord les effets produits paraissent être les mêmes, on ne tarde pas à reconnaître que tous les corps frottés n'éprouvent pas des modifications identiques, comme on peut s'en convaincre de la manière suivante :

Fig. I.

<Jn approche un bâton de gomme laque électrisé A de la balle de moelle de sureau a suspendue à un fil de cocon attaché à une petite tige de cuivre recourbée, laquelle est fixée sur un pied en verre enduit de vernis à la gomme laque. La petite balle est attirée par A jusqu'au contact, puis repoussée immédiatement, et elle prend la position a\ Ce petit pendule conserve pendant plusieurs minutes, et même plus longtemps, suivant l'état hygrométrique de Tair, la propriété d'être repoussé par la gomme laque frottée, si Ton a soin de ne pas le toucher avec le doigt ou avec un corps métallique ; mais en lui présentant un tube de verre bien sec, préalablement frotté avec du drap, il est attiré par ce tube au lieu d'être repoussé.

On peut faire l'expérience inverse en commençant par approcher du pendule primitivement à l'état naturel un bâton de verre électrisé; il y a d'abord attraction, puis répulsion. En présentant ensuite à ce pendule un bâton de gomme laque frotté il y a attraction.

Ainsi, le tube de verre et le bâton de gomme laque frottés, quoique tous deux ayant la propriété d'attirei* des corps légers, sont •cependant dans deux états électri(|ues opposés, puisque le verre

PUKiNOMKMiS OBNEUAUX. 3

attire un petH pendule électriqfte que la gomme laque ou la résine repousse^ et réciproquement.

Tous les corps se comportent comme le veiTc y la gomme laque ou la résine^ pourvu qu*on les mette dans un état convenable. On est conduit ainsi à distinguer deux états électriques dans les corps^ et par suite deux espèces d'électricité : l'électricité vitrée et Péleckîcité résineuse, A ces dénominations on a substitué celles d'électricitépo«f7ft7^ et d'électricité négativr, qui sont généralement adoptées^ indépendamment de toute c;cplication théorique sur l'origine de l'électricité. Ces deux électricités sont représentées par les signes algébriques + et — ^ comme il suit :

+ électricité positive (vitrée), — électricité négative (résineuse).

Il est facile maintenant de démontrer que les électricités de même nom se repoussent, et que celles de nom contraire s'attirent : lors- (ju'on approche le bâton électrisé du pendule à Tétat naturel , et que celui-ci est attiré, il n'est repoussé unmédiatement après que parce qu'il s'électrise par contact de la même manient (|ue le corps électrisé qu'il touche ; possédant alors la même <'îlectricité , il y a répulsion. Une fois électrisé, le pendule est attiré par les corps chargés d'électricité différente, et repoussé par les corps semblablement électrisés.

^ *' On peut également prouver ce fait en sus-

l)endant à côté l'un de l'autre deux petits pendules en moelle de sureau fixés à une tige de cuivre attachée à la partie supérieure d'une (floche en verre comme l'indique la ligiu'c ; au moment oii on approche du bouton de cuivre qui surmonte la tige un corps électrisé, les deux balles ((ui étaient au contact, s'électrisant de la même manière , s^écartent aussit<U Tune de l'autre.

Dans le dégagement de l'électricité les deux états électriques différents se manifestent constamment au même degré, l'une dans le corps frotté, l'autre dans le frottoir, de sorte que, lorsque les deux électricités dégagées se réunissent, le corps ne possède plus aucun pouvoir d* attraction ou de répulsion ; on dit alors que le corps est à l'état naturel. On démontre ce fait avec deux disques, l'un en verre. Vautre en cuivre, ou bien avec deux disques de bois,

4 BLECTBÏCITR S1AT1QL£,

l'un recouvert de gomme laque ^ l-aulre entouré de laine, et munis de manches en verre enduits de gomme laque. En frottant ces deux disques Tun contre Tautre et les présentant séparément à un petit pendule éleclriquc, on reconnaît qu'ils sont tous deux électrisés, mais de signe contraire; si on les approche alors Tun de l'autre, une fois réunis ils n'îigissent plus sur ce pendule ni par attraction ni par répulsion. Ainsi, quand on frotte deux corps Tun contre Fautre, le corps frotté prend une électricité, et le corps frottant s'électrise de signe contraire ; dans le cas où cet effet n'est pas produit, cela tient à c^ que l'un dés deux corps n'est pas isolé convenablement.

Hypothèses sur l'origine de Vélectricité, Pour expliquer les différents phénomènes résultant des attractions et répulsions électriques, on a émis diverses hypothèses, dont aucune à elle seule ne représente l'ensemble de tous les phénomènes. L'hypothèse d'un seul lluide consiste à admettre que l'électricité est un fluide impondérable répandu dans tous les corps et constituant leur état naturel. Lorsqu'il est accumulé ou dilaté dans un corps, il en résulte un excès ou un manque de fluide qui donnent lieu à des états électriques différents. L'hypothèse des deux fluides suppose l'existence de deux fluides impondérables doués de propriétés contraires, et dont la réunion constitue le fluide naturel. Développer l'électricité, dans cette hypothèse, c'est opérer la séparation des deux fluides, tandis que, dans la première, c'est troubler l'équilibre du fluide électrique, lequel devient en excès d'un côté et en défaut de l'autre. Mais, dans l'une comme dans l'autre supposition , on admet qiie les corps renferment une immense quantité de fluide naturel, et que Ton ne peut atteindre la limite de la décomposition ou de l'accumulation dans Pacte de l'électrisation qu'en désunissant les molécules, c'est-à-dire en détruisant la force d'agrégation. On doit ajouter que l'on attribue les attractions et les répulsions aux actions des électricités entre elles, et non à l'action de l'électrioité sur les molécules des corps.

Indépendamment de ces hypothèses fondées sur l'existence d'un ou de deux fluides, on a émis l'opinion que les effets électriques pourraient bien résulter de mouvements vibratoires excités dans un milieu pénétrant tous les corps, répandu dans tout Punivers, et qui a reçu le nom d'éther.

Mais jusqu'ici on n'a pas lié encore l'ensemble des phénomènes électriques en partant d'une de ces hypothèses; aussi nous borne-

PHJÉN01IÈNR8 OlÉNBUAUX. 6

rons-noiis à appeler ^/^(?/r!ci7<^ la cause do tous les effets; électricité naturelle y celle qui existe dans les corps; électricités positive et tiégativey les états opposés dans lesquels se trouvent les corps, sans spécifier s'ils doivent ces états à l'action d^un ou de deux fluides ou à un mouvement vibratoire existant dans un milieu qui les pénètre. Notre but est seulement d'exposer dans cet ouvrage l'ensemble des effets résultant de l'action des électricités, leur liaison réciproque et leur intervention dans une foule de plié- TKHnènes naturels, chimiques et physiologiques. Les dénominations A^électricité statique et d'électricité dynamique se rapportent à rétat d'équilibre de cet agent h, la surface des corps, et à son état de mouvement quand il se propage dans leur masse.

Corps conducteurs et corps non conducteurs. Si l'on frotte une tige de cuivre que l'on tient à la main avec une peau de chat ou un morceau de drap, et qu'on rapproche d'un pendule de mœlle de sureau, on n'observe aucun c^ffet. Mais si cette ligcî est fixée à un manche de verre recouv(»rt de gomme laque, elle acquiert, après le frottement, la faculté d'attirer la balle de sureau. Vient-on à toucher la tige avec la main, son état électrique disparaît tout à coup, ce qui n'a pas lieu avec un(^ tige d(î verre ou un bâton de gomme laque. Le cuivre peut donc acquérir la puissance électrique, et la perdre promptement, mais dans des conditions particulières. Cet effet est dû à ce que le cuivre conduit l'électricité, tandis que le verre ne la conduit pas, ou du moins la conduit à un très-faible degré.

On arrive à la même conclusion h l'aide de l'c^xpérience suivante : on forme un petit pendule électrique analogue à celui de la fig. 1. La petite balle de mo(;lle de sureau est attachée à un fil métallique au liçu d'un fil de cocon , et onremplaœ le support en verre par un'support en métal. En approchant un bÀton de résine électrisé de ce petit pendule, il est attiré, et il reste en contact avec ce bÀton au lieu d'être repoussé; cet effet résulte de ce que le pendule n'étant plus isolé, l'électricité de la petite balle de sureau s'écoule continuellement dans le sol par le fil et la tige métallique, jusqu'à l'entière disparition de l'électricité du bftton de résine.

Les corps peuvent donc être divisés en corps conducteurs et en corps non conducteurs ou isolants. La première classe comprend les métaux, l'anthracite, la plombagine, le coke, le charbon bien recuit, les pyrites, la galène, le peroxyde de manganèse; puis viennent à un degré moindre les dissolutions salines, Teau, etc.,

6 BLSCTBTCITB STATIQUE.

et l'on peut même ajouter le corps humain^ en raison des parties liquides qu'il renferme. La seconde classe se compose des corps médiocres conducteurs ou non conducteurs (isolants)^ tels que les résines, le soufre, la gutta-percha, le verre seé, la soie, le coton, le papier, les liquides oléagineux, Tair et les gaz secs.

Le charbon est bon conducteur dans certaines conditions moléculaires; le fusain qui n'a éprouvé qu'une demi-carbonisation ne conduit pas; la houille renfermant beaucoup de bitume est dans le même cas; quant au diamant, il est isolant, quoique formé de carbone pur. L'air et les gaz secs sont isolants; humides, ils conduisent : c'est par ce motif que, dans les temps humides, les expériences d'électricité statique en général ne réussissent pas. Le verre, étant toujours recouvert d'une couche d'eau hygroscopique, devient alors conducteur ; on ne peut donc remployer comme isolant qu'en le chauffant ou le recouvrant de vernis à la gomme laque, substance peu hygroscopique.

Ces propriétés appartiennent aux corps ci-dessus désignés à la température ordinaire; on verra dans le livre II comment les effets se modifient quand leur température varie. Nous pouvons dire ici seulement qu'en général la chaleur augmente la faculté conductrice des corps mauvais conducteurs. Ainsi, le verre, à la température de 200**, conduit; l'air et les gaz chauds conduisent également, puisque la flamme jouit de la propriété de livrer passage à l'électricité. Le sol est conducteur; quand rélectriciié libre n'est pas arrêtée par un corps isolant, elle s'écoule dans la terre, que Pon appelle réservoir commun, par l'intermédiaire des corps conducteurs en communication avec elle, tels que les parois des maisons, Tair humide. Si donc on veut conserver à un corps conducteur l'électricité qu'on lui a communiquée, il faut le placer dans un air sec, sur un morceau de verre enduit de gomme laque>, ou sur de la * résine.

Il résulte également de ce qui précède que les corps mauvais conducteurs sont les seuls qui puissent s'électriser par frottement en les tenant à la main ; les autres doivent être isolés.

Action à distance. Électricité par influence. Il est évident que les actions électriques se transmettent à distance, puisque les corps légers , la moelle de sureau , le papier, sont attirés à une certaine distance quand on approche un bâton de gomme laque frotté , ou tout autre corps électrisé. Ces actions ont encore lieu au travers de l'air, du verre et d'autres corps.

Fig. 3.

On démontre cette propriété en interposant un carreau de verre sec entre un pendule et un corps électrisé; l'attraction se fait aussi bien que si le carreau n'existait pas. Mais si on substitue au verre un corps conducteur, il se produit d'autres effets que nous allons analyser.

On place un cylindre en cuivre AB, arrondi vers ses extrémités, sur un support isolant ; à chaque extrémité sont fixés des petits pendules en sureau a et hy suspendus à des fils de lin ou à des fils métalliques et attachés à des petites tiges de métal. Au milieu sont également placés deux petits pendules c, d.

Si Fon ap[H*oche du cylindre A6 un bâton de gomme laque électrisé, ou mieux le conducteur M d'une machine électrique construite comme nous l'indiquerons plus loin et chargée de Tune des deux électricités, d^électricité positive par exemple, on observe les effets suivants :

l"" Les deux pendules extrêmes a et 6 divergent; au milieu les pendules sont sensiblement au repos. Si l'on approche des différents points du cylindre AB un petit pendule électrique à l'état naturel, on trouve que Faction va en augmentant depuis le milieu du cylindre jusque vers les deux extrémités.

2" Chaque moitié du cylindre AB est électrisée différemment. La partie A, qui est la plus près de M, se charge d'électricité contraire à celle que possède ce corps; la partie B est chargée de même électricité.

On le démontre en approchant successivement de chaque pendule (t et b une tige de verre électrisée ou un bâton de résine; dans le premier cas, la tige de verre, qui est positive, attire a et repoussé b; le bâton de résjne repousse a et attire 6,

8 BUBCTBIGITÉ STATIQUE.

3* En enlevant le conducteur M , tout effet disparaît dans le cylindre isolé. Les effets se reproduisent en approchant de nouveau le corps électrisé. Il ne faut pas opérer avec une charge électrique trop forte, car l'air interposé n'isolant pas parfaitement, une portion de ^électricité de M pourrait se transmettre sur AB.

Ces effets montrent bien que le dégagement de Télectricité dans le cylindre AB a lieu par Tinfluence du corps électrisé placé à distance, puisque, quand cette influence cesse , le corps reprend son état naturel. Il est bien évident aussi que les états électriques 4- et — résultent de deux états contraires, puisque, comme on Ta vu plus haut dans une autre circonstance, la réunion des deux électricités anéantit tous les phénomènes d'attraction et de répulsion.

4° Lorsque le corps électrisé M est en présence de AB, si on touche avec la main ou avec une tige métallique le cylindre AB , Télectricité de même nom, repoussée par celle du corps M, s'écoule dans le sol; celle de nom contraire, maintenue par Faction attractive du corps électrisé, reste dans la partie A. Le pendule b qui tombe au repos, et le pendule a qui reste levé, manifestent ces différents effets.

Le phénomène a lieu quel que soit le point où Ton touche AB; cet effet résulte de ce que l'action attractive du conducteur M maintient rélectricité contraire en A, même quand AB communique avec le sol par la partie A.

5° Si, après avoir touché AB en un point quelconque, on retire le corps électrisé M, alors Télectricité contraire à celle du corps se répand sur tout le cylindre, et les pendules divergent tous en vertu de la même électricité , mais à un degré différent.

On peut donc employer ce mode de dégagement d'électricité pour produire à distance sur un corps conducteur une charge électrique de nom contraire à celle d'un corps électrisé; aussi est-il fréquemment usité.

Ces effets ont lieu dans les corps conducteurs quelle que soit la distance des corps électrisés et la nature de l'électricité ; seulement l'intensité de la charge par influence dépend de la distance, de la puissance électrique avec laquelle on opère et de la nature du corps interposé. La quantité que l'on peut dégager ainsi est immense et n^a de limite que celle de la charge que l'on donne au corps électrisé et la résistance du milieu qui sépare les deux corps.

Oq explique aisément, à l'aide de Faction par influence^ l'effet

^HBNOMÈNBS GBNBBAUX. 9

qui a lieu quand on approche un corps éiecfrisé d'un pendule en sureau isolé :

Le corps électrisé M décompose Télectricité naturelle du pendule BA ; l'électricité de nom contraire à celle de M est attirée en A^ celle de même nom repoussée en B.

L'action attractive entre Télectricité -+- de M et l'électricité — de A est plus forte que l'action répulsive qui a lieu entre l'électricité + de M et l'électricité + de B^ parce que la distance AM est moindre que BM; l'attraction l'emporte alors^ et la balle de sureau vient au contact de M; mais immédiatement après une partie de l'électricité -4- de M neutralise l'électricité — de A , l'attraction n'existe plus, la répulsion seule l'emporte^ et là balle de sureau est repoussée. Si BA est en conmiunication avec le sol , il n'y a pas de répulsion , et l'attraction subsiste, car la décomposition par influence a lieu continuellement jusqu'à neutralisation complète de toute l'électricité de M.

Voilà ce qui se passe avec des corps conducteurs; mais avec des corps non conducteurs la non-conductibilité s'oppose, non pas à la séparation des deux électricités dans les espaces moléculaires, mais à leur transmission de molécule à molécule, et on ne doit pas observer des phénomènes semblables. Cependant^ comme on le verra en traitant des condensateurs, à la fin de ce livre, l'électricité peut pénétrer dans le verre et dans les autres corps non conducteurs jusqu'à une certaine profondeur , ce qui indique que l'isolement de ces substances n'est jamais parfait.