CHAPITRE PREMIER

De» appareils «mployét dan^r^tude de Télectricité aUnospliériqiic.

Fig. 107.

La terre et Tatmosphère sont de vastes réservoirs d'électricité oii la nature va puiser constamment les causes pro-^ ductrices des orages et d'autres phénomènes atmosphériques que nous allons décrire.

Avant d^aborder toutes les questions relatives à Félectricité atmosphérique, il faut faire connaître les différents appareils à Taide desquels on parvient à étudier ces effets.

On se sert d'électroscopes, d'électromètres et de multiplicateurs analogues à ceux que nous avons décrits, livres P' et 1I«, mais disposés d'une manière particulière. Parmi les électromètres dont l'usage est le plus fréquent, à raison de leur facilité de transport dans les voyages , se trouve celui de de Saussure, composé de deux fils Uns de métal terminés chacun par une petite balle de sureau aa^ et adaptés à une tige métallique fixée à la partie supérieure d'une cloche de verre carrée BB, de 5 à 6 centimètres de côté. Les deux petits pendules se trouvent ainsi placés dans l'intérieur de la doche. La tige est elle-même surmontée d^m conducteur A terminé en pointe, ^[composé de trois parties pouvant s'ajuster les unes dans les autres, et chacune d'une longueur de 2 décimètres environ. Ce conducteur est destiné à recueillir de l'électricité au^essus de la tête de l'observateur.

3H*î KLKCTBICITB ATMOSI'ttKHlglti:.

Pour présenter Téleclromètre de la pluie ou de la neige , on visse à la partie supérieure de la cloche un petit chapeau en laiton laminé fort mince CC , de fonne conique et d'un décimètre de diamètre. Le conducteur A s'ajuste également à vis sur ce chapiteau. Une échelle divisée est appliquée sur Fune des faces de la cage de verre, afin d'apprécier les angles d'écart des deux pendules.

De Saussure a gradué comme il suit cet appareil : ayant pris deax électromètres désarmés, aussi égaux entre eux que possible, mais privés de leur conducteur en pointe, il électrisa lun d'eux, de manière à ce que les deux boules de sureau s'écartassent, par exemple, de 6 millimètres* Avec l'extrémité supérieure de l'autre électromètre, qui n'était point électrisé, il toucha le premier : à l'instant même, l'électricité se partagea entre les deux , et la divergence fut dans l'un comme dans l'autre de 4 millimètres. Il résulte de là qu*uiie diminution de moitié dans l'intensité de Télec^ricité n'avait réduit la divergence que d'un tiers. Ayaat enlevé l'électricité à l'un des électromètres, il le mit en ccmtact avec l'autre : Técâi^ement fut de â"",8> lequel c<MTespondait à une intensité égale au quart de Tintensité primitive. Il parvint ainsi à former une table donnant les écartementd ou les déviations angulaires conespondantes à des charges électriques d'intensité déterminées, table qui change à la vérité d'un appareil à l'autre , ma» qui est d'une néoe^sité indispensable quand on veut comparer les observations.

Yolta a substitué aux fils métalliques deux petites pailles longues d'environ 5 cuntimètres et de 6 millimètres de large, suspendues à deux petits anneaux trèsHnobile» adapta à la tige de l'électromèti>8 et qui dont oontiguës dans l'état de repos. Ces petites pailles, quand elles sont sèches, sont beaucoup plus légères que les fils de métal armés de petites bdles de sureau, et ofiFrent en outre, à égalité de poids, beaucoup plus de surface : avantage précieux dans les expériences de ce genre.

Yolta a constaté que lorsque Tappareil est sensible ou médiocrement sensible, sa marche est régulière jusqu'à SO*" d'écartement, c'«st«à-dire que les angles d*écart sont proportionnels aux intensités électriques. Il a remarqué en outre que , si les pailles sont égaleoient longues, une différence sensible dans leur grosseur occasionne à peine quelque différence àèm les déviations ; que dès l'instant qu'elles <mi moins de 27 raiUiraètres de long, la marche de Tinstrument n'est plus aussi régulière»

Yolta a aussi conseillé de placer à l'extrémité de l^ pointe de la

ËLECTBJCITÊ ATMOSl>HËttlQ(JE. 387

Uga métalliqud qui surmonte Tappareil un corps enflammé destiné à établir un courant d'air appwtant l'électricité des couches d'air environnantes. Il a obtenu par ce moyen des résultats qui étaient isouvent doubles de ceuK qu'accusait l'appareil sans la préseoce d'un corps en ignition. Ce qu'il a trouvé de mieux à cet effet est une espèce d'allumette formée d'une mèche de coton soufrée et placée dans Hntériaur d^une spirale en fil de fer ajustée à la pointe du conducteur.

Les appareils de de Saussure ou de VoUa se placent dans une bcrfte de bois ou dans des étuis métalliques^ pour les transporter facileaient.

Fig- 1^ Quand il s'agit d'obsers^er des quantités d'élec-

tricité excessivement faibles, on emploie Télectroscope à feuilles d'or, avec deux armatures D, E, faisant fonctions de condensateurs, et déjà décrit page 20. On lui donne des dimensions diverses, et on termine la partie supérieure soit par une sphère plus 011 moins grosse , soit par un conducteur terminé lui-même en pointe ou en boule. On le gradue également comme le précédent. Cet appareil est d'une grande

sensibilité.

rig. los. Peltîer, en perfectionnant Télectro-

tnètre de Rousseau, modifiant la disposition représentée fig. i6, page 23, et y ajoutant divers accessoires , Ta rendu portatif et capable de donner des résultats exacts et toujours comparables. Cet appareil se compose des parties suivantes :

Une tige de cuivre AB, terminée à sa partie supérieure par une boulé creuse de même métal C de' 1 décimètre de diamètre, et à sa partie inférieure par une boule beaucoup plus petite B, est fixée, par l'intermédiaire de cette dernière, à une tige de cuivre qui descend dans une cage de verre dont elle est isolée au moyen d'un tampon de gomme laque; cette tige se bifurque en formant une espèce d'an-

38« ÊLECTUICITE ATMOSPHEBIQUE

neau DD , au centre duquel se trouve une pointe w, destinée à recevoir une aiguille très-mobile ab. L'aiguille ab est maintenue constamment dans le méridien magnétique à 1 aide d'une aiguille aimantée beaucoup plus petite cd , faisant système avec elle et attachée au-dessus de la chape. Indépendamment de cette aiguille^ une autre aiguille £F, également en cuivre mais plus forte ^ est fixée solidement à la tige qui descend dans un tube de verre rempli de gomme laque et encastré dans une tablette de bois; toute la partie métallique se trouve ainsi isolée, de sorte que la perte d'électricité doit être très-faible. L'instrument est posé sur une tablette à trois pieds ou vis , à Taide desquelles on la met horizontale. La boule B, en tournant autour du tube AB , fait monter ou descendre la partie G de la lige centrale; quand on veut se servir de Pappareil, on élève cette partie G; le système des deux aiguilles cd, ab, peut alors se naouvoir librement sur la pointe de la tige m. Quand l'instrument doit être placé au repos, on abaisse G, et le mouvement des aiguilles se trouve entravé.

Lorsqu'on veut opérer, on oriente ^instrument de telle sorte que l'aiguille fixe EF soit mise dans le méridien magnétique; l'aiguille mobile ab, qui se meut avec Paiguille aimantée, vient se placer parallèlement à la première. La boule C se trouve-t-elle au-dessous d'un corps électrisé positivement ou négativement, il y a action par influence : dans le premier cas, l'électricité négative provenant de la décomjtosilion de l'électricité naturelle est dissimulée à la partie supérieure de la boule, et l'électricité positive est refoulée dans la partie inférieure de rinstrument, et fait, dévier l'aiguille mobile «6 d'un certain nombre de degrés mesurés au moyen de deux cercles divisés, dont l'un est collé sur la tablette, et l'autre sur le disque supérieur de la cage en verre, afin d'éviter les erreurs de parallaxe.

Cet appareil accuse, dans cette hypothèse , l'action d'influence exercée par le corps électrisé chargé positivement; mais on peut charger négativement l'aiguille en touchant le bouton avec le doigt et retirant le corps électrisé. En opérant avec un corps électrisé négativement placé à distance, on charge par influence l'appareil d'électricité positive.

Les électroscopes, et en particulier celui-ci, suivant les circonstances, sont surmontés d^une tige métallique ternàinée en boule, en pointe, ou par l'adjonction d'un faisceau de fils de platine. La boule est destinée à observer les actions par influence; si la tige estter-

ELECTRICITE ATMOSPHERlQt'E. S 80

minée en pointe ou par un faisceau de fils présentant un grand nombre de pointes, l'instrument prend une charge semblable à celle de la région électrisée, attendu que Télectricité de signe contraire, qui est attirée par celle de cette région, s'échappe par les pointes.

En général, l'électromètre de Peltier est muni de la boule à Textrémité de la tige. Son emploi est basé sur un fait observé par Erman et que nous allons rapporter : Ce physicien avait placé à une certaine hauteur dans l^atmosphère un électroscope à feuilles d'or, sans avoir pu recueillir d'électricité. Il porta dans une couche d'air supérieure un fil de métal placé horizontalement à l'extrémité d'une tige isolante, et l'abaissa ensuite rapidement jusqu'à ce qu'il touchât l'électroscope; l'appareil accusa aussitôt l'électricité positive dans la région où se trouvait le conducteur. L'effet était inverse quand ce dernier se trouvait dans une couche inférieure et qu'on le relevait avec rapidité. Ce fait s'explique facilement : l'atmosjAère est chargée d^électricité positive, qui augmente d'intensité à mesure qu'on s'élève, comme on le verra plus loin ; la tf rre, au contraire, se comporte comme si elle était chargée d'électricité négative. Si donc on suppose qu'un corps en équilibre électrique avec un espace donné s'élève ou s'abaisse, c'est-à-dire s'approche d'un espace chargé d'une plus grande quantité d'électridté positive , on s'en éloigne, il devra présenter un excès de tension positive ou négative provenant d'une action par influence; en revenant rapidement .dans la première position, le corps reprend l'état naturel. C'est un effet de ce genre qui avait fait penser à quelques personnes que , lorsqu'on approche l'un de l'autre certains corps à la surface de la terre, il y a dégagement d'électricité ; comme l'un d'eux se déplace, il doit se produire des effets par influence analogues à ceux dont nous venons de parler. MM. Gay-Lussac et Biot , dans leur voyage aérostatique, avaient du reste observé un effet analogue à celui qui a été décrit par Ërman.

Peltier, en se fondant sur cette action par influence, a proposé d'opérer comme il suit : On monte sur une terrasse disposée à cet effet, en plaçant l'instrument sur une tablette supérieure élevée de i"»,50; on l'équilibre, en touchant la tige dans la partie la plus inférieure; on redescend, et on place l'instrument sur la tablette inférieure qui lui est destinée. En équilibrant l'instrument, il faut élever le bras le moins possible ; car, si on relevait assez pour toucher au globe, la main, devenant négative par influence, repousserait

390 ÉLECTBICITÉ ATMOIPHÉBIÇCir.

réiectricité négative de la boule ^ elle neutralia^Kiii la portion positive qu'elle y attirerai^ et rinsirunoent serait chargé négativement ati moment où Ton éloignerait la main. Il faut doac toucher la tige le plus bas possible^ et mémo avec un corps fin^ comme un fil mnétallique^ pour éviter l'influence de la masse de la main sur le reste de la tige« Étant équilibré pendant son élévation^ Tinstrument^ en rabaissant^ donne des signes d'électricité négative^ tandis qu'en l'élevant il en domie de positive. Eu opérant, 41 faut avoir égard à cette inveniîcHi pour ne pas être induit en erreur sur le véritable signe de l'électricité atmosphérique. On notera donc une tension positive, lorsque 1 electromètre donnera un signe négatif en des^ cendanti de même on donnera une tension négative à l'atmosphère^ si l'instrument descendu marque un signe positif.

Il ne suffit pas de connaître les angles d'écart de l'aiguille^ il faut encore déterminer les forces qui leur sont proportion^ nelles. Peltier faisait cette détermination au moyen d'une balance de torsion; M. Quételet fait usage de la méthode plus simple et suffisamment exacte de Yolta, qui a été exposée précédem« ment, et qui exige l'emploi de deux instruments parfaitement sem* blables.

L'électromètre que nous venons de décrire présente des avantages sur les électromètres atmosphériques ordinaires. Il n'est in* fluencé que par l'action inductive de l'atmosphère , ou plutôt par la différence des actions inductives de la terre «t de Fatmosphère. Si on élève l'instrument au-dessus de son point d'équilibre ou qu'on l'abaisse au-dessous j et si Faction inductive de l'atmosphère change^ tant qu'il reste dans la même position , il ne perd ni dégage d'éleotrieité : la distribution de cet agent est seule changée. En substituant à la boule qui termine la tige une pointe, un faisceau depointes^ ou une mèche allumée, comme dans l'expérience de Volta,il s'ajoute au phénomène d'induction un autre phénomène provenant de l'écoulement de l'excès de l'électricité, qui le complique quelquefois jusqu'au point de le masquer.

On peut également, au lieu d'élever ou d'abaisser Téleclroscope dans le lieu où Ton observe, le maintenir à poste fixe et élever rapidement de plusieurs mètres une tige en bois à Textrémité de laquelle est un fil conducteur isolé dont la partie inférieure communique avec Pappareii; celui-ci indique aussitôt un excès d'électricité positive. Ce mode d'opérer est plus simple, et est analogue à celui d'Erman.

EJUECTBlCITIi ATM06i*llÉRKliE.

lut

On fait usage aussi de galvanomètres pour étudier les effets de Ft^ 41' réiectricité atmosphérique. Il est néces*

saire alors que le fil soit parfaitement isolé; une de ses extrémités est en eonununiea* tion avec la tige d'un paratonnerre isolée l'autre avec un fil communiquant au sol; ^électricité qui s'écoule au travers du circuit passe donc dans l'intérieur du galvanomètre. Cet appareil ne donne que des différences; il est moins sensible que les précédents, attendu qu'il faut une très^ grandie quantité d'électricité pour faire dé*vier l'aiguille ainumtée de quelques degrés; il exige, en outre, un écoulement continu d'électricité. C'est pour ce motif qu'il ne donne que rarement des indications , et que, lorsqu'il est disposé dans un observatoire à poste fixe, ce n'est que lorsqu'il arrive un nuage orageuxx)u que l'atmosphère est fortement chargée, que l'aiguille aimantée sa dévie.

On fait encore usage, pour étudier l'électricité atmosphérique, de ballons, de flèches et de cerfs- volants. Les ballons en baudruche, remplis de gaz^, hydrogène, sont captifs et pourvus de tous les accessoires nécessaires pour soutirer l'électricité et la transmettre aux électromètres par l'intermédiaire du fil qui les retient et qui est rendu conducteur par radjonction d'une partie métallique trèsdéliée.

Les cerfs-volants sont également munis de parties niétalltques ; la corde est tissée avec de la soie ou du chanvre et un fll métallique» et le bout libre est mis en communication avec im électromètre isolé. Le fil est enroulé sur un treuil à roue de fer et isolée lequel est mû au moyen d'une manivelle en verre.

Les flèches sont lancées avec un arc, en opérant comme il suit : on étend sur le sol un morceau de taffetas gonuné, sur lequel on déroule un fil de soie recouvert de clinquant d'une centaine de mètres de longueur; l'un des bouts de ce fil est mis en communication avec la tige d'un électromètre h pailles ou à feuilles d'or, au moyen d'un noeud coulant serrant légèrement la tige ; l'autre bout est attaché au fer de lance d'une flèche; puis on lance celle-ci avec un arc fortement tendu. La flèche, ^en s'élevant , emporte avec elle le fil qui, une fois tendu, se sépai^e de l'électronnètre, mais après l'avoir électrisé (Becquerel).

S9) ÉLEGTBlCITi ÀTMOSPHéBlQUB.

Dans les observatoires où Ton détermine cbaque jour les elfets de l'électricité atmosphérique^ on emploie les éleciroscopes à paille^ à feuille d'or, de Peltier, et parfois le multiplicateur. Mais ces instruments sont disposés de telle manière qu'ils puissent être toujours en fonction ; Fon opère avec plusieurs d'entre eux et de s^sibilité différente^ qui sont placés à côté les uns des autres ^ afin que Ton puisse avoir .des indications pour des intensités électriques très-diverses.

Nous devons dire, en terminant ce chapitre, que Fon peut disposer des appareils qui tracent leurs indications par des procédés pïnv tographiques^ conmie on le fait aujourd'hui dans la plupart des observatoires à l'égard des instruments de météréologie^afin d'avoir une continuité dans la série des (d>servations.