CHAPITRE PREMIER

DéYetoppement de l'électricité. Principes fondamentaux.

Etats électriques des corps. Lorsqu'on frotte un bâton de gomme laque ou de cire d'Espagne avec une peau de chat ou un morceau d'étoffe, ce bâton acquiert la faculté d'attirer les corps légers placés à peu de distance. Si on le présente à une balle de moelle de sureau suspendue à un fil de cocon, celle-ci est également attirée jusqu'au contact, puis repoussée immédiatement.

D'autres corps, quand ils sont frottés, se comportent comme la gomme laque, entre autres la résine, l'ambre, le soufre, le verre bien sec, etc., etc. Les corps dans. cet état sont dits électrisés, et on appelle électricité la cause ou l'agent en vertu duquel les effets produits ont lieu. Le mot électricité vient du mot grec yjXexTpov (ambre), substance dans laquelle la propriété attractive a été observée pour la première fois. Cette propriété n'est pas constamment inhérente à la matière, ni nécessaire à l'existence du

2 ELECTBICITB STATIQUE.

corps^ car on peut la lui ôtar ou la lui donner sans que son état physique soit changé. Cependant, dans certaines circonstances, lorsque Ton dirige convenablement Faction de réiectiicité dans les combinaisons, il en résulte 4es 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.

On 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 coilserve pendant plusieurs minutes, et même plus longtemps, suivant Pétat hygrométrique de Pair, 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 c^ tube au lieu d'être repoussé.

On peut faire Fexpérience 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 peridUle 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'attirer des corps légers, soçt cependant dans deux états électriques opposés, puisque le verre

PHENOMENES GENKHAUA. 3

attire un petit pendule électrique que la gomme laque ou la résine repousse^ et réciproquement.

Tous les corps se comportent comme le verre , 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 Pélectricité résineuse. A ces dénominations on a substitué celles d'élecivm\é positive et d'électricité négative, qui sont généralement adoptées, indépendamment de toute explication théorique sur l'origine de rélectricité. 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 : lorsqu'on approche le bâton électrisé du pendule à l'état naturel , et que celui-ci est attiré, il n'est repoussé immédiatement après que parce qu'il s'électrise par contact de la même manière que le corps électrisé qu^îl touche ; possédant alors la même électricité , 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-

pendant 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 cloche en verre comme l'indique la figure ; au moment où on approche du bouton de cuivre qui surmonte la tige un corps électrisé, les deux balles qui étaient au contact , s'électrisant de la même manière , s^écartent aussitôt l'une de

l'autre.

Dans le dégagement de Télectricité 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 élecU'icités dégagées se réunissent , le corps ne possède plus aucun pouvoir d'attraction ou de répulsion ; on dit alors que le corps est à Tétat naturel. On démontre ce fait avec deux disques, l'un en verre, l'autre en cuivre, ou bien avec deux disques de bois,

4 ÉLEGTmCITB STATIQtJË.

Tun recouvert de gomme laque, l'autre entouré de laine, et munis de manches enferre enduits de gomme laque. En frottant ces deux disques Tun contre l'autre et les présentant séparément à un petit pendule électrique, on reconnaît qu'ils sont tous deux électrisés, mais de signe contraire; si on les approche alors l'un de l'autre, une fois réunis ils n'agissent plus sur ce pendule ni par attraction ni par répulsion. Ainsi, quand on frotte deux corps l'un 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 des deux corps n'est pas isolé convenablement.

Hypothèses sur Vorigine de V électricité. 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 fluide 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 eft 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 Télectricité, 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 que les "corps renferment une immense quantité de fluide naturel , et que l'on 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'électricité 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-

PaiNOMÈNBS fiéNSlAUX. 4

rons-nous h appeler électricité la cause de tous les effets; électricité naturelle, celle qui existe dans les corps; électricités positive et négative j 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 phénomènes naturels, chimiques et physiologiques. Les dénominations d'électricité statique et d'électricité dynamique se rapportent à l'état d'équilibre de cet agent à la surface des corps, et à son état de mouvement quand il se propage dans leur masse.

Corps conducteurs et corps non condticteurs. Si Ton frotte une tige de cuivre que Ton tient à la main avec une peau de chat ou un morceau de drap, et qu'on l'approche d'un pendule de moelle de sureau, on n'observe aucun effet. Mais si cette tige est fixée à un manche de verre recouvert de gonune 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 une tige de 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 à Taide de l'expérience suivante : on forme un petit pendule électrique analogue à celui de la fig. 1. La petite balle de moelle de sureau est attachée à un fil métallique au lieu d'un fil de cocon , et on remplace le support en verre par un support en métal. En approchant un bâton de résine électrisé de ce petit pendule, il est attiré, et il reste en contact avec ce bâton au lieu d'être repoussé; cet effet résulte de ce que le pendule n'étant plus isolé, ^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 bâton 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, l'eau, etc.,

n ELBCTA1C1TB 8TATIQIIK.

et l'on peut même ajouter le corps humain^ en raison des parties liquides qu'il renferme. La second^ classe se compose des corps médiocres conducteurs ou non conducteurs (isolants)^ tels que les résines, le soufre, la gutta-percha, le verre sec, 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 l'employer conmie 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; Tair et les gaz chauds conduisent également, puisque la flamme jouit de la propriété de livrer passage à l'électricité. Le sol est conducteur; quand l'électricité libre n'est pas arrêtée par un corps isolant, elle s'écoule dans la terre, que J^on q>peUe réaervoir commun y par l'intermédiaire des corps conducteurs en communication avec elle, tels que les parois des maisons, l'air 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 pair frottement en les tenant à la main; les autres doivent être isolés.

iclion 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.

PUBNOMÈNFR OBNIÉBAllX .

Fig. 3.

Fig. 4.

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 œnducteur, il se produit d'autres effets que nous allons analyser.

j^ On place un cylindre en

'^'^^ cuivre AB^ arrondi vers

^^«W«i ses extrémités, sur un support isolant ; à chaque extrémité sont fixés des petits pendules en sureau a et by suspendus à des fils de lin ou à des fils métal-> liques et attachés à des petites tiges de métal. Au milieu sont également placés deux petits pendules c, d.

Si Pon approche du cylindre AB 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 l'une des deux électricités, d'électricité positive par exemple, on observe les effets suivants :

!•» 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 Tétfit naturel, on trouve que l'action va en augmentant depuis le milieu du cyhndre jusque vers les deux extrémités.

î« Chaque moitié du cylindre AB est électrisée différemment. L4 partie A, qui est la plus près de M, se charge d'éleotricité con^ traire h celle que possède ce corps; la partie B est chargée de même électricité.

On le démontre en approchant successivement de chaque pendule a et 6 une tige de verre électrisée oti un bâton de résine; dans le pre^pier cas, la tige de verre, qui est positive, attira a 01 repousse b; le bâton de résine reponsse a et attire b.

8 SLBGTAICITB STATIQUB*

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

Ces effets montrent bien que le dégagement de l'électricité dans le cylindre AB a lieu par l'influence 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 H- et -— résultent de deux états contraires, puisque, comme on Vsl 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 , rélectricité de même nom, repoussée par celle du corps M, s'écoule dans le sol; celle de nom contraire, maintenue par Paction 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 l'on touche AB; cet effet résulte de ce que Taction attractive du conducteur M maintient Pélectricité 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 rélectricité 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 Iréquemment usité.

Ces effets ont lieu dans les corps conducteurs quelle que soit la distance des corps électrisés et la nature de rélectricité; 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.

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

rBBHOMBNBS eSRBflAUX.

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

^*s- ^' Le corps électrisé M décompose Télec-

g^---s. Jî ^ tricité naturelle du pendule BA ; Pélectri- +f Jr •'T dté de nom contraire à celle de M est attirée

^-^^ en A, celle de même nom jrepoussée en B.

L'action attractive entre ^électricité + de M et l'électricité — de A est plus forte que l'action répulsive qui a lieu entre l'électricité -fde M et Pélectricité 4- 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 Télectricité — de A, Tattraction n'existe plus, la répulsion seule remporte, et la balle de sureau est repoussée. Si BA est en communication 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.