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

Fig. 24 bi». 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 Pun des conducteurs d'une ■\ machine qui lui fournisse une certaine quantité

^ il Vu/- d'électricité -h e, dépendant de la tension de la mail chine. Cette quantité d'électricité réagira sur Télec- / I tricité naturelle de B, attirera une portion de la néga- / M tive e', en plus petite quantité que e, à cause de la -^^ÉB^l. distance, puis repoussera dans le sol l'électricité

34 ÉLtUTKlGlTÉ 8TATIQUB.

po^HW^Î À ^U tour cette électricité négative — e' agira sur uue portion + «" 4e e, (Je manière à la neutraliser, et en définitive il q'y aur^ de libre sur A que e — e". Cette quantité d'électricité libre ^yant unç teniion qioindre que + e, on pourra avec la machine ajouter une autre quantité d'électricité positive sur le plateau A ; on 9t\^f^ alors une pouvelie décomposition d'électricité naturelle t^iç Et, 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 Télectricité libre E — E" sur ce plateau ait une tension égale à celle de la machine ou à + e.

Si la disposition du conden^teuf ofTre le moyen de séparer les deux plateaux de la lame isolante , on rendra sensible l'électricité accumulée. L'appareil représenté fig. *2i ter permet d'atteindre ce

Fig. 24 1er.

but. l.es deux plateaux Ç et D sont mobiles à l'aide d'une manivelle fi, et peuvent s'écarter (Je la lame de verre fixe MN. Quand on ^ chargé ce condensateur, comme on l'a dit plus haut , on enlève la communication du plateau non isolé avec le sol,^t on écarte les plateaux ; s'ils sont po\irvus de petits pendules électriques, ces derniers divergent aussitôt ; quand on rapj)roche les plateaux, les pendules reviennent à leur position première; mais ils peuvent indiquer d'\ui coté ou de l'autre», ou simultanément des deux côtés, une faible quantité d'électriciti'î libre. Cette expériencte n^et 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'étectricité libre qui, avec rélectricité dissimulée, compense l« distance et maintient dissimulée l'électricité de l'autre plateau ;

si l'on enlève cet excès d'électricité, V^nive disque rnimifestc alors \xn léger excès d^électricité libre coniraive* Ces décbiu^es successives peuvent être rendues sensibles comme Tindique 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' , formés de balles de sureau suspendues à des fils de lin et en communication chacun avec l'un des disques. Ces deux pendules, à l'instant où 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 résistance qu'elle oppose à la réunion des électricités dissimulées ; d'après les expériences de M. Riess^ elle dépend également des dimensions des plateaux. Quant à la quantité totale de l'électricité accumulée^ elle est en rapport avec la surface des disques ou avec l'étendue du condensateur. On exprime

n^it ^ w^ fraction dépendant de la distance des deux plateaux du condenaateur el approciiant de l'unité à mesure que cette distance diminue, ta quantité d'électridlé négaUTe ^ E' dé? eloppée sur le plateau B est égale à taE. La quantité d'électricité positif e diatimnlée e$t S^ « iiiE' = m'B. On a donc E — t" » E (1 — «>), d'oii

Or, E étant la quantité totale d'électricité accumulée sur le platâ^ii A, E — E^ sera la quantité d électricité Kbre , on celle qui se répandrait sur le plateai|, si l'antre platean B n'existait pat.

Le rapport précédent a été eonaidéré jqsqn'ici comnie mesurant la pui^nce couilensante du condensateur. Maûi , d'après les expériences de M. Riess, ce ne peut être qu'une expression approximative et non une formule exacta, car il semble que Pélectricité dissimulée participe à la loi de répartition de rél#«tricilé libre à la •ttrfkoe des for|>t conducteurs, et dès lors le problème est plus compliqué al ne CAOïporte pas uae solation aussi simple

En admettAnt cette formule comina approxiioative dans les conditions ordinaires, c'est-^-dire à l'égard d« plateaux condensatfnrs très-étendos, peu épais et très* rapprochés , on voit que ce rapport augmente quand m approche de l'unité ; c'està-dire que plus hjs plateaux sont près l'un de l'autre, phis le pouToir condensant ém coadensatem est considérable. Mais on ne peut dépaaser une certaisa limite pour dos tenaîMia électrîqoaa aaaex fortes, car la cm^ Mante Kl^i vm toite de résistance pourrait être perftifée.

aO ELECTHICITR STATIQIJL.

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

Quand on veut accumuler de fortes charges électriques, on prend en général des condensateurs 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 Pon 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 Tautre. On forme alors l'électromètre condensateur que nous avons décrit page 22 en parlant des électroscopes.

Excitateur. En établissant la ox)mmunication métallique entre lesdeux 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 beaucx)up plus grande. Pour opérer cette décharge, on emploie habituellement Fexcitateur à manche, représenté dans la figure 25. Il se FiR. 26. compose de deux tiges métalliques légèrement

f \ courbées, terminées par des boules, et mobiles

I \ autour d'un axe H; deux manches isolants de

I ) verre, enduits de gomme laque, permettent de

\ I 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 communi- ^ cation avec le plateau communiquant au sol avant d'approcher l'autre boule du second plateau: sans cela l'expérimentateur 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 m^me principe, savoir : la bou-

teille de Leyde et les jarres électriques. La bouteille de Leyde joue un grand rôle dans Fhistoire de Télectricité; elle a été découverte avant le condensateur proprement dit, et se compose d'une bouteille en verre AB, revêtue extérieurement d'une feuille d'étain ï^ ^ jusqu'à quelques centimètres du goulot; elle est rem- ^^ plie intérieurement de feuilles de clinquant chiffonnées y de grenaille de plomb^ ou même de feuilles d'étain collées sur la surface intérieure du verre, enfin d'une substance conductrice quelconque. Le haut de la bouteille est recouvert 'd'une couche de vernis à la gomme laque. Une tige en laiton C, dont le bout supérieur est recourbé en crochet et terminé par une boule, kpasse dans le bouchon du goulot pour se rendre dans Fintérieur. Cette bouteille est donc un véritable condensateur dans lequel les parois remplacent 1er plateau isolant; on donne le nom d'armatures intérieures et extérieures aux deux surfaces conductrices qui le composent. Veut-on la charger , on la prend dans une main par Farmature extérieure , et l'on met en communication le crochet avec une machine électrique. Celle-ci donne continuellement à la surface intérieure de Télectricité positive, et il s'accumule à l'extérieur de l'électricité négative. Aussitôt que l'on établit la communication entre les armatures à Taide d'un excitateur, il y a (fécharge électrique. Si la charge est trop forte, souvent l'étincelle passe du crochet à la garniture extérieure ; quelquefois ^ lorsque le verre est trop mince, il est percé, et l'appareil ne peut plus servir.

Fig. 26 bis. On donne à ces appareils des dimensions plus

ou moins grandes (fig. 26 bis), ; quand on veut que leur action soit puissante, on construit des jarres garnies extérieurement et intérieurement de papier d'étain , sauf sur les bords qui sont recouverts de vernis à la gomme laque.

Si l'on suspend dans l'air avec un cordon de soie une bouteille de Leyde électrisée, l'électricité successivement libre sur les deux armatures se perd peu à peu , et la bouteille se trouve complètement déchaînée au bout de plus ou moins de temps, suivant le degré d'humidité de l'atmosphère.

En plaçant cet appareil sur un plateau de résine et en le prenant ensuite par le crochet, on rend libre sur la garniture extérieure

36 SLCCTAIGITI 8TATIQU1»

une œrtaine 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 l'aide d^un excitateur^ si l'on attend quelques instants et qu'on rapproche de nouveau le bouton d'un excitateur du crochet de la bouteille > onc^tient une nouvelle étincelle moins forte que la précédente; en attendant encore quelque temps, on peut recueillir successivement plusieurs décharges qui vont toujours en s^afTaiblissant et qui sont dues aux résidus de l'électricité. Il faut se mettre en garde contre ces résidus dans les fortes batteriôs électriques^ lesquels peuvent donner, des commotions assez viveê» On explique cet effet en admettant que le verre se laisse pénétrer peti 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 oai pénétré dans le verre ne peuvent se recombiner immédiatement^ et ce n'est qu'au bout de quelques instants qu'on peut obtenir une étincelle^ en mettant en communication de nouveau les deux armatures.

L'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 dn corps isolant qui sépare les armatures.

Fif . S7.

On dispose une bouteille de Leyde de façon que les armatures puissent être séparées de la lame isolante. L'armature intériem'e est une bouteille en zinc ou en cuivre D ; la lame isolatite> 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 comme à l'ordinaire. Si alors on la place sur un plateau de résiiH>

PHÉNOMÈNES OBNEBAUX. 39

qu^oii enlève d'une part avec un crochet de verre la bouteille en zinc D, puis d'autre part le vase en verre E, oti peut toucher impunément D et F. Place*t-on de nouveau les armatures comme précédemment, on peut obtenir une décharge avec la bouteille. Ces effets montrent bien que les électricités dissimulées se trouvaient sur le verre de chaque côté du vase £.

Batteries. Si Ton veut se procurer des décharges considérables, on réunit ensemble plusieurs bouteilles de dimensions plus ou moins grandes , en faisant communiquer ensemble les armatures intérieures avec des tiges de métal , et les garnitures extérieures avec une lame d'étain qui revêt le fond de la caisse où sont toutes les bouteilles. Telles sont les batteries électriques.

''•e. 28 La figure 28 représente une bitte*

rie de ce genre. Au lieu de bouteilles de petite dimension > on peut pren*dre des jarres qui ^ ayant une sur»

face de verre plus considérable > donnent lieu à la condensation d'une plus grande quantité d'électricité.

Ces appareils se chargent oOmme les bouteilles de Leyde ordinaires.

Pour juger de leur charge, on met un petit électroscope à cadran sur le conducteur de la machine électrique ou sur la batterie ellemême. Au commencement de Inexpérience^ le pendule est au repos^ parce que toute l'électricité qui arrive est dissimulée aussitôt par Peffet de la batterie; mais peu à peu il s'élève^ et Ton juge des diverses charges par l'angle d'écart qui fait connaître Pexcès d^électricité libre. On a observé que, pour une épaisseur de verre constante , la force de la batterie croît proportionnellement à l'étendue de la surface : ainsi, vingt décimètres carrés condensent vingt fois plus d'électricité qu'un seul. Quand on opère à l'aide de batteries électriques d'une grande étendue , il faut un certain temps avec la machine électrique pour en opérer la charge. La décharge d'une batterie agit avec une telle énergie sur l'économie animale i qu'il est nécessaire de prendre des précautions lorsqu'on en fait usage.

On a proposé d'appliquer aux batteries la charge par cascade. On suspend plusieurs bouteilles ou batteries les unes au-dessus des au^ très, de sorte que la première communique directement au conducteur de la machine, tandis que son armature extérieure touche à l'ai^

40 ÉLECTBIGITÉ STATIQUE.

mature intérieure de la seconde ; Tarmature 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; ime 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. 215) au lieu d'une chaîne de niétal 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 disparaît des quantités égales d'électricité sur des longueurs égales de fil. (Knochenhauer.)