MACHINES ÉLECTRIQUES FONDÉES SUR L INFLUENCE ET LE TRANSPORT

845. Éiectrophore double. — Toutes les fois qu'on soulève le disque d'un éiectrophore, après avoir établi les contacts convenables, on obtient une certaine quantité d'électricité; si l'on répète la même opération d'une manière continue, on réalisera une véritable source dont le débit sera proportionnel à la rapidité des opérations. Au lieu de dépenser l'électricité à mesure de sa production, on peut s'en servir pour électriser un conducteur; si ce conducteur avait une cavité assez grande pour renfermer le disque de ] 'éiectrophore, de manière à le ramener à l'état neutre après chaque contact, on pourrait y établir un potentiel très-élevé, n'ayant d'autre limite que les fuites inévitables et la distance du conducteur aux corps voisins non isolés. Enfin, il est possible d'imaginer une disposition mécanique qui établirait les contacts et réaliserait les différents mouvements du plateau. Dans une pareille machine, le gâteau serait électrisé une lois pour toutes par frottement, et les différentes opérations serviraient à multiplier la charge primitive.

Un appareil ainsi construit présenterait cependant un inconvénient, c'est que l'électrisatioii du gâteau diminue peu à peu, de sorte et qu'au bout d'un certain temps il serait nécessaire de le frotter de nouveau pour lui restituer ses propriétés primitives.

Il est vrai que cette dernière opération peut être évitée, en profitant de l'électrisation réciproque de deux électrophores de signes contraires (118). Lichtenberg ('), par exemple, se servait d'un gâteau isolant de forme oblongue où il pouvait placer le disque dans deux positions différentes n'empiétant pas l'une sur l'autre. L'une de ces plages étant électrisée même faiblement, on pouvait électriser la plage voisine en sens contraire en y appliquant le disque par sa tranche, puis utiliser cette nouvelle plage pour augmenter la charge de la première.

Un électrophore double peut donc fournir indéfiniment de l'électricité au potentiel le plus élevé que permette l'isolement des conducteurs, sans qu'il soit jamais nécessaire de frotter de nouveau le gâteau isolant. Cette production d'électricité par un appareil qu'on a chargé une fois pour toutes, et qui se maintient dans un état constant par suite de réactions réciproques, est le principe des machines dont nous avons maintenant à parler.

844. Duplicateur» électriques. — Il ne paraît pas facile de réaliser par des moyens mécaniques tous les mouvements qu'exigerait l'emploi d'un électrophore double , surtout pour rétablir la charge du gâteau; mais le principe de la multiplication des charges peut être utilisé d'une autre manière, en ne faisant intervenir que des corps conducteurs.

Bennet (2) a imaginé une disposition qui permet de doubler constamment une première charge électrique, et il a donné à son appareil le nom de duplicateur. Cet instrument se compose en principe de trois plateaux conducteurs isolés A, B et C, les deux premiers fixes et le troisième mobile. Le plateau A étant chargé primitivement d'une quantité d'électricité -+- m , on en approche le plateau mobile C mis en communication avec le sol ; la charge de signe contraire que prend le plateau mobile est plus faible que la charge influente, mais elle s'en rapproche d'autant plus que la distance est moindre; pour simplifier les raisonnements, nous supposerons ces charges égales. Le plateau C ainsi chargé d'une quantité d'électricité égale à — m est isolé puis porté en face du plateau B communiquant avec le sol, lequel prend par influence une charge égale à H- m.

(J) De Nova Methodv, etc. p. 9 (1778).

(*) Phil. tratu. abridg., vol. XVI, p. 282 (1787).

Après avoir isolé B, on le fait communiquer avec le plateau A dont on approche le plateau C non isolé; la charge totale -f- 2m des deux plateaux A et B se réunit alors sur le premier, le plateau G prend une charge égale à — 2m, et on sépare A et B. L'appareil est ainsi ramené dans l'état primitif et la quantité d'électricité a été doublée; une nouvelle opération toute semblable produira encore le même effet et, de cette manière, on accumulera successivement sur le plateau A des charges électriques égales à m, 2m, 4ra, 8m,... En réalité, si l'on désigne par a et g des fractions qui diffèrent peu de l'unité, la première charge du plateau C est égale à ara, celle du plateau B égale à a2ra, et la charge finale du plateau A, après le cycle complet des opérations, égale à (î + a2) gra —pm, le coefficient/? étant compris entre 1 et 2. Les charges successives du plateau A sont alors ra, pm,phn, p*m...; elles croissent comme les termes d'une progression géométrique. Quelque faible que soit la charge primitive, on peut ainsi la multiplier jusqu'à ce qu'elle soit sensible à un électromètre ou même provoque des étincelles.

L'éleclroscope à trois plateaux de Péclet (268) permet aussi d'augmenter une charge électrique donnée, mais par voie d'addition seulement, si l'on opère comme nous l'avons indiqué. On pourrait, en modifiant la manière d'établir lesconlacts, le transformer en un multiplicateur géométrique; ce problème a reçu d'ailleurs un grand nombre de solutions.

Cavallo fit construire un appareil dans lequel les diverses communications qu'exige le duplicateur de Bennet s'établissaient par des dispositions mécaniques, sans l'intervention de l'opérateur; Bohnenberger imagina aussi une disposition analogue, mais, dans les deux cas, le problème était résolu par le mouvement alternatif du plateau, ce qui est toujours moins commode qu'une rotation continue.

845. Duplicateur de Niciioison. — Darwin publia en 1787 un duplicateur à rotation qui était formé de quatre plateaux dont deux fixes et deux mobiles. Nicholson (l) indiqua l'année suivante un appareil à rotation n'ayant que trois plateaux, qui réalisait exactement le duplicateur de Bennet. Cet appareil se compose

(») Phil. trans. abridg., vol. XVI, p, 505 (1788).

de deux plateaux verticaux fixes et isolés A et B (fig. 229), portés à l'extrémité des tiges de métal a et b; un troisième plateau C, isolé aussi, est mobile autour d'un axe horizontal formé d'une tige de verre que l'on fait tourner à l'aide d'une manivelle d'une manière continue. Une tige de métal D, munie d'une lame flexible, met le plateau mobile C en communication avec le sol toutes les fois qu'il se trouve en face du plateau fixe A. L'axe porte encore trois autres fils de métal qui communiquent entre eux : les deux premiers p et q rectilignes et perpendicu-

Fie. 2-29.

laires à l'axe de rotation, le troisième r recourbé de manière à pouvoir toucher la tige E non isolée. La tige b est un peu plus rapprochée de l'axe que la tige a; le ressort p touche alternativement les deux tiges à chaque rotation, mais le ressort q est un peu plus court et touche seulement la première. Lorsque l'appareil, par suite du mouvement qui s'effectue dans le sens de la flèche, est dans la position indiquée par la figure, il correspond au deuxième cas que nous avons décrit : les plateaux' A et C sont isolés et le plateau B communique avec le sol. Après une

rotation de 180°, les ressorts p et q touchent respectivement les tiges a et b, les plateaux A et B sont isolés mais communiquent entre eux, et le plateau C est relié au sol par le ressort D ; ce qui correspond à la première position. Si l'on a commencé par charger un peu le plateau A, il arrive au bout de quelque temps que des étincelles se produisent entre les deux plateaux C et A. On peut donc se servir de cet appareil comme d'une machine électrique, mais il ne parait pas avoir jamais donné de résultats bien satisfaisants.

Les multiplicateurs et les électrophores tournants, très-en faveur à la fin du siècle dernier, ont reçu des formes très-variées; mais ils étaient oubliés, lorsque parurent à peu près simultanément les machines de M. Tœpler (l) et de M. Iloltz (2) qui ont l'ait entrer la construction des électromoteurs par influence dans une voie toute nouvelle.

846. machine «le Tœpier. — La figure 250 représente sous sa forme la plus simple l'appareil de M. Tœpler. C est un disque de verre qui, par un système de cordes et de poulies, est' animé d'un mouvement de rotation rapide autour d'un axe vertical. Sur la face inférieure du disque de verre sont collées deux armures d'ôtain ayant la forme de grands segments, et la face supérieure porte deux bandes demi-circulaires A et B qui communiquent séparément avec les segments correspondants de la face opposée.

Deux conducteurs isolés P et N portent à leurs extrémités des ressorts très-flexibles p et n qui, pendant le mouvement de rotation, appuient alternativement sur les bandes A et B.

Au-dessous du disque mobile est un plateau conducteur isoléï, de mêmes dimensions que les segments, et qui joue le rôle de l'inducteur employé par M. Thomson dans ses électromètres.

\l) Pogg. Ann. t. CXX.V, p. 4G(J. — Annales de Chimie et de Physique, 4e série, t. VIII, p. 51".

(*) Pogg. Ann. t. CXXVI, p. 157. — Annales de Chimie et de Physique, 4e série, t. VIII, p. 201.

Le jeu de cet appareil est facile à comprendre. Supposons que l'inducteur I soit mis en communication avec une source à potentiel constant, comme une pile sèche, fournissant de l'électricité positive. Dans une position un peu antérieure à celle que représente la figure, le conducteur ApV s'éleclrise par influence : l'extrémité la plus éloignée P se charge d'électricité positive , et le secteur A d'électricité négative. Après avoir quitté le ressort]?, ce secteur porte son électricité négative sur la tige N par l'intermédiaire du ressort n ; en même temps l'autre secteur B vient prendre la place du premier et s'électrise à son tour sous l'influence de l'inducteur. Le même effet [se reproduisant d'une manière continue, on voit aisément que, si l'on fait abstraction des fuites, la charge des conducteurs P et N augmente comme les termes d'une progression géométrique. Toutefois, si l'électricité n'est pas dépensée à mesure de sa production, la différence de potentiel de ces conducteurs atteint bientôt une valeur maximum ; il se produit alors des décharges entre les différentes parties de l'appareil, et particulièrement une pluie de très-fines étincelles entre les secteurs mobiles et le plateau inducteur. On pare à cet inconvénient en reliant les conducteurs aux deux branches d'un excitateur formé par deux vis a et b que l'on peut à volonté rapprocher l'une de l'autre, et en formant l'inducteur par une lame de verre vernie sur sa face supérieure et munie d'une feuille d'étain sur l'autre face.

Malgré ces précautions, la machine ne tarderait pas à s'éteindre, et il est nécessaire de recourir à une source étrangère pour maintenir constant le potentiel de l'inducteur. M. Tœpler a eu l'idée d'associer deux appareils semblables qui se maintiennent l'un et l'autre en activité par leurs réactions réciproques.

La figure 251 représente un appareil double. L'arbre de rotation porte deux disques D et D', de dimensions différentes et munis de lames d'étain disposées

Fis. 231.

de la même manière. L'inducteur ï de la première machine communique avec l'un des ressorts jo' de la seconde, l'inducteur F de celle-ci avec le ressort de signe contraire n de la première ; le conducteur P de la première reste isolé et le conducteur N' de la seconde communique avec la terre.

Supposons que l'inducteur I soit d'abord éiectrisé positivement et la machine en marche, le conducteur P prendra de l'électricité positive, le conducteur N et l'inducteur P de l'électricité négative, et le secteur A' devenu positif pendant qu'il communique avec le sol par la tige N' ira ensuite par le ressort pf augmenter la charge du premier inducteur I. La seconde machine joue donc le rôle de régénérateur d'électricité pour la première. La différence de potentiel des conducteurs P et N augmente rapidement, jusqu'à ce que le débit d'électricité soit compensé par les fuites qui ne tardent pas à se manifester de tous côtés. M. Tœpler a obtenu ainsi en(rc les pointes a et b, ou entre deux corps quelconques a' et b' reliés aux conducteurs P et N, un flux abondant d'étincelles électriques qui pouvaient avoir jusqu'à 1 pouce de longueur. Si l'on voulait produire un courant constant dans un circuit continu et conducteur, il faudrait faire communiquer les tiges P et N, mais alors, le conducteur formé par le secteur A' et l'inducteur 1 se trouvant placé entre deux corps conducteurs A et F au môme potentiel, les deux machines cesseraient de fonctionner. Pour obtenir un courant permanent, M. Tœpler combine un appareil double et un appareil simple, le premier restant ouvert et servant à maintenir un potentiel constant sur l'inducteur du second.

Il est nécessaire d'amorcer la machine double en approchant de l'inducteur I un corps éiectrisé ; cependant M. Tœpler a constaté que sa machine s'amorçait d'elle-même, quand on la faisait tourner pendant cinq ou six minutes sans lui communiquer aucune trace d'électricité. Ce développement spontané d'électricité peut être attribué, soit au frottement de l'air, soit au frottement des ressorts de contact ou à toute autre cause étrangère même à l'appareil; mais, dans cette hypothèse, le signe de l'électrisation devrait être variable, tandis que l'inducteur 1 prenait toujours spontanément de l'électricité négative. L'origine de l'électricité paraît devoir être attribuée simplement au contact des métaux;

l'inducteur I était en argent ainsi que les armatures A et B, tandis que les armatures A' et B' du régénérateur étaient formées par des lames d'étain. Le conducteur A'I était ainsi terminé par deux métaux différents ; or, nous verrons que Je contact de deux métaux, même par l'intermédiaire d'un autre métal, établit entre eux une différence de potentiel, très-faible à la vérité, mais suffisante pour provoquer un premier pbénomènc d'influence et amorcer une macbine à réactions réciproques.

M. Tœpler a fait construire sur les mêmes principes un appareil qui comprend un grand nombre de disques montés sur un même axe horizontal, et dont on peut voir un modèle au Conservatoire des arts et métiers ; mais, si ingénieuse qu'elle soit, cette machine est trop compliquée, très-fragile, et elle ne tarda pas à être abandonnée en présence des effets merveilleux que donnait la machine de Holtz.

847. Machine de iioitz. — La première machine construite par M. Holtz se compose d'un plateau vertical D (fig. 252) en

Fig.

verre mince verni à la gomme-laque, que l'on fait tourner avec une vitesse de 5 à 10 tours par seconde. En face de ce plateau mobile et à une petite distance est un plateau fixe D' un peu plus

DES MACHINES ELECTRIQUES. 277

large, percé d'une grande ouverture centrale qui laisse passer l'axe de rotation, et dans lequel on a taillé deux fenêtres rectangulaires F et G aux extrémités d'un même diamètre. Sur l'un des bords de chacune des fenêtres est collée une armure de papier A appliquée sur les deux faces et munie d'une ou deux languettes a terminées en pointe dans la partie évidée; ces deux armures À et B servent d'inducteurs et sont disposées symétriquement par rapport à Taxe de rotation. La première est seulement pointilléc sur la figure, pour laisser voir les pièces situées derrière.

De l'autre côté du plateau mobile sont placés deux conducteurs isolés P et N terminés par des peignes qui se trouvent dirigés vers les armures de papier ; ces deux conducteurs peuvent être réunis par une sorte d'excitateur à manches d'ébonite, dont on rapproche ou éloigne les branches à volonté.

Quand on veut mettre l'appareil en activité, on relie d'abord les conducteurs P et N entre eux. en amenant au contact les boules P' et N', on fait tourner le disque mobile dans une direction contraire à celle des pointes des armures en papier, et on électrise l'une de ces armures A. Il suffit, pour cela, d'en approcher une plaque d'ébonite que l'on a électrisée en la frottant avec la main ou avec une peau de chat. On entend alors un bruissement particulier qui indique que l'appareil fonctionne ; on peut enlever la lame influente, et la production de l'électricité continue tant que le mouvement de rotation est entretenu. Si l'on examine dans l'obscurité la machine en marche, on voit une nappe lumineuse continue qui s'échappe du peigne situé en face de l'armure primitivement électrisée, et se précipite sur le plateau mobile en se courbant dans une direction opposée à celle du mouvement : c'est un flux d'électricité positive. De même, l'autre peigne laisse écouler de l'électricité négative, comme on le reconnaît aux points brillants qui terminent les dents. Enfin les pointes a de la première armure laissent aussi échapper de l'électricité positive, et les pointes b de l'autre papier de l'électricité négative.

Maintenant, si l'on ouvre l'excitateur en séparant les deux boules P' et N' par une distance qui ne soit pas trop grande, cet intervalle est traversé par un flux continu de traits lumineux bleuâtres parallèles ou par des aigrettes en forme de houppes,

la boule P' fournissant de l'électricité positive, et l'autre de l'électricité négative; mais, si cette distance est trop grande, le flux qui s'écoule par les peignes diminue peu à peu et la machine ne tarde pas à s'éteindre. Si , les boules P' et N' étant maintenues à une dislance assez faible pour que les étincelles puissent les traverser, on les met séparément en communication avec les armatures d'une bouteille de Leyde ou d'une batterie, on obtient alors des élincelles discontinues qui éclatent toutes les fois que les armatures de la batterie ont atteint une différence de potentiel suffisante. Ces étincelles sont d'autant plus rares et plus puissantes que la capacité électrique de la batterie est plus grande. Habituellement, on suspend aux conducteurs P et N deux petites bouteilles de Leyde réunies par leurs armatures extérieures, de manière à constituer un jeu de cascade ; cette disposition permet d'obtenir des étincelles plus longues et empêche la machine de s'éteindre trop facilement. Avec cet appareil, on peut donc faire passer un courant continu dans un fil par lequel on réunit les deux conducteurs P et N que l'on peut considérer comme les pôles, charger une batterie, ou mettre sur un conducteur isolé une électricité de signe quelconque. Dans ce dernier cas, on approchera le conducteur du pôle correspondant, et on en tirera une étincelle.