Jeu de la machine — Nous avons indiqué, sans aucune

explication, la manière de faire fonctionner la machine de Holtz; ce premier aperçu nous sera utile pour en étudier le jeu électrique. Pour cela, nous aurons recours à un mode de représentation employé par M. Bertin(1). Nous supposerons que le plateau mobile

Fig. 235. ^ l

est remplacé par un large tube cylindrique en verre C (fig. 255), à l'intérieur duquel sont

(*) Annales de Chimie et de Physique, 4e série, t. XIII, p. 193.

placées les deux branches NA' et PB' du conducteur, munies des peignes A'et B' ; les armures de papier A et B seront portées par une enveloppe cylindrique extérieure, aussi en verre, entaillée d fenêtres. Cette disposition serait à la machine de Holtz ce que la machine de Nairne est à celle de Bamsden; elle a été d'ailleurs réalisée par M. Saint-Loup avec succès, mais les communications des conducteurs s'établissent alors d'une manière moins commode, l'appareil acquiert rapidement de grandes dimensions et les cylindres de verre sont plus difficiles à fabriquer, de sorte qu'en définitive cette forme ne parait pas avantageuse dans la pratique. Nous ne représentons pas dans la figure le cylindre extérieur, qui ne joue pas de rôle important et n'a guère d'autre but que de soutenir les armures de papier.

Supposons que l'armure A soit chargée d'électricité négative, le cylindre mobile en mouvement dans le sens de la flèche, et les boules P et N en contact de façon que le conducteur A'B' soit continu ; ce conducteur s'électrise par influence. Si le potentiel de l'armure A est assez élevé en valeur absolue, le peigne A' laissera échapper sur le verre de l'électricité positive, et le peigne B' de l'électricité négative; le môme phénomène se reproduira, au moins pendant une demi-rotation du cylindre, puisque les portions du verre qui ont reçu l'électricité s'éloignent rapidement et permettent à l'influence de l'armure A de s'exercer de nouveau sur le conducteur. A ce moment, la surface intérieure du cylindre peut être divisée, par un plan à peu près horizontal, en deux parties électrisées en sens contraires, la supérieure négative et l'inférieure positive. Ces couches électriques contribuent à exagérer encore la production d'électricité, par une série de réactions réciproques. En effet, l'armure B6, sous l'influence de ces deux couches, se charge à sa base B d'électricité positive, et à sa pointe b d'électricité négative qui se répand sur la face extérieure du cylindre; la même influence s'exerce sur la deuxième armure, dont la charge négative augmente à la base A, et qui laisse échapper par sa pointe a de l'électricité positive. Pendant la demi-rotation suivante, la décomposition électrique du conducteur sera donc augmentée, par suite de l'électrisation de la deuxième armure, de l'accroissement de charge de la première, et par l'influence directe

qu'exercent sur les peignes les couches d'électricités répandues à la surface du cylindre tournant.

Si Ton fait abstraction des pertes, les quantités d'électricité doivent croître en progression géométrique ; mais bientôt l'appareil atteint un débit maximum, et il s'établit une symétrie complète dans l'état électrique des différents organes. Les deux faces du cylindre sont toujours positives à la partie inférieure et négatives à la partie supérieure, mais le plan de séparation des couches de signes contraires n'est pas horizontal. Le flux positif qui s'échappe du peigne À' remonte vers la couche négative par suite de l'attraction qu'exerce cette couche et de la répulsion qui provient de la couche inférieure ; on le reconnaît à la forme de la nappe lumineuse. Si l'on néglige les différences de propriétés des deux électricités, on voit clone que les deux couches de signes contraires répandues sur la surface intérieure du cylinure seront séparées par un plan ag dissymétrique par rapport aux peignes. L'électricité qui s'échappe des pointes de papier se distribuera de même à la surface extérieure du cylindre suivant deux zones séparées par un autre plan a'g'.

849. Un point délicat à apprécier à priori est de savoir quelles doivent être les propriétés des armures influentes pour qu'elles donnent les meilleurs résultats. On voit bien que, si cette armure était formée d'un corps mauvais conducteur, elle ne pourrait pas réparer ses pertes en s'électrisant par influence : l'expérience a montré, en effet, qu'une lame de mica ne convient pas. Si l'armure était très-conductrice, sa pointe dégagerait sur la surface extérieure du cylindre une grande quantité d'électricité dont l'influence serait de sens contraire à celle de la base et l'on conçoit que .la production de la machine diminue; on a constaté aussi que la machine fonctionne avec une lame d'étain, mais ne peut pas atteindre un potentiel élevé. On n'a rien trouvé de mieux que le papier, qui est médiocre conducteur, et dont l'élcctrisation par influence suffit seulement à réparer les pertes; ce qui semble confirmer encore cette manière de voir, c'est que plusieurs pointes ne conviennent pas autant qu'une seule, et que cette pointe môme ne doit pas être très-aiguë.

Quant aux dimensions des armures, elles sont à peu près indifférentes, la seule portion efficace étant celle qui est située

DES MACHINES ÉLECTftlQUES. 281

en face des peignes. Une feuille de papier qui couvre tout un quadrant du plateau fixe dans la machine réelle donne les mêmes résultats qu'une bande étroite.

Si l'on faisait tourner le cylindre mobile (ou le plateau) dans le sens même des pointes, on y attirerait l'électricité des armures ; on voit aisément qu'alors les feuilles de papier seraient rapidement ramenées à l'état neutre et que toute production d'électricité cesserait. 11 suffit, en effet, de faire quelques tours de plateau dans cette direction, pour éteindre complètement la machine la mieux chargée.

M.'Riess (l) fait intervenir dans l'explication de la machine de Holtz le phénomène de la double influence dont nous avons dit quelques mots (111); mais, pour que la double influence se produise, il faut que le corps isolant s'électrise lui-même, ce qui exige toujours un certain temps, et la rotation du plateau est trop rapide pour que l'influence exercée sur le verre puisse jouer un rôle appréciable. D'ailleurs, la production des couches électriques de mêmes signes sur les deux faces du plateau mobile s'explique d'une manière si simple par le jeu des pointes des conducteurs et des armures, qu'il n'y a pas lieu de chercher une autre origine.

Le rôle des fenêtres confirme encore cette explication. M. Poggendorf (2) a constaté qu'on peut les remplacer par de simples fentes dans lesquelles on fait passer la bande de papier, de façon que la base soit appliquée sur la face extérieure du plateau fixe, et la pointe sur la face intérieure, du côté du plateau mobile; dans ce cas, en effet, les échanges électriques se font à la manière ordinaire. Mais la machine cesse de fonctionner si la bande de papier est disposée en sens inverse, la base sur la face interne et la pointe à l'extérieur; alors l'électricité qui s'échappe delà pointe dans les premiers instants reste appliquée à la surface extérieure du plateau fixe et s'oppose bientôt à une nouvelle décomposition électrique sur l'armure.

Les fenêtres ne sont cependant pas inutiles et paraissent aug-

[l] Porjg. Annal., t. CXXX1, p. 215. — Annales de Chimie et de Physique, 4e série, t. XIII, p. 190.

(2) Pocjg. Ann. (. CXXXIX, p, 158, — Annales de Chimie et do Physique. 4e série, t, XIX, p. 480.

menter le débit de la machine. Comme il se forme entre les plateaux une grande quantité d'ozone dont la présence nuit à la production de l'électricité, il est possible que les fenêtres aient surtout pour effet de faciliter le renouvellement de l'air.

850. Si le conducteur À'B', que nous avons supposé continu jusqu'à présent, est interrompu par l'écartement des boules P et N, les deux branches A'N et B'P seront portées par le jeu de la machine à des potentiels différents, le premier négatif, le second positif. Lorsque la différence des potentiels sera suffisante, une décharge se produira entre les boules P et N, et le môme phénomène recommencera. La capacité électrique des deux branches étant très-petite, les décharges correspondront à une quantité d'électricité très-faible et se manifesteront sous forme d'aigrettes continues. Si l'on met ces branches en communication avec les armatures de deux bouteilles reliées en cascade, on augmente beaucoup les capacités électriques ; il faut plus longtemps pour amener les deux pôles à la différence de potentiel nécessaire à l'explosion, mais la décharge est alors plus puissante et prend la forme de véritables étincelles.

Plus les bouteilles sont grandes, plus les décharges sont énergiques ; mais il y a des dimensions à partir desquelles la distance explosive diminue. Pour atteindre la différence maximum de potentiel, il faut que le débit de la machine reste supérieur à la déperdition qui s'effectue par les branches du conducteur et par les bouteilles, et ces déperditions augmentent rapidement avec l'étendue des surfaces. De plus, les peignes sont alors maintenus trop longtemps à un potentiel élevé; la charge des armures baisse en progression géométrique quand le débit des peignes est insuffisant, et la production d'électricité peut s'arrêter.

Lorsque la distance des boules P' et N' est trop grande, il arrive souvent un phénomène curieux : les bouteilles commencent par se charger, puis la machine s'éteint et reprend tout-à-coup en sens contraire, comme on le reconnaît au changement de forme des lueurs qui se produisent aux pointes des peignes et des armures de papier. Chacune des bouteilles se décharge alors lentement par le peigne correspondant, puis se charge d'électricité contraire jusqu'à la môme différence de potentiel; après quoi, la môme inversion se produit. L'expérience réussit surtout

quand on met les deux pôles en communication avec les armatures d'une grande batterie isolée.

On voit aussi que l'armature extérieure commune aux deux bouteilles est toujours à un potentiel très peu élevé, lorsque les pôles sont maintenus isolés; on obtient, en effet, une étincelle très-faible en réunissant cette armature avec le sol. Cette communication est môme utile à établir pour compenser les défauts de symétrie de l'appareil, ou la déperdition inégale des deux électricités, afin que les potentiels des deux conducteurs soient toujours égaux et de signes contraires.

851. En définitive, la machine de Holtz, comme les machines à frottement, permet d'établir entre deux conducteurs une certaine différence de potentiel, et la limite est atteinte lorsqu'une étincelle peut éclater directement d'un peigne à l'autre le long de la surface du disque mobile, en supposant qu'il n'y ail pas dans l'instrument d'autres organes permettant des décharges plus faciles; ainsi on voit souvent des aigrettes qui s'échappent de différents points des tiges conductrices, et des étincelles qui partent d'une armature à l'autre de chacune des bouteilles. C'est pour ce motif que les bouteilles sont longues et l'armature extérieure peu élevée, afin qu'elles puissent supporter une différence de potentiel égale à la moitié de celle que comporte la machine. D'autre part, le débit des peignes étant arrivé à son régime régulier, la quantité d'électricité doit être proportionnelle à la vitesse de rotation. Pour le vérifier, il suffit de réunir les deux pôles avec les deux armatures d'une bouteille de Lane ; on constate que le nombre des décharges de la bouteille de Lane est très-sensiblement proportionnel à la vitesse de rotation de la manivelle, à partir d'une certaine limite inférieure au-dessous de laquelle la machine fonctionne mal. La vérification se fait d'une manière simple quand on choisit la distance explosive de la bouteille de façon qu'il se produise un nombre entier de décharges pour chacun des tours de manivelle ; ce même nombre se conserve, quelle que soit la vitesse de rotation.

Le débit est lui-même indépendant du potentiel absolu des armatures ou des pôles de la machine; on peut, en effet, mettre l'une d'elles en communication avec le sol, sans que le nombre des décharges de la bouteille de Lane soit modifié.

Enfin, pour montrer que la différence des potentiels des deux pôles est seule définie, on met l'un d'eux en communication avec un électroscope de Henley à cadran et on observe la déviation que marque le pendule avant chaque étincelle. L'autre pôle étant alors mis en communication avec le sol, le pendule atteint avant l'explosion une déviation beaucoup plus grande qui devrait correspondre à un potentiel double en valeur absolue. Toutefois, il arrive assez souvent qu'avec cette nouvelle disposition les étincelles ne peuvent plus franchir la distance primitive, parce qu'il se produit alors entre différents organes de la machine, tels que les supports et les courroies, des nappes lumineuses et des aigrettes qui ne permettent pas au conducteur isolé d'atteindre son potentiel théorique.

852. Ce premier modèle de machine de lïoltz est un instrument délicat, très-sensible à l'humidité atmosphérique. La circonstance qui paraît la plus importante, et on peut en dire autant de tous les appareils d'électricité statique, ce n'est pas tant l'état hygrométrique que la quantilé absolue de vapeur d'eau qui existe clans l'air; Coulomb (59) avait déjà reconnu qu'il existe une relation directe entre le coefficient de déperdition de l'électricité et le poids de vapeur contenue dans l'unité du volume d'air, indépendamment de la température. De même, la machine de Holtz fonctionne admirablement par les temps secs et froids, comme ceux que produisent dans nos climats les vents d'Est pendant l'hiver; mais il est quelquefois difficile de l'amorcer pendant les journées chaudes de l'été, et surtout dans l'atmosphère humide d'une salle remplie d'auditeurs.

On évite autant que possible l'humidité, en particulier celle qui se condense sur les supports en verre, en plaçant la machine sur une table en bois dont la tablette est percée d'un grand trou, et dont on entoure les pieds d'une toile pour en faire une sorte de cheminée. Sous cette table on dispose un fourneau contenant du charbon de bois bien allumé et brûlant sans fumée. Les conditions extérieures ne sont jamais assez mauvaises pour qu'une machine ainsi entretenue ne donne d'excellents résultats.

Une autre circonstance à laquelle on néglige souvent de donner une attention suffisante, c'est l'état de la lame d'ébonite qui sert à amorcer la machina; si cette lame ne peut pas s'électriser

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par frottement au point qu'on en tire avec le doigl des étincelles d'un centimètre, elle n'établira pas sur les armures de papier un potentiel suffisant pour provoquer l'écoulement d'électricité par les peignes.

853. Conducteur diamétral. — La machine ordinaire présente encore l'inconvénient de s'éteindre ou de s'intervertir lorsque la distance explosive devient trop grande, ou lorsque des potentiels élevés sont maintenus pendant trop longtemps sur les conducteurs. Il faut alors amorcer de nouveau l'appareil, ce qui est une grande gêne dans une série d'expériences suivies. On a cherché à y remédier par différentes modiiications.

L'une des plus ingénieuses est celle du conducteur diamétral imaginé par M. Holtz (*). Les armures de papier sont formées par deux bandes qui couvrent presque toute l'étendue d'un quadrant du plateau fixe. En face du plateau mobile on installe, à l'aide d'un manchon d'ébonite que l'axe traverse librement, un conducteur terminé par deux peignes semblables aux peignes ordinaires ; ce conducteur peut être placé dans différentes positions, parallèlement à l'un des diamètres du plateau mobile.

Pour en expliquer le rôle, nous prendrons encore le même mode de représentation que plus haut, en remplaçant les plateaux par des cylindres. Supposons que les armures de papier ka et Bb (fig. 234) couvrent l'étendue d'un quadrant, et que le conducteur diamétral At Bp placé devant ces armures, fasse avec la ligne des peignes un angle d'environ 60°.

Si les boules P et N sont en contact et que la machine fonctionne à la manière habituelle, le conducteur diamétral ne joue aucun rôle. En effet, le conducteur A'B' a toujours un potentiel

l1) P°9fJ' Annal., t. CXXXVI, p. 171. — Annales de Chimie el de Physique, 4e série, t. XXIII, p. 332.

Fig. 234.

sensiblement nul; quand une certaine région du verre passe en face du peigne À', par exemple, ce peigne y verse de l'électricité positive jusqu'à ce que la couche négative du papier et les deux couches positives du verre aient à l'extrémité des pointes un potentiel nul. Le potentiel étant à peu près constant sur l'armure du papier, lorsque les mêmes points du verre arriveront en face du peigne suivant AA, le potentiel à l'extrémité des pointes de ce peigne sera encore nul, s'il n'y a pas eu dans le trajet de pertes d'électricité. Comme le même phénomène se reproduit exactement à l'autre extrémité B4, le conducteur diamétral est toujours en équilibre électrique. L'expérience indique, en effet, que ses peignes ne fournissent rien, sauf une petite quantité d'électricité négative en At et d'électricité positive en B4, ce qui contribue en réalité à diminuer le débit de la machine, mais d'une manière insignifiante.

Si l'on écarte, au contraire, les conducteurs P et N à une distance telle que les étincelles ne puissent plus éclater entre eux, les peignes A' et B' ne fonctionnent plus, abstraction faite des pertes, le conducteur diamétral agit alors comme le conducteur primitif A'B', verse de l'électricité positive par le peigne Xt et négative par le peigne B4, de sorte que le jeu de la machine s'entretient comme précédemment.

Dans le cas intermédiaire où le conducteur A'N débite de l'électricité, mais reste maintenu à un potentiel négatif élevé, Je peigne suivant A4 verse sur le plateau de l'électricité positive, jusqu'à ce que le potentiel à l'extrémité des pointes soit encore nul. De cette façon, la charge totale que reçoit le verre mobile est toujours la même, quelque communication qu'on établisse sur les conducteurs principaux P et N, et quelle que soit la dis* tance à laquelle on provoque les étincelles.

En résumé, le conducteur diamétral n'augmente pas le débit d'électricité qui s'écoule dans le conducteur principal A'B' ; il peut même le diminuer un peu, mais il empêche absolument la machine de s'éteindre ou de s'intervertir, tant que le mouvement de rotation est entretenu.