VITESSE DE PROPAGATION DE L ÉLECTRICITÉ

437. La communication des propriétés électriques d'une extrémité à l'autre d'un conducteur ne peut pas être absolument instantanée, mais on fut longtemps avant de pouvoir mettre en évidence la durée de ce phénomène. Plusieurs physiciens tentèrent de résoudre cette question, surtout à l'époque de la découverte de la bouteille de Leyde ; mais, quelle que fût la longueur du circuit interposé entre les deux armatures (près de deux mille toises d'un fil de fer, par exemple, dans des expé-

Joumal de Physique, t. I, p. 229.

40 TRAITÉ DrÉLECTRICITE STATIQUE.

riences de Le Monnier (*), ou môme un circuit formé par un fil métallique de deux milles anglais de longueur et une distance égale par le sol, comme dans les expériences dirigées par Watson ('2) à Londres), deux observateurs placés en deux poinls quelconques du circuit éprouvèrent toujours la secousse électrique au môme moment, et les étincelles produites en deux points d'interruption parurent toujours simultanées.

La durée du phénomène est plus facile à mettre en évidence à l'aide de corps notablement moins conducteurs que des fils métalliques.

Ainsi Beccaria, que nous avons déjà cité (7), s'est certainement trompé en évaluant à une demi-seconde la durée de la décharge dans un fil de fer de 500 pieds de longueur, mais il a constaté qu'avec une corde de chanvre le phénomène pouvait durer plusieurs secondes. Ce ralentissement de la décharge par les conducteurs médiocres a été mis à profit par Faraday (350) pour l'emploi du galvanomètre; il résulte aussi des expériences de Weber (551) que la durée de la décharge d'une batterie dont les armatures sont réunies par une corde de chanvre est, au moins comme première approximation, en raison inverse de la longueur de la corde, c'est-à-dire proportionnelle à la résistance du circuit. M. Riess considère cette relation comme générale, mais nous verrons, dans l'étude de l'étincelle, que la question est moins simple.

438. Diagromètre de Rousseau. — Comme la propagation de l'électricité est extrêmement lente dans certains liquides et peut être considérablement modifiée par l'addition d'une très-faible quantité d'un liquide étranger, Rousseau eut l'idée de construire un instrument qu'il appela diagomètre (3), et qu'il proposa pour contrôler le degré de pureté des huiles d'olive en particulier. Cet instrument (fig. 167) se compose d'une aiguille aimautée très-légère ab, terminée à l'une de ses extrémités par un petit disque a, et reposant par une chape en métal sur une pointe métallique; cette pointe communique avec une lame verticale A et un plateau D. Ces organes sont parfaitement isolés dans un gâteau de résine, et

(') Mémoire de V Académie des sciences (1746) p. 456.

(-) Pkil, trans. abridged, vol. IX, p. 440 (1747).

(5) Annales de Chimie et de Physique, 2e série, t. XXV, p. o75.

DÉCHARGES CONDUCTIVES.

l'aiguille est recouverte d'une cloche portant des divisions. D'autre part, une pile sôche (270) formée de doubles disques de zinc et de clinquant collés par un mélange d'huile de pavot et d'essence de térébenthine en parties égales, est fixée au pied de l'instrument. Un des pôles N communique avec le sol, l'autre pôle P communique par un fil avec une tige T, bien isolée, que l'on peut élever ou abaisser à l'aide d'un bouton B à crémaillère.

L'appareil est disposé de façon que, l'aiguille étant à l'état neutre, le disque a soit très-rapprochô de la lame fixe A et la pointe b en face du zéro de la graduation ; on observe alors la déviation que prend l'aiguille quand on la fait communiquer avec le pôle isolé P de la pile, en descendant , par exemple, la tige T jusqu'au contact du plateau D. On ramène alors l'aiguille à l'état neutre, on pose sur le plateau une coupe en métal C qui est remplie du liquide à étudier, on abaisse la tige T jusqu'au contact du fj-. i67.

liquide et on observe

le temps nécessaire pour que l'aiguille aimantée atteigne sa déviation maximum, la môme que si la communication eût été établie par un conducteur métallique.

Ainsi, le temps nécessaire pour obtenir la déviation définitive étant, par exemple, de 40 minutes avec de l'huile d'olive pure, il n'était que de 27 secondes pour l'huile de pavot ou l'huile de faine; l'addition d'un centième seulement de l'une de ces dernières à l'huile d'olive suffisait pour abaisser à 20 minutes le temps nécessaire à la déviation finale.

Ces expériences conduisent d'ailleurs à une relation remar-

quable. Si l'on admet que la conductibilité du liquide soit en raison inverse de la durée du phénomène, et que la conductibilité d'un mélange soit la moyenne des conductibilités des liquides mélangés, le temps t nécessaire pour atteindre la déviation finale, dans le cas d'une addition d'un centième d'huile de pavot à l'huile d'olive, sera donné par l'équation

on en déduit t = %{ minutes, au lieu de 20 que donne l'observation directe. Toutefois il ne semble pas que cet appareil ait jamais été très-employé.

439. Expérience de m. wheatstone. — Les tentatives faites au siècle dernier pour déterminer la durée de la propagation de l'électricité dans les fils métalliques n'ont donné aucun résultat parce que les procédés d'observation étaient insuffisants. La secousse physiologique est un phénomène dont il est difficile de noter le moment exact, et l'œil ne peut guère apprécier l'intervalle de temps qui s'écoule entre deux étincelles si cet intervalle est inférieur à ^ de seconde, ce qui correspond à peu près à la persistance des impressions sur la rétine. M. Wheatstone (l) fut plus heureux et, après plusieurs tentatives infructueuses, il réussit à mettre en évidence la durée de la décharge et de la propagation par la méthode des miroirs tournants, qui a depuis été appliquée par Foucault avec tant de succès à la détermination de la vitesse de la lumière.

Le principe de la méthode imaginée par M. Wheatstone consiste à interrompre l'arc conducteur traversé par la décharge en plusieurs points, de manière à obtenir plusieurs étincelles que l'on observe par réflexion dans un miroir animé d'une vitesse de rotation très-considérable. Si l'électricité met un temps appréciable pour parcourir la portion du fil comprise entre deux solutions de continuité successives, les deux étincelles ne seront pas simultanées; le miroir aura pu parcourir pendant l'in-

(») Phil. Irans. (1834), p. 583.

DÉCHARGES C0NDUCT1VES.

tervalle de temps qui les sépare un angle appréciable, et les deux images ne paraîtront pas à la même distance que si le miroir eût été immobile ou les étincelles simultanées. Comme l'observateur ne pouvait pas viser autour du miroir dans toutes les directions, il fallait, de plus, que les différentes étincelles fussent assez voisines pour être aperçues du même point par réflexion dans le miroir, et que le phénomène se produisit juste au moment où le miroir était dans une telle position que la lumière réfléchie fût dirigée vers l'observateur. La disposition de l'appareil était la suivante :

Six boules de métal (fig. 168) étaient disposées suivant une même horizontale et rapprochées en trois groupes de deux boules équidistantes. Un arc conducteur partant de l'armature extérieure

Fis. 168.

une bouteille de Leydc L se rendait au système de boules où il était interrompu trois fois, en A, B et C, et retournait ensuite à l'armature intérieure en passant par un excitateur d'une forme particulière E relié au miroir tournant. Les deux boules de chaque groupe 1 et 2, 5 et 4, étaient séparées par un intervalle de ~ de pouce ou 2mm,5 et deux boules de deux groupes voisins, 2 et 3, 4 et 5, étaient réunies par des conducteurs de grande résistance F et F'. Chacun de ces conducteurs était formé d'un fil de cuivre de ~ de pouce de diamètre (lmm,7) disposé suivant 10 lignes parallèles de 120 pieds de longueur distantes de 6 pouces ; la longueur était donc de 565 mètres.

Le miroir M, formé d'un disque d'acier poli d'un pouce de diamètre, était porté par un axe de rotation mis en mouvement par

l'intermédiaire d'une corde et d'une poulie ; cet axe était muni de deux boules excentriques, dont l'une b provoquait l'étincelle au moment voulu en passant dans le voisinage d'une plaque conductrice P, et dont l'autre b' servait de contre-poids. L'axe de rotation était mis en communication avec l'appareil à boules, par un fil conducteur ; la plaque P touchait un conducteur E dont la communication avec l'armature intérieure de la bouteille était encore interrompue par un petit intervalle. Cette bouteille était d'ailleurs reliée à une machine électrique marchant d'une manière continue, et l'on obtenait ainsi une succession d'étincelles.

Pour déterminer la vitesse de rotation du miroir, M. Wheatstone avait d'abord adapté une syrène à l'axe tournant, mais le son était toujours trop aigu pour être évalué avec précision, et l'expérience montra qu'en adaptant un morceau de papier à la boule b, les chocs de ce papier à chaque rotation sur la plaque voisine suffisaient à produire un son très-pur dont la tonalité fut facile à déterminer. La vitesse de rotation a atteint, dans ces expériences, jusqu'à 800 tours par seconde.

440. Les images dans le miroir des trois étincelles A,B et C, qui sont des points situés sur une même horizontale quand le miroir est immobile ou tourne très-lentement, paraissent au contraire trois bandes verticales (fig. 169 et 170) allongées lorsque la rotation est très-rapide. Ces trois bandes sont d'égales longueurs, mais elles ne commencent pas au même instant : celle du milieu B est située un peu plus haut ou plus bas que les deux autres, suivant le sens de rotation du miroir, et sa position indique qu'elle est toujours en retard. Il résulte de là deux conséquences importantes : d'abord l'étincelle elle-même dure un certain temps puisque l'image n'est pas un point, et, en second lieu, l'électricité met un temps appréciable à parcourir l'arc compris entre deux étincelles.

Le plus grand allongement de l'image observé a été une bande qui était vue du miroir sous un angle d'environ 24°. Cet angle est le double de la rotation du miroir pendant la durée de la décharge. En effet, soit M et M' (fig. 171) les positions du miroir au commencement et à la fin de l'étincelle placée en S, a la rotation du miroir, S' et S" les images des extrémités de la bande lumineuse, et i l'angle du rayon incident SO avec le miroir M dans sa

DÉCHARGES CONDUCTIVES. 45

première position. On a, d'après les lois de la réflexion de la lumière,

S'OP=POS = i\ S"OP'=P'OS=i — a;

on en déduit

S'OS" = S'OP' — S"OF = S'OP -Ha — S"OP' = 2a.

L'angle des extrémités de l'image étant de 24°, la rotation du miroir avait été pendant ee temps de 12°, ce qui, à raison de

C B A Fis. 169.

Fi». 170.

800 tours par seconde, correspond à un intervalle de temps égal

à = de seconde, ou environ 42 millionièmes.

Dans ce cas, limage intermédiaire était en retard sur les deux autres d'un demi-degré, ce qui correspondait à une rotation de

de deerré ou à une durée de

de seconde.

Si Ton admet que l'électricité a cheminé dans un sens déterminé et d'un mouvement uniforme d'un bout à l'autre du fil AB, la vitesse de propagation a dû être de 565 x 1152000 mètres, c'està-dire environ 420 kilomètres. La vitesse serait moitié moindre si l'on admettait, au contraire, que les deux fluides se soient rejoints au milieu du fil en faisant chacun la moitié du chemin. On voit, de toutes façons, que la propagation de l'électricité dans un fil conducteur est un phénomène comparable à la propagation de la lumière dans le vide, laquelle est sensiblement de 500 000 kilomètres à la seconde.

Un des résultats les plus importants à noter dans les expé-

riences de M. Wheatstone, c'est que les deux étincelles extrêmes A et C se produisent au même instant, comme si rien ne distinguait l'une de l'autre les deux armatures de la bouteille de Leyde. L'explication de cette coïncidence est toute naturelle dans l'hypothèse des .deux fluides, chacun d'eux s'éloignant de l'armature correspondante et avec la même vitesse ; mais, dans l'hypothèse d'un seul fluide, il paraît difficile de comprendre que les étincelles extrêmes soient simultanées.

Toutefois M. Wheatstone ne pensait pas avoir épuisé la question et il laissait encore à déterminer comment la vitesse de propagation de l'électricité, ainsi que la durée de l'étincelle, varient avec la nature du circuit conducteur et la tension de la source. 11 avait constaté déjà que les étincelles de la grande machine magnétique de Saxton donnaient dans le miroir une image très-allongée, même pour une faible vitesse de rotation.