Décharges des bobines d'induction. — Le mélange d'ai

grettes et d'étincelles est presque toujours la forme que prennent les décharges de la bobine d'induction dans l'air, à la pression atmosphérique. Si les interruptions du courant inducteur sont rapides, ce qui a lieu avec les bobines de dimensions moyennes, les décharges paraissent se produire d'une manière continue, et sont composées d'une flamme violacée et d'étincelles ayant l'apparence de traits de feu. La flamme a une durée sensible, car elle s'élargit quand on l'examine dans un miroir tournant (M. Lissajoux), tandis que le trait de feu est instantané, et ces deux parties de la décharge peuvent être modifiées séparément par des influences extérieures. Ainsi, quand on projette avec un soufflet ou avec la bouche un courant d'air sur la décharge, la flamme est déviée par le courant, et l'étincelle continue de se propager en ligne droite avec quelques jets de feu latéraux (M. Du Moncel). Il suffit même de placer un corps étranger quelconque, conducteur ou non, dans le voisinage des deux points entre lesquels éclate la décharge, pour en séparer les deux éléments : l'aigrette n'est pas modifiée, le trait de feu se dévie et va d'une pointe à l'autre en touchant le corps voisin (M. Perrot). On peut d'ailleurs de plusieurs manières séparer la flamme de l'étincelle; M. Perrot (*) a obtenu ainsi la production de ces deux formes de la décharge sur deux dérivations différentes du circuit total, ce qui promet d'en étudier séparément les propriétés.

517. Lueur et décharge obscure. — Il arrive quelquefois qu'une machine électrique en activité présente aux extrémités des conducteurs, surtout quand elles sont terminées par des boules de petit diamètre, une lueur d'un éclat et d'une étendue variables, tranquille, continue, et qui n'est accompagnée d'aucun bruit. Faraday, qui a étudié avec beaucoup de soin cette décharge particulière, a constaté que, pour transformer l'aigrette en lueur dans Pair ordinaire, il faut diminuer les dimensions du conducteur aux points ou se fait la décharge, forcer le débit de la machine et éloigner tous les corps étrangers. Ainsi, le conducteur d'une machiue étant muni d'une tige arrondie de petit diamètre de manière à obtenir une lueur, il se forme des aigrettes quand

(*) Annales de Chimie et de Physique, 3e série, t. LXI, p. 214.

DECHARGES DISRUPTIVES.

on ralentit ou qu'on arrête la machine. L'appareil fonctionnant de manière à produire des aigrettes, l'approche d'une pointe aiguë suffit pour transformer les aigrettes en lueurs. Enfin, si la machine tourne assez rapidement pour[donner une lueur et qu'on en approche la main, la lueur se contracte d'abord, puis se transforme en aigrettes avec de grandes ramifications. On peut encore, en présentant au conducteur de la machine une petite boule munie d'une pointe, en tirer des étincelles des aigrettes ou des

Fig. 191.

Fig. 192.

lueurs, suivant que la direction de la pointe se rapproche plus ou moins de la normale au conducteur.

Il est impossible d'apercevoir dans ces lueurs des décharges intermittentes ; elles paraissent donc être le siège d'une communication continue d'électricité à l'air ambiant, ce que semble indiquer encore l'existence d'un courant d'air assez rapide au point où elles se manifestent. La lueur négative est beaucoup plus difficile à obtenir dans l'air que la lueur positive ; mais c'est particulièrement dans les gaz raréfiés qu'on observe ces appa-

rences, et le passage de l'aigrette à la lueur se fait alors par une série de transitions insensibles.

518. Illumination des gaz raréfiés. — Supposons, par exemple, qu'on fasse l'expérience avec un œuf électrique. L'appareil étant rempli d'air à la pression ordinaire, on met la garniture inférieure en communication avec le sol, et la garniture supérieure à une petite distance du conducteur de la machine. Si la distance des deux boules de l'œuf n'est pas trop grande, il se produit à chaque élincelle extérieure, une étincelle ordinaire en zigzag entre les deux boules (fig. 191).

A partir de ce moment , si l'on raréfie graduellement l'air contenu dans l'œuf électrique, le phénomène se modifie : l'étincelle fournit d'abord des ramifications latérales, puis se transforme en une véritable aigrette.

A la pression de 5 ou 6 centimètres, il s'échappe de la boule supérieure qui est positive, une multitude de bandes de couleur pourpre, dont les unes sont dirigées vers les parois de l'œuf, tandis que d'autres constituent un faisceau de rubans lumineux ayant la forme d'un fuseau, et aboutissant à la boule négative. En même temps, cette dernière boule et la tige qui la supporte sont enveloppées d'une couche épaisse de lumière violacée (fîg. 192).

Enfin, à la pression de quelques millimètres , l'intervalle des deux boules est rempli par une colonne fusiforme de lumière pourprée, dont l'éclat va en augmentant graduellement vers les extrémités, surtout du côté de la boule positive, et la boule négative est toujours enveloppée d'une auréole de couleur violette (fig. 195).

Il est difficile de saisir le moment à partir duquel l'aigrette a perdu son caractère, mais à une pression faible il est clair que le phénomène est transformé : ce sont de véritables lueurs.

Fia. iyô.

DÉCHARGES DTSRUPTIVES. 131

519. Si la garniture supérieure de l'œuf est mise en communication directe avec le conducteur de la machine ou terminée par une pointe qui donne un flux continu, la décharge ne se produit plus à une aussi grande distance; la boule positive donne une gerbe de lumière pourpre, la boule négative est enveloppée d'une auréole violacée, mais la gerbe et l'auréole sont séparées par un intervalle complètement obscur, au moins par comparaison avec les portions voisines (fig. 194). Cet espace plus sombre qui s'observe dans tous les gaz est nécessairement le siège d'un mouvement des fluides électriques, et c'est là ce que Faraday appelle la décharge obscure. Toutefois, il est difficile d'affirmer qu'il ne s'y produise aucune apparence lumineuse ; l'obscurité n'est probablement pas absolue et ne paraît aussi complète que par un effet de contraste.

520. Dans l'azote pur, les résultats sont sensiblement les mêmes que dans l'air ; les autres gaz donnent lieu à des variations de forme analogues, mais la couleur est très-différente d'un gaz à l'autre. En même temps, les caractères que nous avons signalés pour les deux pôles sont généralement moins manifestes, et quelquefois il est difficile de distinguer les deux électricités. Faraday a même obtenu une lueur, très-faible il est vrai, dans l'essence de térébenthine.

On répète facilement ces expériences en mettant les deux garnitures de l'œuf électrique en communication avec les deux pôles de la machine de Holtz, soit directement, soit avec une interruption sur le trajet pour provoquer une étincelle auxiliaire. On peut alors mettre l'une ou l'autre des garnitures de l'œuf électrique en communication avec le sol, ou les isoler toutes deux; les apparences ne sont pas sensiblement modifiées.

521. Les bobines d'induction donnent des résultats tout à fait semblables et ici il n'y a plus d'utilité à recourir aux étincelles extérieures puisque, d'après la nature même du phénomène, les décharges sont toujours discontinues. La figure 194 représente, par exemple, les lueurs que l'on obtient à la distance de 30 centimètres avec de l'air à une pression de quelques millimètres. Si la bobine est suffisamment puissante pour franchir cet intervalle, les décharges directes passent seules; l'œuf est traversé par une belle gerbe lumineuse rougeâtre partant de la

152 TRATTÉ D1ËLECTRÏCITÉ STATIQUE.

boule positive et s'éteignant à quelque distance de la boule négative; celle-ci, ainsi que la tige correspondante, est enveloppée par une auréole violacée formée de trois couches différentes, et séparée de la gerbe par un intervalle obscur.

L'auréole d'un bleu violet qui entoure le pôle négatif dans les décharges des bobines a été signalée d'abord par MM. Masson et Bréguet (l) ; elle jouit de propriétés curieuses. M. Hittorf (2) a constaté que, dans l'air raréfié à une pression inférieure à 2 millimètres, l'auréole bleue négative se répand d'autant plus que la surface du conducteur qu'elle entoure diminue. Si ce conducteur est formé par un fil affleurant au milieu d'un tube de verre, l'auréole a la forme d'une boule et, lorsque la pression diminue suffisamment, elle peut s'étendre jusqu'à la lueur du pôle positif en supprimant d'une manière complète l'espace obscur qui les séparait. Cette auréole négative paraît être le siège d'une résistance particulière au passage des décharges. Ainsi, quand les deux électrodes sont les mômes et qu'elles sont soudées dans un tube de verre renflé au voisinage de l'une d'elles, le courant est sensiblement plus intense si le pôle négatif se trouve dans la partie large du tube. M. Hittorf a vérifié d'ailleurs, à l'aide d'un micromètre à étincelles placé en dérivation sur le circuit, qu'avec un tube dont l'une des électrodes A est placée dans une boule sphérique et l'autre B dans un lube cylindrique de diamètre plus petit, la résistance au passage des étincelles est 20 fois plus grande quand le pôle négatif est en B que s'il est en A.

Si le fil qui aboutit d'abord à la sphère est prolongé de manière à se terminer dans l'intérieur du cylindre, il arrive même que la lueur négative ne se produit plus.

522. Stratification* de la lumière électrique. — L'étllde de la

décharge des appareils d'induction a fait découvrir encore un phénomène curieux, observé d'abord par M. Ruhmkorff, puis étudié à peu près à la même époque par M. Quet (5) et par M. Grove (4).

(*) Annales de Chimie et de Physique, 3e série, t. IV, p. 145 (1842).

(2) Pogg. Afin., t. CXXXVI, p. 1 et 197. — Annales de Chimie et de Physique, 4e série, t. XVII, p. 487.

(3) Comptes rendus de V Académie des sciences, t. XXXV, p. 949 (1852).

(4) Annales de Chimie et de Physique, 3e série, t. XXXVII, p. 376 (1853).

Lorsqu'avant de faire le vide dans un œuf électrique on y introduit des vapeurs d'alcool, d'essence de térébenthine ou d'un carbure d'hydrogène quelconque, de sulfure de carbone, de bichlorure d'étain, etc., et qu'on y fait passer les décharges d'une

Fis. 194.

Fis. 195.

bobine, on voit la nappe lumineuse divisée par des bandes obscures nombreuses, normales en chaque point à la direction du jet de lumière dont elles figurent les orthogonales (fig. 195) ; l'auréole négative et l'espace obscur ne paraissent pas modifiés.

Ces strates se produisent dans tous les tubes à gaz raréfiés, et occupent dans chaque cas des positions à peu près fixes, quoiqu'elles éprouvent une sorte de vibration lorsque l'appareil d'induction fonctionne d'une manière continue. La distance des strates et leur éclat dépendent de la nature et de la pression du gaz, des dimensions des tubes et de l'énergie des décharges ; elles sont naturellement plus marquées quand la lumière générale est ellemême plus vive, et que le diamètre du tube est plus étroit. La fig. 196 représente un de ces appareils formé d'une succession d'ampoules et de tubes cylindriques ; les s (ratifications s'étendent depuis l'électrode positive jusqu'à une certaine distance de l'électrode négative.

Les mêmes stratifications s'obtiennent par les bouteilles de Leyde, comme l'a montré M. Van dcr Willigen (*), mais à con-

dition de ralentir la décharge en la faisant passer par une corde mouillée, ou d'employer des charges très-faibles (M. Quet). La machine de Holtz produit quelquefois des strates quand on choisit convenablement les dimensions d'une étincelle auxiliaire, mais on les obtient aisément par l'introduction d'une grande résistance sur le circuit, suivant la méthode de M. Van der Willigen. Enfin, si l'on électrise un tube à gaz raréfié comme on le ferait pour une bouteille de Leyde, en mettant un des fils en communication avec une machine et appliquant sur le tube une feuille d'étain non isolée ou le tenant à la main, on peut observer encore des stratifications très-marquées (MM. Quet et Séguin).

(*) Annales de Chimie et de Physique, 3e série, t. I, p. 126.

DÉCHARGES DISRUPT1VES. 155

523. L'explication de ces stratifications ne parait pas encore établie d'une manière définitive. M. Grove considère les étincelles d'une bobine d'induction comme formées par une succession rapide de décharges partielles, ce qui a été confirmé par les observations récentes (456 et 457), et il voit dans les stratifications un phénomène d'interférences entre ces décharges successives de sens contraires, analogues aux interférences des ondes sonores ou lumineuses; il fait remarquer, à l'appui de cette explication, que Ton réussit souvent à supprimer les strates en opérant une rupture brusque du courant inducteur, ou en établissant une interruption sur l'un des fils de communication, interruption dont l'effet serait de supprimer l'un des courants.

Il n'est pas facile de concevoir comment peuvent se produire des interférences entre deux systèmes de décharges qui ne sont pas simultanées mais alternantes, et, si ces deux courants interviennent dans le phénomène, le mécanisme de la production des strates ne doit présenter aucune analogie avec les interférences de la lumière et du son. D'ailleurs, en observant ces strates dans un miroir tournant, M. Fernet a constaté que le phénomène n'est pas stationnaire, comme il le paraît. Dans beaucoup de cas au moins, chacune des électrodes parait alternativement être l'origine des strates, pendant que l'autre est entourée d'une lueur non stratifiée. Cette alternance du rôle des deux électrodes semble exclure toute idée d'interférence.

En outre, la production des strates, soit par une bouteille de Leyde faiblement chargée ou déchargée par l'intermédiaire d'une grande résistance, soit par les étincelles d'une machine, ne paraît pas compatible avec l'hypothèse d'une interférence entre deux courants opposés.

M. Gaugain (*), remarquant que les stratifications se manifestent surtout avec les gaz combustibles, comme les carbures d'hydrogène, et d'autant plus facilement que ces gaz sont en plus forte proportion, attribue le phénomène à la combustion de ces gaz avec les traces d'air qu'il est impossible d'éviter d'une manière absolue. Dans ce cas, un tube à stratifications devrait finir par s'épuiser quand tout l'oxygène ou les gaz comburants au-

(*) Compte rendus de V Académie drs sciences, t. XL, p. 1030.

raient disparu, ce qui ne devrait pas tarder longtemps ; l'expérience ne parait pas confirmer cette conséquence.

M. Reitlinger (*) admet, d'une manière plus générale, que les strates sont dues à des actions chimiques, combinaisons et décompositions simultanément. 11 remarque, par exemple, qu'on n'obtient pas de strates dans les gaz simples, comme l'azote, et qu'il suffit d'introduire dans ce gaz des traces d'hydrogène pour que les stratifications apparaissent. De même, dans un tube à renflements préparé avec de la vapeur d'eau, la lumière des parties étroites montrait les raies de l'hydrogène et le spectre des parties larges était celui de l'oxygène. Dans le vide barométrique ne renfermant que des vapeurs de mercure, il obtint seulement une lumière blanche homogène non stratifiée, tandis que l'introduction de traces d'air faisait apparaître des couches alternatives plus ou moins brillantes. Ce genre d'expériences présente les plus grandes difficultés. On a déjà beaucoup de peine à préparer un gaz sensiblement pur à la pression atmosphérique, c'est-à-dire de façon que les gaz étrangers ne forment qu'une très-faible fraction du mélange. Mais, quand il s'agit d'obtenir dans un tube de verre, à l'aide d'une machine pneumatique, un gaz à la pression de quelques millimètres, toutes les causes d'erreur, condensation de l'eau ou deé, vapeurs étrangères à la surface des parois du verre, vapeurs que laissent échapper les huiles d'une machine à piston, vapeurs de mercure d'une pompe barométrique, et autres circonstances plus ou moins connues, finissent par acquérir une telle importance, quelque soin que l'on prenne, qu'on ne peut jamais répondre de la pureté ni même quelquefois de la nature du gaz qui reste dans les appareils à étincelles. On conçoit alors combien il est difficile de mettre à l'épreuve de l'expérience une explication basée sur la pureté absolue des gaz qui se trouvent ei* présence.

MM. Quet et Seguin (2), précisant une idée énoncée d'abord par M. Riess, expliquent les stratifications en admettant que la masse de gaz se subdivise, sous l'influence des deux électrodes, en zones successives électrisées en sens contraires, analogues à celles qu'on observe avec les corps mauvais conducteurs (100), et

(') Annales de Chimie et de Physique, 3B série, t. LXVIf, p. 114. T2) Annales de Chimie et de Physique, 5e série, t. LXV, p. 317.

DÉCHARGES DISRUPT1VES. 157

dont les tubes étincelants donnent une image agrandie. Ces zones successives excercent entre elles des attractions et des répulsions, d'où résulte la formation de couches condensées plus lumineuses et de couches dilatées obscures. On imite d'ailleurs ce phénomène en faisant passer l'étincelle d'induction dans l'air après avoir secoué de la poussière de charbon autour des fils servant à la décharge; l'étincelle prend alors une longueur deux ou trois fois plus grande que d'ordinaire, et elle présente de véritables stratifications transversales avec l'aspect d'un chapelet à grains lumineux. Une flamme fuligineuse placée entre les deux électrodes produit aussi le même effet. Enfin, en appliquant aux extrémités d'une plaque de verre, couverte d'une couche assez mince de poudre de charbon de corne tamisée, les deux fils entre lesquels éclate la décharge, on voit les grains de poussière se mettre en mouvement et se ranger finalement en une série trèsrégulière de bandes transversales, séparées par des intervalles de 1 à 2 millimètres, qui rappellent complètement les apparences de la lumière stratifiée.

524. De la Rive (*) a étudié de nouveau ce phénomène des stratifications dans les gaz et observé quelques circonstances intéressantes. Contrairement à l'opinion émise par M. Reitlinger, il a obtenu des stratifications dans des gaz simples préparés avec toutes les précautions qui en pouvaient le mieux assurer la pureté. Ainsi, dans l'hydrogène, elles se manifestaient à la pression de 17 millimètres et aux pressions inférieures; dans l'azote, au contraire, l'expérience étant faite avec un tube d'un mètre de longueur, les stratifications n'ont commencé qu'à la pression de 2 millimètres. De la Rive attribue les stratifications à un effet mécanique. « Ce phénomène consisterait, dit-il, dans des contractions et dilatations alternatives du milieu gazeux, produites par la série des décharges toujours plus ou moins discordantes dont le jet électrique est formé. »

On conçoit, en effet, que les décharges électriques, même en les considérant isolément et quel que soit le mode de production, sont toujours un phénomène discontinu, comme l'ont montré directement les expériences de M. Feddersen. D'ailleurs, les oscil-

(l) Annales de Chimie et de Physique, 4e série, t. VIII, p. 437.

lations produites dans un tube à stratifications peuvent être assez sensibles pour se transmettre à une colonne de mercure en communication avec le gaz. De la Rive a constaté ainsi, en faisant passer les décharges de la bobine dans un tube de 16 centimètres de long et 5 de diamètre, des oscillations qui pouvaient atteindre une amplitude d'un demi-millimètre.

Les stratifications seraient donc, d'après de la Rive, un phénomène analogue aux ondes sonores, c'est-à-dire un phénomène mécanique provenant d'une succession d'impulsions isochrones exercées sur la colonne gazeuse raréfiée, ce qui présente quelques analogies avec la théorie de M. Grove. Comme nouvelle preuve à l'appui de cette explication, de la Rive cite encore le trouble qu'éprouvent les stratifications quand on introduit une nouvelle quantité de gaz dans le tube en l'y faisant entrer au voisinage de l'une ou l'autre des électrodes; mais des perturbations de cette nature sont faciles à prévoir et doivent être compatibles avec une théorie quelconque. La question, en définitive, ne parait pas encore résolue.

525. De la Rive a observé aussi d'autres phénomènes que présentent les différentes parties du jet électrique stratifié, ce sont des variations de résistance et de température.

Pour déterminer les changements de résistance, il introduit dans le tube à gaz deux disques de platine de 7mm de diamètre placés normalement au tube et à 5 centimètres l'un de l'autre. Ces deux disques sont reliés ensemble par un corps mauvais conducteur et communiquent séparément avec deux fils qui vont à un galvanomètre. L'ensemble des deux disques constitue une sorte de sonde électrique; il forme, en effet, avec le fil du galvanomètre, un circuit dérivé dans lequel passe une fraction de la décharge d'autant plus grande que l'intervalle compris entre les deux disques offre plus de résistance.

La sonde étant placée dans le voisinage de l'une des électrodes, on peut, en manœuvrant le commutateur de la bobine, faire en sorte qu'elles soient plongées alternativement dans l'espace obscur qui sépare les deux nappes lumineuses, ou dans l'auréole stratifiée qui émane de l'électrode positive. Voici le résumé de quelques expériences :

DÉCHARGES DISRUPTIVES.

NATURE DU GAZ

PRESSION

DÉVIATION DU