Comme la tourmaline est un corps mauvais conducteur

I; Phil. tram., \ot. LI» p. 403, (1750.)

496 TRAITÉ D^ÉLKGTRlCrrÊ STATIQUE.

de rélcctricité, on peut aussi rélectriser par frottement; si Ton combine cette propriété nouvelle avec la précédente, et surtout si les deux pôles du cristal éprouvent des changements de température différents, il peut en résulter des efTcts exti*émcinenl complexes qui ont rendu très-difficile l'étude de ce phénomène.

Ainsi, pendant qu'un cristal se refroidit, on peut électriser par frottement le pôle qui doit devenir négatif. Cette extrémité donne alors des signes d'électricité positive, de sorle que la tourmaline semble électrisée d'une seule manière dans toute son étendue. D'autre part, quand une baguette de tourmaline se refroidit uniformément, l'une des extrémités A étant positive et l'autre B négative, il y a nécessairement vers le milieu un point neutre. Si, en même temps qu'on laisse refroidir l'extrémité A, on échauffe l'autre extrémité, on voit que les deux pôles extrêmes seront positifs ; mais alors la région moyenne du cristal est négative, et elle possède une quantité d'électricité égale à la somme de celles qui existent aux extrémités. Dans ce cas, le cristal entier se comporte comme s'il était formé de deux cristaux différents, ajoutés bout à bout par leurs pôles de mêmes signes, et il existe deux points neutres. On peut aussi faire en sorte que l'un des points neutres soit à une extrémité, ce qui donne lieu à un grand nombre de combinaisons, sur lesquelles il est inutile d^insister.

990. Toutes ces particularités présentent la plus grande analogie avec les pôles des aimants ordinaires et la distribution du magnétisme dans les barreaux aimantés à points conséquents, (lanton a retrouvé aussi le phénomène corrélatif delà rupture des aimants. En brisant une tourmaline qui se refroidit et qui possède deux pôles électi'iques seulement, il a constaté que les morceaux présentent chacun deux pôles, et que les extrémités nouvelles correspondant à la rupture sont de signes contraires.

Brewster (') a montré qu'il en est ainsi pour les plus petits fragments. Quand on jette sur une lame de verre la poussière obtenue en broyant une tourmaline dans un mortier d'acier, on reconnaît qu'elle n'y adhère pas, si la lame est à la température ordinaire; mais, aussitôt qu'on chauffe la lame, l'adhérence

[*, Annales tic Chimie cl de VUysiquc^ *i« série, l. XXVUi, p. lOl.

DES SOURCES D'ÉLECTRiaTÉ. 407

devient maiiifesie, et si Ton agite la poudre, elle a une tendance évidente à se réunir en pelotons qui rappellent rexpérience du spectre magnétique.

991 . M. Becquerel (*) a employé une méthode ingénieuse pour évaluer les quantités d'électricité développées pendant réchauffement ou le refroidissement. La tourmaline est placée dans une chape en papier suspendue par un fil de cocon dans Tintérieur d'un vase en verre. Dans ce vase et à peu de distance des extrémités du crislal sont deux tiges qui communiquent avec les pôles d'une pile sèche. Aussitôt que la tourmaline est devenue électrique, elle se place dans la ligne des tiges et, si on la dérange de cette position, elle y revient par une suite d'oscillations dont la vitesse peut servir à délerminer la quantité d'électricité qui existe aux extrémités. Toutefois, à cause des propriétés isolantes de la tourmaline, les charges électriques se conservent longtemps, de sorte que la durée des oscillations qui s'effectuent pendant un changement de température déterminé dépend, non pas seulement de cette variation de température, mais de la quantité d'électricité accumulée déjà depuis le début de Topération. La charge réelle est alors, sauf la déperdition, l'intégrale de toutes celles qui se sont développées, par suite des changements de température successifs.

992. Cette propriété constatée d'abord dans la tourmaline, puis étendue à un grand nombre d'autres cristaux naturels ou artificiels, a reçu le nom de pyro-électricité pour la distinguer de la thenno-éleclricité, réservée à l'ensemble des phénomènes produits par la chaleur dans les métaux et les corps conducteurs. Pour rendre la description des expériences plus rapide, nous appellerons, avec MM. Riess et Rose (*), pôle analogue d'un cristal celui qui devient positif quand la température s'élève, et négatif quand elle s'abaisse, de sorte que le signe d'électricité est toujours le môme que celui de la variation de température, et pôle antilogue l'extrémité dont le signe électrique est contraire à celui de la variation de température.

995. ExpérienoM de H. «aosain. — Les propriétés élecli'iqucs de la tourmaline ont été nettement établies par M. (^:iu-

(1) Atmalet de Chimie et de Physique, 2« série, t. XXXYI, p. 7. [*) Archivée de VélectricUé, t. UI, p. 585.

Il 3t^

gain (') à Taide d'expériences très-ingénieuses. On peut résumer ce travail en disant qu'une tourmaline, qui s'échauffe ou se n^ froidit, doit élre considérée comme une pile électrique, dont la force électromotrice est considérable, mais dont la résistance intérieure est aussi très-grande. Si donc on réunit par un fil extérieur, de résistance X', les deux pôles d'une tourmaline dont la résistance intérieure est X et la force électromotrice E, Tinlensité du courant aura pour expression

^''-X-hX'-./ ^X'V

Si la communication extérieure des deux pôles est métallique, le rapport des résistances - est toujours négligeable, de sorte

que l'intensité du courant ne dépend que de la force électromotrice et de la résistance du cristal. Cet énoncé permettra de comprendre rapidement la suite des expériences.

M. Gaugain a constaté d'abord quelques faits généraux qu'il est utile de signaler. La tourmaline conduit trcs-mal rélectricilé à la température ordinaire : si l'on met un électroscope à feuilles; d'or en communication avec le sol par l'intermédiaire d'un cristal de tourmaline, cette communication n'empêchera pas en général l'éleclroscope de recevoir et de conserver les charges (ju'oii pourra lui transmettre; mais si, après avoir constaté ainsi que l'échantillon sur lequel on opère est dépourvu de conductibihté, on le porte à une température assez élevée pour que les cïïeU électriques disparaissent, on constate qu'il est aloi*s devenu conducteur et peut décharger instantanément un électroscope. Cette observation explique tout naturellement la disparition des signes électriques aux températures élevées, quelles que soient alors les variations de température.

En outre, la tourmaline est hygrométrique, comme le vcriv, et il résulte de cette propriété que, dans certaines circonstances, la conductibilité du cristal peut paraître assez forte, même à la température ordinaire. Nous avons déjà signalé (54) la conduc-

[*) Annales de Chimie et dâ l'hysiguct ô* série, t. LVU. p. 5.

tibilité qu'acquiert une tourmaline en se refroidissant dans Tair, après avoir été chauffée à 500*, et la disparition de cette conductibilité par un lavage à l'eau. On peut admettre que la tourmaline s'altère à une température élevée, et que la surface se recouvre d'une nouvelle substance éminemment hygrométrique ; mais cette explication, toute vraisemblable qu'elle parait, ne doit être considérée que comme une hypothèse, parce qu'il n'a pas été possible de constater que le lavage, qui modifie d'une manière si notable l'action hygi*ométrique de la tourmaline, lui enlève réellement quelque chose.

11 se présente aussi plusieurs autres anomalies. Ainsi toutes les variétés de tourmalines ne sont pas également électriques : les tourmalines du Brésil, vertes ou bleues, sont celles qui fournissent, toutes choses égales d'ailleurs, le plus d'électricité et, dans les échantillons de même teinte, ce sont, en général, les plus claires qui donnent les effets les plus marqués.

M. Becquerel avait exprimé l'opinion que la tourmaline ne laisse point échapper d'électricité, ni n'en prend aux corps voi* sins, parce qu'il n'a pu parvenir à charger un condensateur de Volta au moyen d'une tourmaline dont il élevait la température. Cet insuccès tient à ce que M. Becquerel laissait la tourmaline isolée ; l'expérience réussit très-facilement, au contraire, si l'on met les deux pôles du cristal en communication respective avec les deux plateaux, conséquence naturelle de l'existence d'une force électromotrice entre les deux pôles.

994. Pour recueillir l'électricité d'une tourmaline, il ne faut pas se contenter d'un simple contact ; on enroule un fil de métal en hélice autour des points que l'on veut observer, des extrémités par exemple. On peut ainsi montrer la distribution des potentiels aux différents points d'un cristal. Pour cela, on met des anneaux de fil métallique aux extrémités A et B d'une baguette de tourmaline, un troisième anneau au milieu C, et l'on met ce dernier en communication avec un électro^cope. Quand, le cristal se refroidissant, les extrémités A et B sont maintenues isolées, l'électroscope reste à l'état neutre : le potentiel du milieu de la baguette est donc nul. Si l'on met l'une des extrémités A en communication avec le sol, l'électroscope se charge, par exemple, d'électricité positive. L'extrémité A est alors au po-

tcntiel zéro, et le milieu C à un potentiel égal à la moitié de la différence qui existe entre les deux pôles. En mettant Textrémité B en communication avec le sol et isolant la pi*emière, Télectroscope se charge cette fois d*uue quantité égale d'électricité négative ; le point C est alors à un potentiel égal au précédent et de signe contraire.

M. Gaugain mesurait Télectricité fournie par la tourmaline dans un circuit fermé au moyen d'un électroscope à déchai^ges ; il avait précisément imaginé cet appareil à propos de ses rechei"chcs sur la pyroélectricité. L'un des pôles d'une tourmaline, qui se refroidit ou s'échauffe, communiquant avec le sol, Tautre pôle est relié par un fil conducteur avec un électroscope à décharges. La quantité d'électricité qui s'écoule est proportionnelle au nombre total des décharges, et l'intensité du courant est proportionnelle au nombre de celles qui se produisent pendant Tunité de temps.

995. Si l'on forme une pile de n tourmalines identiques réunies en quantité, l'intensité du courant sera donnée par la formule

n ou, sans erreur sensible,

rintensité du courant sera donc n fois plus grande que si le circuit ne renfermait qu'une seule tourmaline. L'identité des tourmalines n'est pas facile à réaliser, mais il résulte des mûmes formules que, si plusieurs couples différents sont réunis en quantité dans un circuit

Fi" '■'K" •

"* ■ ' qui est fermé par un fil de résistance néglige;i-

hle, rintensité du couranl es! égale à la somme des intensités de tous les couples séparément.

Avec 52 tourmalines dilTérentes, M. Gaugain a formé 8 grou[)es de 4 tourmalines (lig. t287) réunies à l'aide de fils de métal par leurs pôles de mêmes noms. Un ou plusieurs de ces groupes

DES SOURCES DtLEGTRIGITÉ.

étaient placés dans une étuve à air que l'on pouvait démonter rapidement. Les communications étant établies pour l'expérience, on chauffait Téluve à 150"* avec une lampe à alcool, puis on enlevait la lampe, on démontait Tétuve et Ton comptait le nombre total des décharges de Télcctroscope, jusqu'à ce que les tourmalines fussent revenues à la température ambiante. En désignant par les numéros 1, 2, 5, 4, 5, 6, 7 et 8 les différents groupes de tourmalines, on a obtenu les résultats suivants :

GBODPES ASSOCliS

KOMBBE DE 1 fCIIARGES

E» QCA!nTT£

DE L*ÉLECTR0800PE

On voit d'abord que les trois expériences faites avec les six groupes réunis ont donné des nombres très -voisins 57,6 — 58,7 — 60,6; il en est de môme pour les groupes 1 et 4. Le résultat relatif à la pile de six groupes peut être calculé en ajoutant les nombres observés pour les différents groupes considérés deux à deux; on trouve ainsi 18,7 + 17,4 -+-25,7 == 61,8, valeur qui diffère à peine de celles qui ont été obtenues directement. Enfin, en prenant la moyenne 59 pour la pile totale et retranchant de là le nombre 18,7 relatif à la pile (1,4), on trouve 40,3 pour la pile (5, 6, 7, 8), au lieu de 43,1 que donnerait la somme des nombres obtenus pour les piles (5, 6) et (7, 8).

996. Pour une pile de n tourmalines identiques réunies en tension, l'intensité du courant serait

nE

nX H- X'

ou sensiblement

c'est-à-dire la même qu'avec une seule tourmaline. L'expérience a 6té faite avec deux fragments  et B d'une même tourmaline brisée ; on a ainsi obtenu

Avec les deux fragments A -f- B* Avec le premier fragment A. . .

Même expérience

Avec les deux fragments A 4- B.

47,5 décharges.

La moyenne des nombres extrêmes est 47 »2; celle des deux autres est 45,7 ; la différence est insignifiante.

997. Les deux tourmalines A et B ajoutées bout à bout {)ouvent être considérées comme n'en formant qu'une seule ; il en résulte que la force électromotrice d'une tourmaline est, de même que dans une pile de couples de Yolta, proporlionncUe à la longueur. Comme la résistance est en raison inverse de la section, les intensités des courants fournis par des tourmalines différentes doivent être proportionnelles aux sections ; c'est ce que montrent les expériences^ suivantes faites avec trois prismes de longueurs inégales et de sections différentes.