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DES SOIJRCKS D'ÉLECTRICITÉ. 551

On voit immédiatement que, cette table de graduation une fois établie, Tappareil peut servir d*éleclrométre. La sensibilité est d'autant plus grande que le tube capillaire est plus mince, puisque la diflerence de potentiel que Ton introduit modifie simplement la constante capillaire, et que les changements de pression seront, toutes choses égales, proportionnels à la pression primitive. Cet électromètre ne peut servir direclement qu'à l'évaluation de forces éleclromotrices inférieures aux 0,6 d'un Daniell, mais il permet d'apprécier facilement la millième partie de cette quantité ; comme sa capacité électrique est très-faible, il peut mettre en évidence des changements rapides de potentiel, auxquels les électromètres ordinaires ou les galvanomè(i*es les plus délicats seraient insensibles.

Il est facile de construire aussi des électromèlrcs cs^pillaires de dimensions beaucoup plus petites, en observant les déplacements de la surface du mercure dans un tube capillaire, mais alors chaque instrument doit avoir sa table, si le tube n'est pas parfaitement cylindrique. Les indications de ces appareils paraissent indépendantes des variations de température, du moins entre 0*» et 50^

1046. D'après ce qui précède, la constante capillaire, ou la tension superficielle sur la. surface de séparation de l'eau et du mercure, est une fonction de la différence de potentiel des deux liquides. Cette tension superficielle et l'excès du potentiel de l'eau sur le potentiel du mercure sont deux quantités qui augmentent et diminuent en même temps.

Réciproquement, si l'on déforme mécaniquement la masse de mercure, de manièi*e à augmenter sa surface, la différence des potentiels augmente, -ainsi que la tension superficielle; si l'on diminue la surface, la différence des potentiels et la tension superficielle diminuent. Il résulte de là que, lorsqu'on déforme une surface liquide par des moyens mécaniques, la différence des potentiels varie dans un sens tel que la tension superficielle correspondante s'oppose à la continuation du mouvement.

M. Lippmann démontre celte propriété par des expériences très-simples. Deux verres, contenant tous les deux du mercure recouvert par de l'eau acidulée, sont placés l'un à côté de l'autre et mis en communication au moyen d'une mèche de coton ou

TRAITÉ D'ÉLECTRICITÉ STATIQl-E.

d'une bande de papier à filtrer; les deux masses de mei*ciiiT communiquent séparément avec des fils de platine qui ne louchent pas Teau acidulée. On met ces fils en relation avec un galvanomètre, puis on incline Tun des verres : aussitôt Taiguille est déviée, indiquant un courant qui va, à travers le liquide, du vem penché au verre resté droit. On reconnaîtrait de même, au moyen d'un électromùtre, que le potentiel a diminué sur le mercure du verre penché. La différence se dissipe peu à peu et, au bout de quelque temps, les deux masses de mercure reprennent le môme potentiel.

On peut ainsi obtenir par des moyens mécaniques un courant électrique continu. Un entonnoir effilé A (fig. 298) contient du

mercure qui s'écoule par sa pointe au sein d'une masse d'eau acidulée renfermée dans un verre au fond duquel se trouve une couche de mercure B. Au moven de deux fils a et i on met les deux masses de mercure en communication avec un galvanomètre et l'on obtient un courant permanent qui va de l'entonnoir au verre à travers le liquide. Le galvanomètre n'indique alors que la résultante générale du phénomène. Si Ton met, au contraire, les fils a et jî en relation avec un électroinètre capillaire, on observe (|U(. le potentiel du mercure A éprouve des variations périodiques pendant la formation de chacune des gouttes. Ces changements doiment lieu encore à une expérience curieuse. Si, les fils a et ,3 restant isolés, la quantité de mercure est assez faible pour que Técoulenient s'arrête à un certain moment, on peut constater que le mercure de l'entonnoir est à un potentiel plus faible que celui du verre. En joignant les fils a et ;s, il s«» produit un courant continu et l'écoulement recommence, pour cesser encore dès que l'on interrompt le circuit.

1047. Le changement des propriétés électriques d'une surface

par les actions mécaniques est d'ailleurs une conséquence de la

relation qui existe entre la tension superficielle et la différence

des potentiels.

Considérons une masse de mercure en contact avec de Teau

Fig. «î>8.

DES SOURCES D*ÉLECTIUGlTfi. 555

acidulée. Appelons S la surface de contact, A la tension superficielle, et X l'excès du potenliel de Teau sur celui du mercure. Lorsque la surface éprouve une déformation infiniment petite, de manière à devenir égale à S -h rfS, le travail accompli par la tension superficielle est égal à — AdS.

Supposons qu'une quantité d'électricité rfm, fournie par une source étrangère, traverse la surface en allant de l'eau au mercure, il en résultera un changement dx de la différence des potentiels en même temps qu'une modification dS de la surface. Les quantités a: et S étant des variables indépendantes, on peut écrire

àm = XrfS + \Ux.

Le coefficient X peut être appelé la capacité électrique de l'unité de surface à différence de potentiel constante, et le coefficient Y la capacité électrique de l'unité de surface d'une électrode de métal, la surface restant constante. Le travail produit par la masse électrique rfm, qui éprouve une chute de potentiel égale à a?, a pour valeur xdw. Ce travail introduit dans l'appareil est égal au travail nécessaire pour déformer la surface, c'est-àdire à l'accroissement d'énergie de la surface considérée comme une membrane élastique, plus au travail extérieur accompli — AJS. Si l'on répète la môme opération plusieurs fois en sens contraires, de manière que l'état final soit le même que l'état initial, la variation d'énergie sera nulle et le travail électrique

total / xdm sera égal au travail extérieur / — AdS accompli par

l'appareil. On aura donc

/ xàm =1 — ArfS, ou bien

r(ar(/m-f-AdS) = 0.

Si Ton remplace dm par sa valeur, l'expression comprise entre parenthèses devient

xXdS -f- x\%dx -f- AdS ;

cette expression doit être une différentielle exacte d'une fonction

r>54 TRAITE DtLECTRICITK STATSQUF:. |

(les deux variables indépendantes x et S. Il en résulte la condition !

Si les forces éiectromolrices mises en jeu restent toujours insuffisantes pour opérer une décomposition de Tcau appréciable, la quantité totale d'électricité, pour un cycle fermé, doit êtiv

nulle, et Ton a alors / dm = 0. 11 faut donc que dm soit aussi

une différentielle exacte, ce qui donne la condition

Ci) r = Y.

On déduit des équations (1 ) ^i (2)

(î.r il,r^ \ a,r '

On connaît ainsi l'expression des capacités éleclriqucs en fonction de la tension superficielle. Il résulte de là que, si lu tension superficielle est une fonction de la différence des potentiels X, comme l'indiquent les premières expériences, la dérivée de cette fonction n'est pas nulle; la capacité électrique X n'est donc pas nulle el, en changeant la forme de la surface, on doit modifier la différence des potentiels. La réciproque est vraie.

11 faut remarquer toutefois (jue, dans cette démonstration relative au cycle fermé, on n'a fait intervenir que les travaux extérieurs et les modifications (réner«rie potentielle de la surface. On a donc supposé (ju'il n'y avait pas de dégagement de chaleur, ou du moins que, par suite de la rapidité des alternatives, l;i surface n'éprouvait ni perte ni gain de chaleur comme résuhal final. Kn outre, en écrivant que la somme totale des quantilé> d'électricité qui traversent la surface est nulle, on aimet implicitement que les liquides décomposables par rélectricitt', comme Teau, n'ont aucune conductibilité propre indépendante

DES SOURCES D'ËLEGTRIClTfi. û:»5

de réleclrolyse, de sorte que toute quantité d'électricité qui traverse la surface décompose une quantité d'eau qui lui est proportionnelle. Cette proposition est au moins trés-approchée, mais plusieurs physiciens ne la considèrent pas comme rigoureusement démontrée. Enfin, il peut arriver qu'une partie des gaz qui produisent la polarisation des électrodes se dissipe par diffusion dans le liquide, et s'échappe ensuite par sa surface, sans donner lieu à un travail électrique correspondant.

1048. M. Lippmann a construit, d'après ces principes, un moteur électrique dans lequel il a rèalisj; les conditions du cycle fermé. L'appareil est formé de deux paquets de tubes capillaires plongeant séparément dans des vases qui contiennent une couche de mercure recouverte d'eau acidulée. Ces paquets de tubes sont portés par les extrémités d'un levier qui peut tourner autour, d*un axe horizontal. Quand on met les couches de mercure en communication avec les pôles d'un couple Daniell, la tension superficielle augmente dans le mercure négatif; le paquet de tubes correspondant est soulevé d'une certaine quantité. L'effet inverse a lieu à l'autre pôle, de sorte que le levier éprouve un petit déplacement. Si l'on utilise les oscillations du levier luimême pour faire manœuvrer un commutateur, on réalise un appareil dont le mouvement s'entretient indéfmiment et qui peut être employé comme moteur électrique.

ÉI.RGTRICITÉ ATMOSPHKRIQUE.

1049. La fondre est an phénooiéae électriqae. — L'idée de

comparer les effets de l'électricité avec ceux de la foudre est trés«ancierme, et l'on trouve l'indication de cette analogie dans les travaux de la plupart des physiciens qui ont étudié les étincelles électriques. Les points de ressemblance entre les deux genres de phénomènes devenaient de plus en plus nombreux à mesure que la science de l'électricité se développait ; mais ces rapprochements, plus ou moins heureux, étaient restés à l'état de conjectures jusqu'au moment où Franklin eut l'idée d'en donner une démonstration expérimentale, en soutirant l'électricité d'un nuage orageux.

550 TRAITE D^ÉLECTRIOTË STATIQIJE.

Le 7 novembre 1749, Franklin (*) résumait dans les termes suivants, sur son cahier de laboratoire, les propriétés conununes au fluide électrique et à la foudre : « 1* production de lumière;

— 2* couleur de cette lumière; — 3* direction en zigxag; — 4* rapidité du mouvement; — h"" transmission par les métaux;

— 6* bruit ou craquement dans Texplosion; — 7* propagation dans Teau ou la glace; — 8* rupture des corps traversés;

— 9* mort des animaux; — lO* fusion des métaux; — H* inflammation des matières combustibles; — 12* odeur sulfureuse; » et Franklin ajoute: « Le fluide électrique est attiré par les pointes. Nous ne savons pas si la foudre jouit de cette propriété : mais, puisque les deux phénomènes présentent tant de particularités communes, n'est-il pas probable qu'ils partagent encore celle-ci ? 11 y a lieu d'en faire l'expérience. »

Franklin ne se borne pas à ces indications. Ayant reconnu qu'un tube électrisé de 10 pieds de long se décharge sur une pointe à la distance de 2 ou 3 pouces, il en conclut qu'un nuage électrisé doit se décharger sur la terre à une distance proportionnellement beaucoup plus grande. Pour vérifier si les nuages qui contiennent la foudre sont éleclrisés (*), il propose donc de construire sur une tour élevée une petite guérite, assez grande pour contenir un homme, et munie d'une tige de métal isolée de 20 à 50 pieds de hauteur terminée en pointe. Un observateur placé sur un tabouret isolant et communiquant avec la tige, doit être fortement électrisé au moment où de pareils nuages passeront à une petite distance, et pourra tirer des étincelles des corps voisins. Si l'expérience paraît trop dangereuse sous cette forme, Tobservateur pourra se tenir en communication avec le sol, et approcher de temps en temps du bas de la tige isolée un autre fil de métal relié aussi avec le sol et tenu par un manche isolant. Avant même que lexpérience ait pu être réalisée, Franklin indique comment cette propriété des pointes peut être utilisée dans un but humanitaire, pour préserver de la foudre les maisons, les églises, les vaisseaux et tous les édifices élevés. Une pointe de métal à l'extrémité d'une longue tige attirerait probablement l'électricité d'un nuage d'une

(•) LeUrc au D' Linning, 18 mars 1755. (*) Lettre à GoUinson, 29 juillet 1750.

manière silencieuse, avant qu*il soit assez rapproché pour se

décharger brusquement.

1050. — Les projets de Franklin furent mis à exécution pour

la première fois en France par Dalibard (^). Au milieu d*une plaine élevée, située à Marly-la-Ville, Dalibard lit dresser une tige de fer, d*environ 1 pouce de diamètre et de 40 pieds de longueur, terminée par une pointe aigué d'acier trempé. Cette tige était soutenue par des cordons de soie, attachés à trois perches de hauteur un peu moindre, et communiquait à la partie inférieure avec un tabouret isolant. Le 10 mai 1752, pendant un temps d'orage, on put tirer des étincelles de la partie inférieure de la tige à l'aide d'un fil de métal tenu par un manche de verre. Cette expérience célèbre confirma d'une manière remarquable toutes les prévisions de Franklin.

L'expérience fut aussi réalisée par Franklin sous une autre forme (*). Impatient d'attendre l'achèvement d'une tour qu'il s'était proposé d'utiliser, il construisit un cerf-volant avec un mouchoir de soie, afin qu'il pût mieux résister à la pluie. Le cerfvolant était tenu par une corde de chanvre munie d'un bout de soie à la partie inférieure. Un nuage orageux vint à passer sans qu'on pût manifester la moindre trace d'électricité. Franklin désespérait du succès de son expérience quand il vit tout à coup les filaments de la corde se dresser dans toute la longueur; en présentant une clef à la partie inférieure de la corde, il en tira une puissante étincelle. Les efTets furent surtout marqués quand une petite pluie vint mouiller la corde de manière à la rendre conductrice ; on pouvait en tirer de longues étincelles, charger une bouteille de Leyde, enflammer l'alcool, répéler en un mot toutes les expériences d'électricité ordinaire.

L'année suivante, de Romas (*) fit l'expérience du cerf-volant în France, sans savoir qu'elle avait déjà été exécutée par Franilin. De Romas eut l'idée heureuse de rendre la corde plus conductrice en l'entrelaçant d'un fil métallique. Cette corde était mroulée sur un treuil isolé qui permettait de la développer plus

(>) Franklin. Expériences tur V électricité, traduction française par Dalibard, . il, p. 67.

(*) Lettre à Collinson, 10 octobre 1752. (>) Mémoireê des savante étrangers, t. U, p. 393, et t. ]V, p. 51 i.

558 TRAITÉ D'ELECTRICITE STinQCE.

OU moins, sans qu'on fût oblige d'y toucher. Il obtint tous les efTeis électriques qu'avait déjà observés Franklin : pendant un orage assez faible du 16 août 1 757, il tira de la partie inférieure de la corde des étincelles qui avaient jusqu'à 4 mètres de longueur et près de 3 centimètres d'épaisseur, et produisaient plu^ de bruit que des coups de pistolet. Il était démontré par là que les expériences pouvaient être ti-cs-dangei-euscs- malgré tuute> les précautions dont on pût s entourer : la mort de Richmanii, frappQ d*un coup de foudi-e à Saint-Pétersbourg dans le voi>inage d'un appareil qui lui senait à étudier l'électricité de^ orages, fit bientôt renoncer les physiciens à ce genre d'observations.

1051. — Dans le mois de scptembi^e 175*2. Franklin (M fit ériger sur sa maison une tige de métal isolée qu'il termma à la partie inférieure par un carillon électrique, ]K>ur être pré^euu du moment où l'appareil serait électrisé. Les timbres sonnaient quelquefois sans qu'il y eût apparence d'éclairs ou de tonnerre, mais seulement au passage de nuages noirs au-dessus de la tige ; [larfois la sonnerie s'arrêtait brusquement à la suite d'un éclair : d'auti'es fuis elle se mettait st'ulenient en marclie a|»rL*> l'appariliuii d'un iclair: tantôt les étincelles ^e succédaient à de longs intervalles, tantôt elles étaient très-i-apide- et tormaieiil une traînée continue entre les tnibres. Tendant rhi\er suivant. il cheivha quelle était la nature de rêlectricité par la ehar«'e que la tige donnait à une hou cille de l.eMle: il c^jnclut d'un grand nombre d'ob^el\ation^ que les nuage< ordiieux sont êlettrisés tantôt dans un son>, tantôt en 5m:ii> contraire, mais le |»lii> souvent d'électricité négati\e.

IUo*2. LVlectrisatiou de> nua^e> et re\i>tencê d'eKvtricités kIc >igues conti-aires étant démontrêe>. h fuudre devient alors un phénomène enlièrenienl eompaiablo aux décliarijt-s des batteries, tjuand une déchaiw électrique a li- u, >««it eiitie deux nuage:* difféients. Siût entre un nuage et un obj» t quelconque eunnnuniquant avec la surfau- du s^d, auquel ia> on dit que la fuudree>l tomkv. les etiets proiiuits sont, dans des j'rr"kf*ortions plu> grandes, identiques ,^ ceux qu'on obtient par rèlectricité des

machines : le bruit de la décharge ou le tonnetTe, la forme en zigzag des éclairs, leur couleur, Todeur sulfureuse qui rappelle Tozone, les décompositions chimiques, la fusion des métaux, la rupture des corps mauvais conducteurs, Tintlammation des substances combustibles, Taimantation et la désaimantation de Tacier, l'illumination des pointes soumises à rinfluence de nuages électrisés, les actions physiologiques produites soit par des étincelles directes, soit par suite du choc en retour, etc. Nous ne pouvons pas entrer ici dans le détail de tous ces phénomènes. Nous renverrons le lecteur aux ouvrages spéciaux de météorologie, à la remarquable notice d'Arago sur le tonnerre ('), aux atlas sur la marche des orages publiés par l'Observatoire de Paris, etc. Nous insisterons seulement au point de >ue physique sur quelques-unes des circonstances.

1U53. Du tonnerre. — Si les nuagcs étaient des corps conducteurs de lelectricité à la manière des métaux, lorsque deux d'entre eux se rapprocheraient à une certaine distance, il s'y produirait une étincelle électrique, ou un éclair. Si alors ils n'étaient soumis qu'aux seules actions électriques, ils finiraient par se réunir, soit en une masse unique sur laquelle serait accumulée toute Télectricité primitive, soit en masses différentes qui, étant électrisées de la même manière, su repousseraient réciproquement et se sépareraient de plus en plus. Dans ces conditions, Fétat final devrait être précédé d un certain nombre de décharges partielles constituant les éclairs et le tonnerre, et se conserverait jusqu'à ce que chacune des masses principales vint à se résoudre en une pluie qui entraînerait réleclricité vers la terre, ou à passer à une distance assez faible d'un corps conducteur communiquant avec le sol, pour y provoquer une décharge brusque. En réalité le phénomène est beaucoup moins simple. Indépendamment des mouvements que les nuages doivent à l'action de causes étrangères à l'électricité, il faut remarquer que la substance qui constitue les nuages n'est qu'un corps médiocrement conducteur, et qu'au lieu de former une masse continue, elle est agglomérée d'une manière trôs-irrégulière en masses isolées les unes des autres par l'air ambiant, de sorte

(') Annuaire du Butraû tien hn^UudeSf [wiiv l'.iniiéé 1838.

560 TRAITÉ D'ÉLECTRICITÉ STATIQCE.

qu*il peut s'écouler un temps très-long et se produire un grand nombre de décharges partielles, avant que l'état d'équilibre final soit atteint.

<c Un nuage est formé, dit Peltier (Mt d'une foule d'individualités plus ou moins isolées, plus ou moins distinctes et indépendantes : c'est ce qu*on appelle des flocons, des mamelons, des nuelles, etc. Chacune de ces indi\idualités a sa sphère électrique ; puis le nuage tout entier a la sienne. Toutes ces sphcn> électriques sont en équilibi-e de tension entre elles. Loi-squ'une décharge électrique a lieu, c'est l'électricité de la périphérie du nuage qui s'élance en étincelles : elle forme à elle seule le coup de foudre, et aucune portion intérieure n'a pu y concourir à irause de l'isolement dont nous avons parlé. Mais, après que la décharge eitérieurc a rompu l'équilibre, il s'opère une série de décharges partielles entre toutes les individualités composant par leur réunion la nuée générale, jusqu'à ce que toutes les i-éactions se soient équilibrées de nouveau. Ce sont ces dèchar^e:^ multipliées en tous sens, entre les nuelles, leurs mamelons el leurs flocons, qui produisent le roulement et le ronflement du tonnen-e. C'est à cause de ces décharges inlérivures, de leur nipprochenienl ou de leur floii:nement do roliservaleiir, que le bruit parait lanlùl se rapprocher el tanlùl s'éloigner. »

D'apivs colle manièin? de \oii , un coup do lonnenv LontTjl. c'osl-â-diie une décharge électrique entie deux nuages do grandes dimensions, doil èti'e piooédo ot sui^i dun ui»mbro plus ou moins i:rand do dôvliaives pailiollos. Tous tos oiïots se traduisi-nl d'ailk'ui^ par de> vaiialÎMiis lrè^-iapide> sur les èîtx^tromêlres s«.mmis à riutluenco d'un nuaLO «L*lei?lri>è.

IlOi. Avant IVllior, lo j'htnon.ène otail Lvntrralement compris d'uno maniOio liilitTente. Lest-clairs a\anl de crandosdinionsiuns el une uiaroho iiitùuli'.ie en nçi.r^. rob<er%aleur ne perooilpas au mémo momont lo bruit do la dechar-"0 tolàl»^. «juoiijuo la Juive liO rctiiKoUo S'-'il inapfivciabio : rintonsit'.* du son. au Inml duu 001 tain lonips apK^ l\\plosiv'î». d-.f-end du nonibio de ^KMUts >ui\ant losquois lo Ikko ^vnt-îil de r»xlair e-t omipi* |wr uno si»lu IV ;i\a:.t jour oeiitie l'i^ivi.le do l'obsenalour. ol pour

DKS SOLHCES D'ÉLECTRICITÉ. ofil

rayon Tespace parcouru par le son pendant cet intervalle de temps. On expliquait ainsi les renflements du son pendant le coup de tonnerre et l'on attribuait les roulements consécutifs à la réflexion du son, soit sur les nuages eux-mêmes, soit sur les objets terrestres. Ces causes interviennent sans doute pour une part dans le phénomène, mais elles ne permettent pas d'expliquer les roulements qui précédent souvent les coups de tonnerre et présentent la plus grande analogie avec les roulements qui le suivent. La théorie esquissée par Peltier parait plus satisfaisante et, en raison même de la multiplicité des effets électriques qu'elle fait intervenir, elle permet de rendre compte de toutes les observations. Ainsi encore, on peut remarquer qu'un nuage ordinaire parcourt souvent une étendue du ciel considérable sans que la forme de son contour soit sensiblement modifiée. Un nuage électrisé, au contraire, éprouve des transformations continuelles ; on y voit des protubérances se développer et grandir brusquement en certains points, pour se retirer ensuite, dénotant ainsi des mouvements internes dans lesquels les actions électriques entre les flocons et les mamelons jouent probablement un rôle important.

1055. Deséciaini. — Quelle que soit leur forme, les éclairs paraissent le plus souvent avoir une durée très-sensible, mais c'est une illusion due à la persistance des impressions sur la rétine. Pour le démontrer, Wheatstone recevait la lumière des éclairs, pendant la nuit, sur un disque blanc portant des rayon noirs très-serrés, auquel il imprimait un mouvement de rotation très-rapide autour de son centre. Le disque apparaît au moment d'un éclair, mais les rayons semblent toujours immobiles, à cause de la courte durée de Tillumination : la durée d'un éclair est inférieure au temps nécessaire pour qu'un des rayons vienne se mettre à la place du suivant, sans quoi le disque devrait apparaître avec une teinte grise générale. Connaissant la distance des rayons et la vitesse de rotation du disque, on peut en déduire la durée d'un éclair ; les observations ont montré que cette durée n'atteint pas la millième partie d'une seconde de temps, ce qui est tout à fait concordant avec les résultats obtenus pour les décharges de batteries.

1056. Arago a divisé les éclairs en trois classes distinctes. Il 36

Les éclairs de la première classe consistent en un Irait de feu, très-arrèlé sur les bords, dessinant dans l'espace les zigzags les plus prononcés, c'est-à-dire ayant l'apparence d'une étincelle obtenue dans l'air entre deux conducteurs.

La distance d'un éclair à l'observateur peut être déterminée par le temps qui s'écoule entre l'apparition du phénomène et l'audition du coup de tonnerre, à l'aide de la vitesse de propagation du son. D'autre part, si l'on évalue en môme temps Tangle apparent des extrémités de l'éclair, on peut en déduire sa grandeur absolue. Or les observations ont montré que des éclairs de première classe atteignent, dans certains cas, 12 ou même 15 kilomètres de longueur. Ces effets peuvent paraître extraordinaires si on les compare aux étincelles de nos machines; mais il faut remarquer que, dans un espace occupé par des nuages d'une manière discontinue, la propagation des décharges est beaucoup plus facile que dans l'air ordinaire. Les éclairs qui paraissent uniques sont formés sans doute d'une succession d'étinciîlles comme dans les appareils étincelants (774), ce qui peut en augmenter la longueur apparente dans des proportions énormes. D'autre part, la raréfaction de Tair et la hauteur des nua«;es csl déjà assez grande pour faciliter l'écoulement de roiectricilé, et enliii nous avons vu (479) qu'à partir de certaines distances explosives, la longueur des étincelles croît d'une manière beaucoup plus rapide que la différence des potentiels des corps entre lesquels a lieu la décharge. Cette grande longueur des éclaii^s ne peut donc donner aucune idée de la quantité d'électricité accumulée sur les nuages.

1057. Les éclairs de deuxiènie classe, ([u\ sont de beaucoup les plus IVéquents, consistent en lueurs instantanées qui illuminent les nuages, tantôt sur leur contour seulement, tantôt dans toute leur étendue, de couleurs variables plus ou moins intenses; ces éclairs ne sont quelquefois îiccompagnés d'aucun bruit appn''ciable. On doit attribuer ces lueurs soit à des éclairs ordinaires cachés à l'observateur par des nuages intermédiaires, soit à des décharges partielles qui s'effectuent dans l'intérieur d'un nuage entre les élénienls qui le constituent. Les éclairs dits de chaleur formés par des lueurs que Ton aperçoit quelquefois à l'horizon, même sans nuages apparents, rentrent dans la même catégorie

DES SOURCES UÉLtCTRlCITÉ. 505

ît doivent être attribués à des orages, trop éloignés pour être mtcndus, qui illuminent de temps en temps l'atmosphère.

1058. Enfin Arago appelle éclairs de troisième classe un phéloméne en apparence très-différent. On a cru apercevoir quelquefois par les temps d'orage des globes de feu de volume très-variable, qui traversent l'atmosphère avec une vitesse plus ou moins ^ande, se dirigent vers la terre, rebondissent à sa surface comme des balles élastiques, se promènent lentement sans produire aucuns dégiits, môme sur des matières combustibles sans les enflammer, enfin disparaissent subitement, tantôt sans aucun bruit, tantôt avec détonation comparable à celle d'une pièce d'artillerie et en produisant sur les corps voisins les effets habituels de la foudre. Si l'existence du tonnerre en boule avec des propriétés si singulières était parfaitement démontrée, elle constituerait un des problèmes d'électricité les plus difflciles à résoudre ; mais, quand on se reporte aux récits d'après lesquels les boules de feu électriques ont pris crédit dans la science, on voit bientôt que les observations sont dues le plus souvent à des personnes dont l'éducation scientifique était très-insuffisante et qui ont pu se laisser tromper par des illusions grossières.

Si Ton suppose, par exemple, qu'un éclair soit vu dans sa propre direction, il fera sur l'œil de Tobservateur Tcffet d'une boule de feu d'un grand éclat qui paraîtra durer un certain temps, à cause de la persistance des impressions sur la rétine. Que l'observateur reporte alors son regard sur les objets qui l'entourent, il transportera l'impression lumineuse dans la direction de la vision et pourra faire voyager la boule sur des corps quelconques avec une vitesse plus ou moins grande. L'impression s'évanouit ensuite d*elle-môme, surtout si l'esprit de l'observateur est frappé par un autre phénomène qui attire son attention, tel que le bruit du tonneire, qui arrive au bout d'un temps trèscourt après l'apparition de l'éclair si l'orage est très-rapproché, et ce bruit pourra être attribué à l'explosion de la boule qui a disparu. Il existe d'ailleurs des relations d'après lesquelles plusieurs personnes différentes ont vu des boules de feu en môme temps dans différentes parties d'un môme édifice, et l'on peut s'assurer que la plupart des observations citées dans la science peuvent être expliquées de la môme manière.

564 TRAITÉ D^ÉLËGTRICITÉ STATIQUE.

1U59. Du paraUMmerre. — L'Âcadémie des sciences a publié l\ pliisieui*s reprises des instructions pour la construction des paratonnerres. L'une d'elle a été rédigée en 1825 par Gay-Lussac. et deux autres par Pouillet en 1854 et en 1867. Ces instruclions sont la mise en pratique des principes posés d'abord par Franklin. Un paratonnerre se compose essentiellement d'une longue tige de métal terminée en pointe à la partie supérieure et communiquant avec le sol par des corps bons conducteurs. La longueur de la tige et la manière dont la pointe est effilée influent beaucoup sur le jeu électrique d'un paratonnerre. On recommandait autrefois des pointes de platine trés-aiguès, mais l'expérience a montré que de pareilles pointes sont souvent fondues par l'effet des décharges électriques , et que l'extrémité de la tige ne tarde pas à s'émousser. D'ailleurs le platine n'est pas le métal qui convienne le mieux, car il s'échauffe beaucoup, parce qu'il offre une grande résistance à l'électricité, de sorle qu'en réalité il fond plus facilement que le cuivre. La |)oinle qui termine la tige doit être formée , d'après rinslruction de 1854, par un cùne de 30", en platine ou en cuivre platiné pour éviter l'oxydation, ou môme simplement en cuivre. M. IVrrot (') recomuiande, au contraire, de terminer la tige par une couronne de pointes dirigées dans tous les sens ; il croit que les pointes multiples étendent beaucoup le cercle de protection et rendent le paratonnerre plus efficace.

Lu précaution la plus importante est de maintenir une continuité parfaite entre la lige et le sol par un câble conducteur, puis d'établir une communication conductrice entre ce cable el la terre au moyen d'une nappe d'eau, ou d'un sol humide comme le fond d'un puits, ou par tout autre procédé équivalent. Si l'édifice que l'on veut protéger renferme de grandes masses conductrices, comme des charpentes en fer, il est nécessaire de les mettre en communication avec le paratonnerre, car ces masse> métalliques, sous l'influence d'un nuage électrisé, prendront im potentiel très-différent de celui de la lige; il pourra se produia' des étincelles cnlie ces deux conducteurs, et le voisinage du paratonnerre deviendrait un danger plutôt qu'une protection.

' Cninjtirs renthis ilc l Acatièmie tien sciences, l. LVI, p. 3'j7.

DES SOURCES DÉLEGTRICITË. hGh

L'efficacitfî principcilc des pai'atonnerres consiste surtout à décharger d'une manière silencieuse les nuages éicctrisés qui passent dans leur splière d'action, en laissant échapper par la pointe de l'électricité de sens contraire. On est assuré qu'ils remplissent ce rôle, car on les voit s'illuminer pendant la nuit comme les pointes d'un conducteur soumis à une influence électrique. Si le débit d'électricité fourni par la pointe est insuffisant, il peut arriver que le paratonnerre soit foudroyé, c'est-àdire reçoive une décharge directe sous forme d'étincelle ; dans ce cas, l'édifice n'en a pas moins été protégé, mais l'instrument est souvent mis hors d'usage.

Une question difficile à résoudre est de savoir à quelle distance lin paratonnerre exerce une action efficace. On admet généralement, depuis Gay-Lussac, que la protection s'étend horizontalement à une distance double de la longueur de la tige ; mais il ne peut y avoir à ce sujet de régie générale. Les nuages orageux se trouvent à des hauteurs différentes, marchent avec des vitesses variables et possèdent des quantités délectiicité plus ou moins grandes, de sorte que le débit d'électricité que devra fournir le conducteur du paratonnerre dépend d'une foule de circonstances contre lesquelles on n'est jamais sûr d'être absolument garanti. Le moyen le plus correct de soustraire un corps à l'action de l'électricité des nuages serait de l'entourer complètement par un conducteur fermé, ou simplement par une sorte de grillage métallique relié avec la terre à l'aide de communications multiples. En supposant même qu'il n'y ail aucun écoulement d'électricité, un pareil conducteur reste toujours au potentiel du sol et maintient le même potentiel sur tous les corps, conducteurs ou non, qu'il enveloppe. Si ce grillage est en outre muni de pointes nombreuses disséminées de toutes parts, les fuites d'électricité auront lieu de plusieurs côtés à la fois, par l'intermédiaire de conducteurs dont la section sera toujours suffisante, et l'appareil présentera les meilleures garanties de protection. C'est là le principe que M. Melsens a appliqué dans la construction du beau paratonnerre dont il a entouré l'hôtel de ville de Bruxelles. Toutes les parties saillantes de l'èdilice ont été munies de gerbes de pointes reliées les unes aux autres par des conducteurs nombreux qui courent le long du faite des toits.

566 TRAITÉ DÉLEGTRiaTÉ STATIQUE.

contournent les ornements en relief, suivent tous les angles des murs et pénètrent par plusieurs points dans le sol, avec la su^ face duquel ils sont mis en communication pour profiter de la conductibilité qu*y produit la première chute de pluie, et sont enfin soudés aux conduites de distribution d'eau dans la ville. On peut juger que quelques-unes des précautions prises par M. Melsens sont superflues, mais l'ensemble de la construction forme, sans aucun doute, le plus beau modèle de paratonnerre qui ait été réalisé.

1060. Eleetrleité ataMMphériqBc par «n clclsereia. ^— L'ori-

gine de l'électricité des nuages doit être chcrcliée dans un élal antérieur de l'atmosphère; la condensation des vapeurs peut être un moyen d'accumuler sur ces corps assez conducteurs rélectricité disséminée dans un certain espace, mais elle ne pai:ait pas devoir être la source môme de l'électricité, parce que dans tout phénomène pareil il se produit toujours des quantités égales d'électricités de sens contraires. Lcmonnier, en effet, a découvert en 1752 (*), quelques jours après l'expérience de Dalibard, qu'une tige verticale conductrice et isolée s'électrisc presque toujours par un ciel absolument pur et peut donner des étincelles. Il a même constaté les indices d'une variation diurne réjculiére de l'état électrique de l'air, quand le ciel est pur, tandis (|uo l'électricité est généralement insensible par les grands vents, les temps couverts et pluvieux. Cette électricité, fournie par un ciel pur, s'est toujours montrée positive.

10()l . Avant d'aller plus loin dans l'étude de ces phénomènes, il importe de définir exactement le problème et de prèciser quelles sont les conséquences que l'on peut déduire des difl'érentes méthodes d'observation.

Quelle que soit la distribution des couches électriques qui agissent sur les appareils, qu'elles résident à la surface du sol ou dans les régions supérieures de l'almosphère, ou qu'elles soient disséminées dans toute son étendue, il y a en chaque point un potentiel déterminé. La surface du sol, pouvant rire considérée comme un bon conducteur, se trouve à un potentiel constant et forme une surface du niveau. Le potentiel augmente

(*) Mémoires dr VAcndrmie dm xciencen (I7;*>2), p. "ITCt,

DES ISOURCES DÉLECTRiaTÉ. 567

en valeur absolue quand on s'élève, puisqu'une tige isolée verticale se charge d'électricité positive à sa partie inférieure. Si le ciel est pur et l'air calme, les surfaces de niveau électrique audessus d'une plaine doivent former, par raison de symétrie, une série de plans horizontaux, tandis qu'elles se relèvent dans le voisinage d'une montagne et reproduisent d'une manière plus ou moins fidèle tous les accidents qui existent à la surface du sol. La seule quantité qui soit définie et qu'il y ail à déterminer, c'est la , différence de potentiel qui existe entre un point de l'atmosphère et le sol lui-même, sans (jue cette observation isolée puisse rien indiquer sur la position véritable des masses électriques influentes. Les instruments d'observation seront donc d'autant plus parfaits qu'ils détermineront plus exactement cette différence de potentiel. Nous supposerons, pour simplifier le langage, que le potentiel du sol est nul.

1062. siéihodes d'observation. — Cousidérous, par exemple, une tige de métal verticale parfaitement isolée. Cette tige prend un potentiel constant, plus faible que celui des couches d'air voisines de son extrémité supérieure, mais plus élevé que le potentiel du sol, et elle se montrera positive par rapport aux conducteurs qui sont en communication avec la terre. Le potentiel de cette lige est le même que celui de la couche de niveau atmosphérique qui passe par la ligne neutre; mais la position de ligne neutre dépend de la loi de distribution des masses influentes, de sorte que le potentiel de la tige n'est pas proportionnel en toute rigueur à celui des couches d'air voisines de son extrémité, et qu'il ne représente pas le potentiel d'une région déterminée de l'atmosphère. Si l'état de l'air était constant et la déperdition d'électricité nulle, il suffirait de mettre la tige un instant en communication avec le sol pour que son potentiel liit nul, et restât nul indéfiniment; l'appareil ne serait plus sensible qu'aux variations de l'état électrique de l'atmosphère. Si, au contraire, il s'effectue des déperditions par le contact de l'air sur toute la surface de la lige, son polenliel augmentera de nouveau d'une manière plus ou moins rapide, jusqu'à ce que les déperditions d'électricité négative par la partie supérieure et d'électricité positive par la partie inférieure soient devenues équivalentes. Le nouveau potentiel sera encore une fraction, va-

riahle avec les conditions de l'expérience, de celui qui existe dans l'air au voisinage du sommet de la tige.

Tel est le cas des appareils qu'a employés le P. Beccaria dons ses longues séries d'observations sur l'électricité atmosphérique. Un fil de 1er dit explorateur, de 152 pieds de longueur, était isolé et tendu entre le haut d'une cheminée et une branche de cerisier; un fil déférent, partant du voisinage de l'extrémité supérieure, communiquait avec un électrométre à boules situé dans l'intérieur du laboratoire. Quand on avait ramené les boules à l'état neutre en les touchant, il fallait quelquefois plus d'une minute par un temps serein pour que la divergence des boules reprit sa valeur primitive, tandis que dans d'autres circonstances le même résultat était atteint au bout d'une seconde. La lenteur (lentezza) et la rapidité (frequenza) d'électrisation doivent être attribuées soit à une déperdition d'électricité variable avec l'état hygrométrique, soit à des particules électrisées que le vent amène au contact de la tige et qui font varier rapidement son potentiel. M. Thomson (*) a observé des effets analogues sur un électrométre qui communiquait avec un conducteur isolé exposé à la pluie ou au brouillard.

1063. Reprenons encore l'exemple de la tige isolée et supposons que IVxtiémité supérieure soit terminée par une pointe, comme dans les expériences de Fi'anklin, Lemonnier, De Saussure, etc. La déperdition d'électiicité j)ar la pointe devient beaucoup plus grande, la ligne neutre se rapproche du sommet de la tige et le potentiel du conducteur tend à devenir égal à celui des couches d'air situées autour de la pointe ; les indications deviennent donc beaucoup plus régulières. Toutefois, refficacité d'une pointe métallique est tout à fait insuffisante pour de faibles différences de potentiel, et il peut arriver encore que la déperdition qui a lieu sur la surface entière de la tige domine l'effet de la pointe, auquel cas on rencontrera toutes les incertitudes que présente la méthode de Beccaria.

Volta eut l'idée en 1787 (*) de terminer la tige de Franklin par une petite bougie ou un fil soufré que Ton allume au mo-

(»} Bepntit ofpapers, p. '226.

(''] Ultres sur fa métoorologic rteclriguc. Collozioiie deU' opère di Volt i, l. I. parte II, passini.

lies SOITRCES DtXECTRICITE. .V*«^

ment de rexpérîence. II l'econmil que la tlamine par elle-inèine ne donne pas d'éleclricilé sensible, et que rélecti'omùlre employé par De Saussure (262) se charge d'une quantité d'électricité double quand on ajoute cette flamme à Textrémité de la pointe, ce qui conflniie les remarques piwédentes sur rineflicacité des pointes métalliques. L*appareil devient ainsi un véritable égaliseur de potentiel (859) : en outre, comme Tétat électrique de l'atmosphère n'est pas modifié d'une manière appréciable par la quantité d'électricité que laisse échapper la flamme, on se trouve en présence d'une véritable source d'électricité et l'on peut avoir recours aux électroscopes condensateui's pour n*ndro les effets plus manifestes, dans le cas où Télectrisation serait trop faible. Volta reconnut que la grandeur de la flamme était à peu près indifféi^ente, que deux mèches ne donnaient pas plus d'électricité qu'une seule, et qu'on pouvait aussi se servir de corps donnant delà fumée sans flamme, quoique Teffel fût alors moins marqué. Son appareil se composait d'une simple bougie ou d'une lampe ordinaire placée dans une lanterne ouverte. La flamme était isolée à l'extrémité d'une lige et mise en communication par un fil, soit avec une bouteille de Leyde, soit avec un électromètre ; on supprimait ensuite cette communication pour faire les observations.

M. Thomson a remis en faveur cette méthode de Volta. Pour les électromètres portatifs, il les munit d'une longue lige dont la pointe est terminée, soit par une mèche imbibée d'alcool, soit plutôt par une bagucHe de papier roulé, imprégné de nitrate de plomb. Ce papier, en brûlant, s'effile en pointe d'une manière régulière et les gaz chauds qui proviennent de la combustion remplissent le même office qu'une flamme, dont Tenlrelien est toujours plus difficile. Pour les instruments à poste fixe, M. Thomson fait communiquer l'une des électrodes ou l'aiguille d'un éleclrométre avec un vase de métal isolé renfermant de l'eau ; ce vase est muni d'un tube conducteur par l'extrémité duquel on laisse écouler une petite quantité d'eau. L'aiguille ne larde pas à prendre exactement le potentiel des couches d'air qui entourent l'orifice d'écoulement, si les gouttes sont discontinues, ou celui des couches qui sont situées au voisinage du point où la veine liquide se résout en gouttelettes.

570 TRAITÉ D^LECTRIGITÉ STATIQUE.

1064. Enfin une dernière méthode consiste à recueillir Félectricité qui se produit à la partie supérieure d'un conducteur soumis à Tinfluence de Télectricilé atmosphérique. Supposons, par exemple, qu'une sphère conductrice placée dans ces conditions soit mise en communication avec le sol par un fil de capacité très* faible; pour que le potentiel de cette sphère se maintienne égal à zéro, il faut que sa surface se recouvre d*une quantité d'électricité capable d'y produire un potentiel égal et de signe contraire à celui que rélcctricité de lalmosphère ellemême possède sur ce conducteur. Si le potentiel de rélectricilé atmosphérique est positif et égal à V au centre de la sphère, celle-ci se chargera d'une certaine quantité — M d electiicilé négative. En désignant par R le rayon de la sphère, on aura donc pour le centre

V — 1 = 0 ou M = VR.

Il suffit alors d'isoler la sphère, de la transporter dans un laboratoire et de la mettre ensuite en communication avec un électromèlre primitivement à Tèlat neutre, pour déterminer une quantité proporlionnellc à la masse d'électricité M, et par suilc au potenliel V tle l'air. 11 serait même facile de déterminer do cette manière k» potentiel de Pair en valeurs absolues. C'est la méthode employée par M. Dellmann (^).

Si le conducteur que l'on isole ainsi, après l'avoir mis en comnumication avec le sol, n'a pas la forme sphériquc, la quantité d'électricité dont il se charge est encore proportionnelle au potentiel de l'air en un point particulier du conducteur, et pourra servir de même à étudier les variations de l'état électrique de l'air. Cavallo (-), par exemple, attachait une boule de moelle de sureau , par l'inlermédiaire d'une tige isolanle, à rexlréniili' d'une canne de ligne à pécher ordinaire, formée de baguette^ pouvani rentrer les unes dans les autres. Celte boule portait une paire de pendules et l'on y attachait une épingle tenue pin* un lil conducteur en communication avec le sol. Pour observer l'éli^ctricilé de ratmosphére, on dressait cette canne en dehors d'une

' f^ogg. Aininl., t. CXH. p. iS'A.

- 'Irai le tVëïeclrinlr. p. *2!>.'».

DbS SOURCES D'ÉLECTRICITÉ. 571

fenêtre ou au sommet d'un rdifice, et, au bout de quelques minutes, on retirait Tépingle par le fil. 11 suffisait alors de renti'er rélectromèlre dans une chambre et d'observer la déviation des pendules, pour évaluer leur charge électrique et le potentiel de l'air correspondant.

On peut employer de la môme manière tout autre électromètre, celui de Peltier (291), par exemple. Après avoir réglé l'instrument dans une chambre, de manière que Taiguille mobile ab soit dans la direction du méridien magnétique et en contact avec l'aiguille fixe EF, la charge électrique étant nulle, on porte l'instrument sur une terrasse, on met la partie inférieure de la tige en communication avec le sol, puis on supprime cette communication et l'on rentre l'appareil dans la chambre, à la même position que primitivement. L'aiguille mobile est main^ tenant déviée et l'on peut par une table de graduation évaluer la charge électrique. Si la sphère est de grandes dimensions par rapport à la tige, cette quantité d'électricité provient presque exclusivement de la sphère elle-même et permet, comme dans les expériences de Dcllmann, de délerminer le potentiel de l'air en valeurs absolues.

11 est facile d'imiter dans un laboratoire les effets de l'électricitô atmosphérique. Quand on place un électromètre sensible, relié avec un tube d'écoulement d'eau, dans rinlérieur d'une chambre fennée où l'on n'a fait depuis longtemps aucune expérience d'électricité, l'appareil reste à l'état neutre. Si la chambre renferme des corps éleclrisés, comme le conducteur d'une machine en activité, rélcctromètre s'élcctrise immédiatement et prend un potentiel égal à celui des masses influentes au point où la veine se résout en goutloletles. Si, au contraire, on électrise l'air lui-même, en munissant de poinics le conducteur de la machine ou l'armature intérieure d'une batterie électrisée (*) dont l'armature extérieure communique avec le sol, ou encore en mettant une flamme isolée en communicalion avec un corps électrisé, l'éleolromètre indiquera encore un certain potentiel. On peut môme disposer l'expérience de façon que le potentiel, au point où se trouve Tinslrument, soit le môme dans les deux

(») Cnvallo, Traitt» (Véterlncilr,p. 252.

cas, d'où il résulte claîi^ment que ce t)otenliol n*indiquo pas la situation véritable des masses électriques influentes.

1065. Bésahals des observations. — ToutCS les obscrvations

ont montré que, par un ciel serein, le potentiel dans Tair augmente de plus en plus à mesure qu'on s'élève. De Saussure, par exemple, se servait d'une canne à pêcher maintenue verticalement par des supports isolants et des cordons de soie, et mettait la partie inférieure en communication avec un électromètre. Il pouvait ainsi aller jusqu'à 15 ou 16 pieds de hauteur et obte: nait une divergence des pailles d'autant plus grande que la canne était plus longue. Pour parvenir à des hauteurs de 40 ou 50 pieds, il prit une ficelle formée de trois brins d'ai'gent filés, terminée par une balle de plomb à l'une de ses extrémités, et à l'autre bout par une boucle de métal entr'ouverte. Il passait cette boucle dans l'anneau de l'électromètre, puis lançait la balle de plomb en l'air à la plus grande hauteur possible ; la divei*gence des pailles correspondait au potentiel atteint par le conducteur au moment où la boucle se détachait de l'électromètre.

MM. Becquerel et Breschet (*), dans une série d'observations au grand Saint-Bernard, lançaient en l'air une flèche maintenue en communication avec un électromètre par un fil de soie recouvert de clinquant. Pour s'assurer que rélectricilé transmise par la flèche n\Hait pas due au frottement de l'air, il suffisait de la tii*er horizontalement; ordinairement il ne se produisait aucune trace d'électricité. Quand la flèche était lancée verticalement, les pailles divergeaient d'autant plus que la flèche parvenait à une plus grande hauteur, et étaient toujours èleclrisées positivement.

Enfin, pour aller encore plus loin, on peut faire monter dans Pair un cerf-volant maintenu en communication avec un électronièlrc par un cordon conducteur et isolé. Si le cerf-volaiil est muni de pointes aiguës, il mettra constamment l'éleclroinèlrc au potentiel de la couche d'air dans laquelle il plane.

Dans une ascension en aérostat, Gav-Lussac elBiot mirent "'> élcctroscope placé dans la nacelle en communication avec un til de métal de cinquante mètres de longueur qui pendait librement et était tendu par une boule de métal; ils reconnui'ent quele-

('1 Comptes rendus de V Arademie de» sciences^ t. YI, p. 528.

Icctricilé des pailles était négative. Cette expérience* est encore concordante avec toutes les précédentes, puisque Ton observait alors Télectricité de l'extrémité supérieure du conducteur soumis à l'influence de Tatmosphère.

Les différences de niveau que Ton peut atteindre à la main permettent même de montrer aisément cette variation régulière des potentiels. Ainsi, quand on tient à une certaine hauteur un électroscopc terminé par une boule, comme celui de Peltier, et qu'on le met en communication avec le sol, les pailles ne divergent pas d'une manière appréciable : le conducteur est à un potentiel nul et l'électricité négative dont il est chargé se maintient à la partie supérieure. Isolant l'appareil, on l'élève de 40 ou 50 centimètres : les pailles divergent et sont chargées d'électricité positive, parce que le potentiel du conducteur a augmenté. Si l'on descend l'appareil au-dessous de sa position primitive, les pailles divergent de nouveau, mais cette fois elles sont élec- Irisées négativement. Si l'on déplace l'élcctromètrc horizontalement au-dessus d'une plaine, le potentiel ne change pas ; mais si la première observation a été faite auprès d'un mur élevé, et qu'on s'en éloigne ensuite en maintenant l'appareil à la même hauteur, le potentiel augmente de plus en plus.

De Saussure a constaté encore que, pour un mémo état de l'atmosphère, les signes électriques sont beaucoup plus manifestes sur les hauteurs que dans la plaine, et que la hauteur relative du lieu où se fait l'observation, par rapport aux objets qui Tentourenf, a beaucoup plus d'influence que l'altitude absolue sur la force apparente de rélectricité atmosphérique. Ainsi l'électricité était plus forte à l'angle d'une terrasse dominant de 15 ou 20 pieds la campagne environnante qu*au milieu d'un plateau étendu qui couronnait une colline élevée. En effet, les couches de niveau doivent être d'autant plus resserrées que la surface du sol présente des reliefs plus marqués, de sorte que, sur une éminence isolée, un petit changement de hauteur donnera une variation de potentiel beaucoup plus grande.

1066. En un même lieu et à la même hauteur, létat électrique éprouve des changements continuels et |)ériodiques aux différentes heures de la journée, et, indépendamment des causes accidentelles qui peuvent modifier Tétat de l'atmosplière, l'élec-

574 TRAITÉ DtLECTRJClTÉ STATIQUE

trisation moyenne de la journée est variable avec les difTérentes époques de Tannée. Ces variations ont été constatées par tous les physiciens qui se sont occupés de ce genre de recherches ; nous emprunterons quelques résultats aux observations suivie^^ que Quetelet a faites à Bruxelles de 1844 à 1849 (*).

1*" L'électricité do Tair subit une variation diurne qui présente généralement deux maxima et deux minima ; Theure de ces maxima et minima varie aux différentes époques de Tannée.

2° Le premier maximum arrive en été avant 8 heures du matin et vers 10 heures en hiver ; le second maximum s'observe après 9 heui^es du soir en été et vers 6 heures en hiver.

5* Le minimum du jour se présente vers 3 heures en été et vers 1 heure en hiver ; les observations sont insuffisantes pour déterminer la marche du minimum de la nuit.

4* En comparant ces résultats avec les autres éléments météorologiques, on trouve que les variations de Télectricité concordent d'une manière remarquable avec les oscillations diurnes du barométi*e et surtout avec les variations de la déclinaison magnétique. On remarquera encore que les maxima d'électricité ont lieu aux heures où les changements de température sonl plus rapides, et les minima aux moments où le thermomètre est à peu près slalionnaire.

5° 1/instanl qui représente le mieux Tèlat électrique moyen de la journée, dans les différentes saisons, arrive vers 1 1 lieuves du matin.

0" Dans le cours de l'année, Télectricité atteint son maximum en janvier, puis décroît progressivement jusqu'au mois de juin qui présente un niininuun d'intensité, pour augmenter de nouveau ; le niaxiinuin et le minimum de Tannée ont pour valeurs respectives 005 et 47, de sorte que Télectricité en janvier est 15 fois aussi énerjiique (|u'au mois de juin.

Ouant à la valeur absolue des potentiels atmosphériques, on ne peut pas Tin(li(|ner d'une manière exacte, parce que rélal èleclri(iue dans le voisinage de la terre éprouve des changements continuels. M.ThoniSon a observé, à Tile d'Arrau, que la différence de potentiel de deux points situés à un pied de distance

l') Aiviuanr météorologique de la France, pour '850, p. iOl.

vcrlicalc équivaut à celle de 20 à 40 couples Daniell; mais ou trouve souvent des valeurs 8 ou 10 fois plus grandes, et quelques minutes suffisent quelquefois pour faii'e varier le potentiel du simple au quadruple, môme par un ciel calme ou avec une légère brise de Test.

Lorsque le ciel est couvert, Tétat électrique de Tair est gériéralement plus faible que dans les temps sereins ; l'électromètre peut môme accuser de Télectricité tantôt positive et tantôt négative. Tous les phénomènes atmosphériques, les nuages, la pluie, la neige, le brouillard, la direction et la vitesse du vent influent sur Tétat électrique de Tair, et il est difficile d'indiquer à ce sujet des résultats qui aient un certain caractère de généralité. Les nuages eux-mêmes sont tantôt positifs et tantôt négatifs ; il se rencontre donc dans Tair, au moins par les temps agités, des masses chargées d'électricités différentes.

Une fois bien établie Texistence d'une succession régulière des potentiels par les temps sereins, il est clair qu'une masse de vapeur se condensant en nuage sous ces diverses influences, même en supposant que l'air lui-même ne soit pas électrisé, devra s'électriser en général, tantôt d'une manière et tantôt d'une aulre, suivant qu'elle se sera détachée d'un autre nuage par la partie supérieure ou la partie inférieure, qu'elle se sera partiellement résolue en pluie, qu'elle aura touché le flanc d'une montagne, etc», et le nombre des circonstances analogues que l'on peut imaginer est pour ainsi dire illimité.

1U67. siège et orl((ine de r^leetriclté atmosphérique. — LcS

phénomènes électriques complexes qui se manifestent par les temps agités jïouvant ainsi être expliqués par l'état antérieur de l'air, la seule question dont il y ait à se préoccuper, au point de vue théorique, est donc l'état électrique de l'air en dehors de tous ces accidents. Nous reproduirons à ce sujet, et d'une manière presque textuelle, quelques considérations remarquables dues à M. Thomson (*).

La suiface extérieure de la terre, déterminée par tous les corps conducteurs qui sont en communication avec elle, est à chaque instant électrisée en tous ses points, puisque son potentiel

(*) Heprinl ofpaperst p. 192 et suiv

est tantôt plus élevé, tantôt plus faible que celui de Tair ambiant, sauf sur les lignes neutres qui séparent les parties négatives des parties positives.

Les parties négatives sont de beaucoup les plus étendues et il doit même arriver que la surface entière soit négative. En effet, on cite à peine quelques observations dans lesquelles l'air se soit montré négatif par un temps serein. Beccaria n'a constaté ce signe que 6 fois pendant 15 années d'observations assidues, mais c'était presque toujours par un vent sensible, et Télectricité négative pouvait être attribuée à des régions voisines où l'atmosphère était agitée. Par les mauvais temps, pendant la pluie ou immédiatement après, Télectrisation est généralement plus faible et les signes très-variables. On peut donc affirmer que, si le hasard voulait qu'à un instant donné le temps fut serein sur toute la surface du globe, cette surface serait à cet instant négative en tous ses points.

Quant à l'air lui-même, aux nuages et aux autres masses électrisés suspendus dans l'atmosphère, on n'a jusqu'à présent d'autres indications sur leur état électrique que celles qui sont fournies par l'état électrique du sol lui-même et les variations de cet état. Comme Pcltier Ta remarqué depuis longtemps, toutes les observations d'électricité atmosphérique faites jus(|u'à présent ne se rapportent pas à autre chose. 11 est impossible île déduire l'état électrique d'un corps non conducteur des actions qu'il exerce à l'extérieur, car il existe une infinité de distributions d'une même masse électrique, dans un espace déterminé, qui sont capables de donner à l'extérieur les mêmes surfaces de niveau. On ne pourrait y parvenir qu'en déterminant à chaque point la grandeur et la direction de la résultante, puisque la densité est liée à la manière dont varient les dérivées premières du potentiel, ou les projections de cette force (i i'2). La solution serait ainsi complète ; mais on peut remarquer que, si l'on voulait connaître seulement la quantité totale d'électricité, il suffirait de déterminer la valeur de la composante normale en tous les points de la surface (159). Il faudrait pour cela faire une série d'expériences tout autour de la masse considérée et les observations en buUou deviendraient alors indispensables.

Cependant, sans quitter la terre et, par conséquent, sans pou-

DES SUUKCliiS DtLtCTRlGlTÉ. 577

voir arriver à une connaissance complète de Tétat de l'électricité dans l'atmosphère, on peut déduire quelques conséquences importantes des changements de densité électrique qui surviennent ') la surface du sol.

Si la terre était simplement un corps électrisé, placé dans un milieu indéfini parfaitement isolant, soustrait à l'action directe le tout autre corps électrisé et à l'action réflexe de tout corps conducteur ou non placé dans son voisinage et soumis à son influence, la distribution de l'électricité à la surface serait par- Taitement définie : elle ne dépendrait que de la forme de cette surface et, théoriquement, on pourrait la déduire par le calcul des données purement géométriques que fournit la géodésie. Si c'était, par exemple, une ellipsoïde, la densité électrique en chaque point varierait proportionnellement à la perpendiculaire abaissée du centre sur le plan tangent en ce point (66). La densité serait maximum sur lequateur, mais ne dépasserait que de j^ la densité à chaque pôle.

Considérons maintenant une portion étendue de la surface, unie ou couverte d'accidents de toute nature. La quantité totale d'électricité qui y sera contenue sera très-approximativement la même que sur une nappe liquide absolument calme qui serait la projection de la surface réelle ; mais cette quantité d'électricité sera distribuée d'une façon Irès-irrégulière, plus gi^ande sur les parties proéminentes et les surfaces convexes, plus faible sur les parties abritées et concaves ; absolument nulle dans l'intérieur d'une cavité, sur le sol d'une forêt, sur les parois d'un tunnel ou d'un appartement, alors même que les ouvertures auraient une valeur angulaire considérable.

Si cette espèce de géodésie électrique, déterminée par les ex- [)ériences, donnait en tous les points delà terre une même valeur pour la densité réduite, on serait en droit de conclure que l'état électrique du sol est tout à fait indépendant de celui de l'air. Dans ce cas, il n'y aurait que trois hypothèses possibles : ou il n'y a pas d'électricité dans l'atmosphère, ni au-delà, jusqu'aux étoiles les plus éloignées, et alors les lignes de force qui émanent de la terre peuvent s'élendre jusqu'à l'infini ou se terminer à la lune, aux astéroïdes, au soleil, aux planètes, aux étoiles ; ou bien, à une distance considérable dépassant de beaucoup les plus II 57

hantes in<ifita^ne> . il y a ooe coochp 4'éle^iricité de densilê unifonne. de quantité é^le et de sisne ct>otraîre à relie du «flobe, faisant ^uilibre <ur un point eitêriear â Taction exercée par cette dernière . et limitant par c>)n<êquent cette action à la portion de l'atmosphère située au-dessous d'elle: ou bien, enfin, il n*y a dan^ l'atmosphère que des mas^ses électriques présentant quelqu'un de ces modes Je distribution en nombre infini en Tertu desquels Faction est nulle sur tout point extérieur, et qui ne peuTent. par conséquent, modiâer la distribution de l'électricité à la surface du sol.

En réalité, la densité électrique, même par le beau tc^lp^. est tnês-difTérente à un même instant aur diffmnts points de la terre. Les Tariations quelle éprouTc. dans le cours de la journée et aux diflerenles saisons, démontrent que Tétat électrique du sol est profondément influencé par des masses électriques extérieures. On ne peut pas déduire la position exacte et la di;^tribution de ces masses de refTet qu'elles produisent sur la surface: cependant le caraclère des perturbations qu'elles y anièneol permettrait d'assigner une limite supérieure à leur distance. Si la densité réduite au niveau de la mer variait suivant une loi continue facile à déflnir analytiquement, et si les varialioih en un même lieu étaient connues de la même inanièiw il sérail possible d'évaluer la position et le mouvement probables (le> masses influentes. Toutes les observations faites jusqu'à préscnl ne permettent même pas d'aborder le problème, parce qu'elle^ ont toujours été isolées et dis4*onlinues. H faudrait, au conlniia'faire en un même lieu des observations suivies, en inscrivant. par exemple, à l'aide de la photographie ('kIcs indications d'nn éleclroinètre, et installer une série d'électromètrcs à des di;^ tances |)cu éloignées, afin de déterminer si les variations qu'éprouve chacun d'eux sont dues à un accident local ou à une cause plus générale.

On voit, d'après ces considérations que nous avons abrégées et pour lesquelles nous renvoyons le lecteur aux mémoires de M. Thomson, que la question de réleclricilê atmosphérique est encore loin d'être éclaircie. 11 parait bien démontré qu'il exislc

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DES SOURCES D ÉLECTRICITÉ. 57y

dans les régions supérieures de l'atmosphère des masses électriques considérables, comme l'indique encore le phénomène des aurores boréales, qui paraissent être des lueurs électriques dans l'air raréfié à une très-grande hauteur; mais la situation véritable des couches électriques, leurs déplacements et leur origine constituent des problèmes encore à peine effleurés. Pour étudier d*ttiic manière méthodique ces questions qui ont un si grand intérêt au point de vue de la météorologie générale, il faudrait donc organiser un système d'observations complètement différent de celles qui ont été efTectuées jusqu'à présent.

M. Balfour Stevart, par exemple, a installé à l'observatoire météorologique de Kew, d'après les indications de M. Thomson, un électromètre à miroir dans lequel l'état éleciriqne de l'air se traduit par l'impression photographique de l'image d'une flamme sur une bande de papier mobile. L'examen des courbes ainsi obtenues donne une idée des variations rapides de ce phénomène et montre bien que les observations discontinues ne peuvent être suffisantes. La question de l'électricité atmosphérique parait aujourd'hui préoccuper la plupart des météorologistes, et il y a lieu d'espérer que cette science ne lardera pas à faire de nouveaux progrès.

Fm DU SECOND ET DERNIER VOLUME.