Théorie dm machine» h frotteniriit. — NoUS pOUVOnS

maintenant examiner de plus près la théorie de cet appareil, et préciser davantage le mécanisme de la production de rélectricilë. Four cela nous admettrons d'abord (et ce principe sera démontré soit par des expériences directes, soit par la vérification des con-

DES MACHIjNES ÉLECTRIQUES. 255

séquences qu'on en déduit) que, lorsque deux corps sont frottés Tun contre l'autre, en particulier le coussin et le plateau d'une machine, il s'établît entre eux une différence de potentiel indépendante de l'étendue des surfaces en contact, de la vitesse relative et de la pression des deux corps, la pression devant d'ailleurs être assez grande pour que le contact des surfaces soit assuré et la vitesse n'étant pas très-petite. Quand l'un des corps est mauvais conducteur, le potentiel n'est pas constant en ses différents points et il est difficile de préciser comment on doit appliquer le principe; mais, pour les plateaux de machine dont les deux surfaces sont frottées dans les mêmes conditions, il se produit de part et d'autre des couches d'électricité identiques, de sorte que le potentiel dans l'intérieur du verre, à une dislance des surfaces plus grande que l'épaisseur des couches électriques, est sensiblement constant, et le même que si la substance était conductrice.

Remarquons que la différence des potentiels du verre et des coussins peut être très-faible et correspondre néanmoins à une charge considérable, parce que les deux couches d'électricités égales et de signes contraires répandues sur les deux surfaces en contact sont très-rapprochées l'une de l'autre, comme elles le seraient dans un condensateur à lame isolante infiniment mince ; mais les portions du plateau qui quittent les coussins n'emportent que l'électricité positive , elles acquièrent rapidement un potentiel énorme par rapport à la différence primitive, et arrivent alors en face des conducteurs. Supposons maintenant que les mâchoires soient munies de pointes assez nombreuses et assez rapprochées de la surface du verre pour que l'électricité s'écoule sous l'influence de la moindre différence de potentiel, les portions du verre qui passent entre les branches de la machine sont comme placées dans l'intérieur d'un conducteur avec lequel une communication serait établie, et perdent toute leur électricité. En retournant ensuite aux coussins qui sont restés en communication avec le sol, elles se chargent de nouveau de la même manière.

Si l'électricité est dépensée à mesure de sa production, on voit, d'après cela, que le débit doit être proportionnel à la surface frottée, indépendant de la largeur des coussins et de la pression

i56 TRAITÉ D'ÉLECTRICITÉ STATIQUE.

qu'ils exercent sur le plateau, pourvu que tous les points du verre soient touches, et proportionnel à la vitesse de rotation. Pour s'en assurer, il suffit de mettre les conducteurs en communication avec le sol par l'inlermédiairc d'une bouteille de Lane; on vérifie aisément qu'il se produit un nombre constant de décharges pour un même nombre de tours de plateau, quelle que soit la vitesse de rotation, que ce nombre de décharges diminue de moitié quand on enlève une paire de coussins, et qu'à partir d'une certaine pression, on ne gagne plus rien en seiTant davantage les ressorts des frolteurs.

Si le conducteur de la machine reste isolé, il semble que la charge électrique doive augmenter sans limite, puisque le jeu des mâchoires est indépendant du potentiel qu'elles ont déjà atteint; mais, en supposant même qu'il n'y ait aucune cause de déperdition par l'air ou les supports, le potentiel du conducteur ne s'élèvera que jusqu'au moment où des étincelles pourront éclater directement entre les mâchoires et les coussins ; ces étincelles sont d'ailleurs favorisées par la présence de la lame de verre et son état électrique, car elles en longent la surface sous la forme de traits de leu circulaires.

835. Pour simplifier les explications, nous avons supposé que les mâchoires étaient armées de pointes absolument elïîcaccs; lexpérience indique, au contraire, que ces pointes sont à peu près inutiles, et il est facile d'en concevoir la raison. Si la distance des branches de la mâchoire au plateau est assez faible pour qu'il s'y produise des étincelles, ces étincelles joueront le même rôle qu'une communication conductrice discontinue ; le plateau sera encore ramené au môme potentiel que le conducteur et perdra sensiblement toute sou électricité. Les mâchoires elles-mêmes ne sont pas nécessaires; dans beaucoup de machines, les conducteurs sont terminés simplement par un petit cylindre à bouts arrondis placé en i^egarik d'une des faces seulement du plateau, bien que le frottement, des coussins ait lieu des deux cotés, et cette disposition ne semble pas diminuer le dôhil d'une manière appréciable. Pour comprendre ce résultat, il faut remarquer que les portions du plateau qui reçoivent directement les étincelles sont ramenées au même potentiel que le conducteur; comme la face opposée reste

chargée d'une grande quantité d'électricité positive, il est nécessaire que les étincelles aient déposé sur la première face une couche d'électricité contraire qui en dilTère peu, de sorte que finalement la quantité d'électricité négative versée par le conducteur sur le plateau du verre reste à peu près la même qu'avec une mâchoire. Dans ce cas, les deux faces du plateau sont élcctrisées de manières différentes quand elles s'éloignent des conducteurs, mais un nouveau frottement sur les coussins les rétablit dans l'état primitif.

836. Lorsque les coussins sont maintenus en communication permanente avec le sol, comme nous Tavons recommandé, on pci*d l'électricité négative dégagée par le frottement; dès le début des machines électriques, plusieurs physiciens (Wincklcr, Le Hoy, Nairne, etc.) ont clierclié à récolter les deux électricités à la fois, ou l'une des deux à volonté, mais on s'est fait souvent illusion sur les avantages que présente cette disposition.

Si les coussins, au lieu d'être reliés avec le sol, sont déjà électrisés, le plateau qui passe entre eux se trouve, par sa position même, porté au potentiel des coussins; le frottement établit ensuite entre ces deux corps une différence de potentiel déterminée, d'après le principe que nous avons établi, et cette différence de potentiel correspond à une production d'électricité constante : le débit d'électricité recueilli par les mâchoires sera donc le même que si les coussins n'étaient pas isolés. 11 est vrai que les conducteurs reliés aux coussins recevront une quantité égale d'électricité contraire, mais sans grand profit. En effet, si Ton veut charger une batterie, par exemple, il est indifférent di» mettre l'armature intérieure seulement en communication avec une source qui donne de l'électricité positive, l'armature extérieure n'étant pas isolée, ou bien d'isoler aussi cette seconde armature et de la relier avec une autre source qui fournit un débit égal d'électricité négative.

Il en est de même pour la charge maximum ou le potentiel limite, car les appareils cessent de fonctionner utilement, dans les deux cas, à partir du moment où des étincelles peuvent éclater entre les mâchoires et les coussins; cette limite sera atteinte aussitôt que la différence des potentiels des deux conducteurs aura acquis une valeur déterminée. Un \oit même cpie Il 17

si les deuK systèmes de conducteurs, celui des coussins et celui des mâchoires, ont des capacités électriques égales, chacun d'eux prendra un potentiel moitié moindre en valeur absolue que s'il eût été seul isolé ; il faudra donc relier l'un de ces systèmes de conducteurs avec le sol, quand on voudra utiliser seulement une espèce d'électricité, pour obtenir sur l'autre le potentiel le plus élevé possible en valeur absolue. L'isolement des coussins présente cependant un avantage réel. Pour provoquer des étincelles à grande distance avec une machine ordinaire, il faut approcher du conducteur un autre corps communiquant avec le sol ; le potentiel absolu de la machine est alors très-élevé et les déperditions très-rapides. Si les coussins sont isolés, on fera éclater les étincelles entre les deux systèmes de conducteurs, dont chacun aura un potentiel beaucoup moindre en valeur absolue, l'un positif et l'autre négatif, ce qui diminuera beaucoup les déperditions accidentelles.

Cette manière de concevoir le mécanisme électrique des machines à frottement montre que ce sont de véritables sources d'électricité, c'est-à-dire des appareils qui permettent d'établir entre deux conducteurs une différence de potentiel limitée. Le débit d'électricité, qui dépend d'ailleurs de la nature des corps entre lesquels le frottement a lieu, est proportionnel à l'étendue des surfaces frottées. Quant à la différence maximum des poteti' tiels, elle ne dépend que de la distance minimum des deux conducteurs considérés, laquelle est limitée par la distance du frotteur et des mâchoires.

Après a voir établi ces principes, il nous suffira d'ajouter quelques mots pour indiquer rapidement les caractères particuliers des différents modèles de machines électriques.

837. HAchine de Le Roy. — On parait employer beaucoup en Allemagne une machine construite par Winter (fig. 224), dans laquelle il n'y a qu'une paire de coussins portée par un pied isolant à l'extrémité d'un diamètre horizontal du plateau, et une mâchoire formée par deux anneaux à l'autre extrémité du même diamètre. Ce genre de machines, qui a été imaginé par Le Roy et dont on construisait au siècle dernier (') des modèles presque

(M Sigaud de la Fond, p. ^9:2.

IWS MACHINKK ÉLGCTRI(,tUES. fU

identiques à celui de Winter, produit moitié moins d'électricité que la machine de Itamsden, mais la difTérence de potentiel peut être notablement plus grande, parce que les deux conducteurs sont plus él<iigné)<. Oii pourra donc provoquer entre les conducteurs des élincflles plus longues et produire de belles ai-

grettes; mais, dans toutes les ex|H>ricn(-es où l'on a besoin d'un grand dî'bit, comme pour charger les batteries, il vaut mieux employer les ap|iareils qui possèdent deux patres de coussins, tourne les conducleurb dans la machine de Winter sont fonnés

360 TRAITE D'ËLËCTRlCrTË STATIQUE,

par de simples boules dont la capacilé est très-faible, on ajoute ïiabituellemenl à l'un d'eux un grand anneau en bois contenant un faisceau de fils de fer; les étincelles deviennent alors plus nourries et plus éclatantes.

M. Emsman (') remplace cet anneau par une série de tubes de verre Icraiés à l'une de leurs extrémités, rentrant les uns dans les autres, et dont chacun, sauf le plus large, est recouvert d'une feuille d'étain sur sa surface extérieure, 'foules ces feuilles d'étain communiquent entre elles el avec un crochet extérieur que Ton altaclie au ronducleur de la macliinc. Il parait diflicile de concevoir rutiUlé de toutes ces enveloppes métalliques; la surface d'étain extérieure est la seule qui doive s'éleclriser, les autres feuilles ne jouant aucun rôle.

83S. iiMibiMe de Nairae. — Dans cetlc machine, le plateau est remplacé par un cylindre de verre horizontal tournant autour de sou axe, soit par l'action directe d'une manivelle, soit par

une l'eue et une corde de transmission. Le coussin est porté par uu cylindre isolé D' {lig. 2'2J) et appliqué sur le verre à l'aide de reâsurts bien flexildes; uu cylindit: tout semblable D situé du côté opposé porte un peigne mélallique de la longueur du coussin ; enfin, une bande de taffetys attachée au coussin s'applique.

par l'efTet de la rotation, sur la partie sii|)tTieiii*e du cylindre et om|>éche les déperditions. Les deux conducteurs se chargent ainsi d'électricités contr.Tires ; on peut tii*er entre eux des étincelles à Taide de hranclies métalliques mobiles que Ton approche plus ou moins, ou bien relier Vun des cylindres avec le sol et utiliser ainsi Tune ou Tautre des deux électricités. La machine de Nairnc est une des plus élégantes, à cause de sa parfaite symétrie, et l'une de celles qui fournit le plus d'électricité, toutes proportions gardées. Seulement, il est nécessaire d'isoler Taxe, parce que les conducteurs sont trop rapprociiés et se déchargeraient facilement si Taxe communiquait avec le sol. La difficulté de se procurer des cylindres de veire de grandes dimensions ne |>ermet guère de construire de pareilles machines dont la longueur soit supérieure à 60 ou 80 centimètres, et le diamètre de plus de 40 centimètres. Les petits cylindres de verre peuvent être travaillés au tour, mais les plus gnmds ne supporteraient pas cette opération sans danger de rupture, et il faut les employer tels qu'ils ont été soufflés ; les défauts de la surface empêchent aloi-s le coussin de frotter d'une manière continue et régulière.

859. WartiiTw é9 ifmm Nar^n. — Van Marum utilisa surtout |K)ur ses expériences une grande machine à deux plateaux construite par Cuthbertson. Les plateaux, de 1",6r) de diamètre, étaient éloignés de 19 centimèti^es et frottaient sur 8 paii-es de coussins situés, comme dans la machine de Ramsden, aux deux extn»mités du diaméti*e vertical ; les conducteurs étaient portés par des pieds en verre mobiles et communiquaient avec deux peignes doubles situés entre les plateaux aux deux extriMiiiti^ du diamètre horizontal. Dans cette machine, dont la puissance exceptionnelle est restée ct'dèbre, im a accumulé toutes les pn»cautions pour éviter le plus |M)ssible les déperditions accidentelles. Van Manim iT'man|ua d'abord qu*il se produisait rapidement des étincelles en forme de rayons entiv les |>eignes et Taxe de rotation; pour les supprimer, il isola l'axe en formant les montants des coussins par des tig(»s tie verre, et cou>rit les plateaux d'une couche de matièiv résineuse' dans toute la partie centrale qui n'était pas Trottine. La déperdition par Taxe ayant disparu, il se produisit des fuites abtmdantes sous Tonne d'ai-

î«2 TRAITÉ D'ÉLECTRICITÉ STATIQUR.

grettes par toutes les garnitures qui attachaient les conducteurs aux pieds de verre.

Van Marum remplaça alors les douilles cylindriques que l'on emploie habituellement par des boules de métal d'un pied de diamètre dont la partie inférieure était creusée en forme de large ombilic dans lequel se mastiquait la tige de verre; cette disposition, qu'il serait peut-être utile de reprendre pour les appareils à potentiels élevés, produisit les meilleurs effets. Les montants des coussins étaient porlés par une table à pieds de verre, de façon qu'on pouvait aussi isoler les frotteurs et recueillir l'électricité qui s'y développe. C'est avec cette macliine que Van Marum obtint des étincelles de 61 centimètres de longueur et de la grosseur d'un tuyau de plume, et des aigrettes en forme de houppes qui avaient 58 centimètres de diamètre.

Quelques années plus tard. Van Marum fit construire une autre machine qui permet de récolter d'une manière plus égale l'une ou l'autre électricité à volonté, mais non les deux à la fois. Le plateau est porté à Textrémité de l'axe de rotation et frotte entre deux paires de coussins isolés, situés de part et d'autre aux extrémités du diamètre horizontal. Un arc conducteur, attaché à une sphère isolée et terminé par deux petits cylindres parallèles au plateau, peut être placé dans un plan vertical, de manière à récolter Télectricité positive du verre, ou mis en contact avec les coussins pour y prendre rélectricité négative. Un deuxième arc semblable, porté par la monture de l'axe de rotation et communiquant avec le sol, peut être placé aussi dans un plan vertical, ou ramené au contact des coussins, de manière à faire écouler dans le sol soit rélectricité positive du verre, soit rélectricité négative des coussins. Cette machine ne s*est pas répandue parce qu'elle est encombrante et fragile : la nécessité de porter le plateau de verre à l'extrémité d'un axe rend la construction difficile et exige de lourds contre-poids; l'appareil est incommode à transporter, parce que les dimensions sont à peu près les mêmes dans tous les sens, et le bénéfice que parait présenter la production d'une électricité quelconque ne compense pas ces inconvénients.

840. Eiqpérieiieos de Pédet. — Nous indiquerons plus tard les résultats obtenus avec les différentes machines et la compa-

raison directe de leurs effets ; mais, avant d'aller plus loin, il est nécessaire de justifier le principe même qui a servi de base à nos raisonnements.

Péclet (*) a étudié par expérience Tinfluence des diverses circonstances qui peuvent modifier le développement d'électricité. Son appareil se composait d'un cylindre de verre horizontal, arrondi et poli au tour, sur lequel était appuyé un frotteur en bois, taillé suivant la même courbure, que l'on pouvait charger de poids différents, et qui était guidé par deux montants verticaux. En face du cylindre, dans le plan horizontal passant par Taxe, était un peigne conducteur relié par une tige de métal assez longue avec un pendule électrique à ressort, qui se déplaçait en face d'un cercle gradué et servait d'électromètre. Péclet recouvrait la face inférieure du frottoir de substances différentes, il substituait même quelquefois au cylindre de verre un cylindre de résine ou un cylindre recouvert de taffetas ciré ; il avait ainsi une machine de Nairne susceptible de recevoir un assez grand nombre de modifications. Voici quels ont été les principaux résultats des expériences :

Comme le conducteur n'a qu'une capacité très-faible, la déviation du pendule augmente rapidement aussitôt que la machine est en marche, et atteint bientôt une divergence maximum, à partir de laquelle il reste immobile; les déperditions d'électricité par l'air et par les supports, ainsi que les décharges qui s'opèrent entre le peigne et le frotteur, font alors équilibre au débit de l'appareil.

La déviation maximum est indépendante de la vitesse de rotation, excepté quand on emploie comme frotteurs certains corps tels que la pluchc de soie, le molleton, et en général les corps garnis de longs filaments, avec lesquels les fuites sont trop abondantes pour un faible débit. Cette déviation est aussi indépendante de la nature du frottoir quand il est formé de substances métalliques, et elle est sensiblement plus faible avec les corps filamenteux; on prévoit, en effet, que Tintervalle du peigne au frotteur sera alors plus facilement franchi par les étincelles. Enfin, la déviation maximum est indépendante de la pression, à

(«) AnnaUt de Chimie et de Physique, 2« série, t. LYII, p. 337.

264 TRAITÉ DtLECTRIClTÉ STATIQUE.

partir d*une certaine charge qui dépend de la nature des corps, et indépendante de la largeur des frottoirs. Toutefois, les résultats sont moins réguliers quand le corps frottant est mauvais conducteur, parce qu'il n'est pas facile alors de mettre la surface frottante en communication avec le sol, et que Télectrisation se fait d'une manière moins uniforme.

En évaluant le débit par une bouteille de Lane, Péclet a reconnu qu'à partir de certaines limites inférieures, la quantité d'électricité est, dans chaque cas, proportionnelle à la vitesse de rotation, indépendante de la pression et de la largeur du frottoir, mais qu'elle varie avec la nature des substances entre lesquelles s'effectue le frottement.

Péclet a ensuite remplacé le frottoir en bois par un cylindre de cuivre qu'il garnissait de cuir et recouvrait de diverses substances. Ce cylindre était muni de tourillons qui lui permettaient de tourner. En le maintenant immobile, on produisait un frottement de glissement; en le laissant libre, il tournait sur lui-même et l'on obtenait un frottement de roulement. Péclet a constaté ainsi que les métaux, le papier, les peaux lisses, etc., produisent exactement la même quantité d'électricité par les deux modes de frottement ; il se manifeste seulement des différences pour certains corps, comme les étoffes satinées el le taffetas ciré.

Enfin, WoUaston avait annoncé qu'une machine électrique ne produisait plus d'électricité dans l'acide carbonique. Péclet répéta cette expérience, en plaçant une petite machine sous une cloche qu'il remplissait alternativement d'air et d'acide carbonique parfaitement secs, et vérifia, au contraire, que la nature du gaz u'exerce aucune influence appréciable. Le résultat observé par WoUaston tenait sans doute à ce que l'acide carbonique était resté humide.

En résumé, les expériences de Péclet démontrent donc, comme nous Tavons admis, que la quantité d'électricité développée par le frottement de deux corps est indépendante de la pression qu'on exerce, de la vitesse du mouvement, de la nature du frottement et du milieu ambiant, c'est-à-dire, en d'autres termes, qu'il s'établit entre les deux corps mis en contact une différence de potentiel déterminée, indépendante de toutes les circonstances extérieures.

DES MACHINES ELECTRIQUES. S65

841 . Mii«faine d'AmifttronK. — La machine hydro-électrique de M. Apmstrong, qui provoqua d'abord une sorte d'enthousiasme, mais qui est à peu près abandonnée aujourd'hui, repose sur un phénomène dont la découverte est due au hasard. Un ouvrier mécanicien occupé à réparer une machine à vapeur près de Newcastle, ayant une main dans le jet de vapeur qui s'échappait par une fuite, mit Tautre main sur le levier de la soupape à poids ; il en tira une brillante étincelle et éprouva une violente commotion. M. Armstrong (*) étudia les circonstances de ce phénomène ; il reconnut que la vapeur sortie d'une chaudière par un orifice étroit et sous l'influence d'une forte pression est généralement électrisée , que la quantité d'électricité dépend de la pureté de l'eau que renferme la chaudière, de la nature du corps qui forme les bords de l'orifice d'échappement, et de la pression de la vapeur ; il constata, de plus, ce fait remarquable que la production d'électricité est à peu près nulle si la vapeur est sèche, et que la vapeur saturante, surtout celle qui renferme des gouttelettes liquides déjà condensées, fournit beaucoup plus d'électricité. Une série de recherches sur ce sujet l'ont conduit à la construction d'une machine électrique très-ingénieuse qui comprend : une chaudière à vapeur^ une boîte réfrigérante pour condenser une partie de la vapeur avant la sortie, une série de becs d'échappement^ et un conducteur terminé par un peigne pour récolter l'électricité.

Dans le modèle que construisit M. Ruhmkorff (fig. 226), la chaudière V a 80 centimètres de longueur et 40 centimètres de diamètre; elle est portée par 4 pieds en verre et le foyer est intérieur. Une soupape de sAreté à poids S limite la pression à 4 ou 5 atmosphères. Le réfrigérant est une boite métallique D qui renferme des étoupes constamment mouillées et qui est traversée par les tubes d'échappement de la vapeur, comme on le voit sur la figure 227. Ces tubes sont terminés à leur sortie de la boite réfrigérante par des becs d'échappement A dont la con* struction est assez compliquée. Le prolongement du tube est en cuivre ; il porte d'abord une lame verticale / (fig. 228) qui le

« Annales de Chimie rt de Physique, 2- série, t. I,XXV. p. 348; 5- série, t. Vil, p. 401, et t. X, p. 105.

S66 TRAITÉ D'KLECTfan!TÉ STATIODE.

bouche en partie de manière à briser le Jet ilc vapeur. A ce prolongement est vissé un ajulage métallique A garni intérieurement d'un cylindre de buis b. Quand la pression est sufiisante, on ouvre le roliiuet R : le jet de vapeur qui vient de la chaudière se condense en partie dans les tubes du rélrigërant D, contourne

la lame f, et s'échappe en frottant contre les parois du cylindre de buis. Elle est reçue à peu de distance sur un peigne métallique P qui communique avec un conducteur B isolé Les becs d'échappement et la chaudière se chargent d élcctncité négative, et la vapeur, d'électricité positive; le peigne P s'électrise alors

DES MACHINES ÉLFXTRtQUKS. 367

positifemeot par un pliénomùne d'influence et de décharges, comme dans la machine ordinaire.

Pour lirer un bon parti de cet appareil, il laut d'abord nettoyer la chaudière en y introduisant de l'eau ordinaire, dans laquelle on ajoute 1 kilogramme de potasse du commerce. Quand la vapeur est sous pression, on ouvre le robinet, on la laisse s'échapper abondamment par les ajutages, clou fait écouler le reste du liquide. On remplit ensuite la chaudière d'eau distillée, on met dans le foyer du charbon de bois allumé dont on active la combustion par un soufîlet; et, lorsque la vapeur commence à fuir par la soupape à levier, on ouvre le robinet. Dans ces conditions, si l'on pose un excitateur par une de ses branches

sur le conducteur à peigne et qu'on approche l'autre branche de la chaudière, on obtient un jet continu d'étincelles de 12 centimètres de longueur, avec un débit d'élcclricité près de 5 fois aussi grand que celui d'une machine de Ramsden à plateau d'un mètre de diamètre qui ferait un tour à la seconde.

La grande machine hydroélectrique de l'Institut polytechnique de Londres a une chaudière de 2 mètres de longueur, 46 jets d'échappement pour la vapeur, et elle donne comme uo torrent d'étincelles de 60 centimètres de longueur. Cet appaml fournit 3 fois autant d'électricité que la grande machine à frottement du même établissement dont le plateau a 2°", 27 de diamètre, el qui est mise en mouvement par un moteur ii vapeur.

Ici encore, de môme que dans les machines ordinaires, le débit d'électricité augmente avec les surfaces frottées, et la dift'éreace de potentiel que l'on peut établir entre le conducteur B et la chaudière est limitée par la distance du peigne aux becs d'échappement. Cette distance ne peut pas être augmentée à volonté, parce que le jet de vapeur unirait bientôt par ne plus aboutir au

peigne d'une manière assez complète. Comme la capacité du conducteur est en général Irés-faible par rapport à celle de la chaudière, les deux potentiels sont très-différents en valeurs absolues ; pour obtenir de grandes distances explosives, il vaudi*ait mieux relier le peigne avec un conducteur isolé de capacité à peu près égale à celle de la chaudière, afin de diminuer le plus possible les pertes accidentelles. Enfin, si Ton fait communiquer avec le sol le peigne ou la chaudière, le potentiel du conducteur qui reste isolé devient beaucoup plus élevé.

842. Expériences de Faraday. — Faraday (') a étudié avec soin les différentes circonstances qui influent sur la production d'électricité dans cette machine, et observé plusieurs phénomènes assez singuliers.

1° La simple évaporation de l'eau et la condensation de la vapeur ne produisent aucune trace d'électricité.

2** Un courant de vapeur sèche ou surchauffée, c'est-à-dire parfaitement purgée de gouttelettes liquides, ne s'électrîse pas. La vapeur obtenue avec de l'eau ordinaire, même quand elle est humide, ne donne que des quantités très-faibles d'électricité, et il suffit d'une petite proportion de sels dissous pour rendre la vapeur neutre. Si l'eau contient en suspension certains corps isolants tels que des essences, de l'huile, des graisses, des résines, etc., la chaudière se charge d'électricité positive, et la vapeur, d'électricité négative. Faraday explique l'influence des sels dissous par la conductibilité que ces corps communiquent i l'eau, et il conclut de l'action exercée par les huiles et les essences que l'électricité n'est pas due au frottement de la vapeur ni même de l'eau liquide sur les ajutages, mais au frottement d'une couche de matière isolante qui entoure les gouttelettes.

3*" La nature des becs d'échappement a une grande influence. Avec de l'eau distillée, la vapeur est toujours positive, mais le frottement sur l'ivoire ne donne rien; les métaux réussissent mieux et le buis parait être de tous les corps solides celui qui fournit le plus d'électricité.

it" De même, un jet d'air parfaitement sec, provenant d'un réservoir où ce gaz est comprimé, ne produit pas d'électricité ;

(*) Annales de Chimie et de Physique, 3* série, t. X, p. 88.

mais, quand Tairest humide, le tube de dégagement estélectrisé négativement et l'air positivement. Dans cette expérience, comme pour la vapeur humide, la production d'électricité doit être attribuée au frottement des gouttelettes liquides.

5* On peut s'attendre à obtenir des résultats analogues en remplaçant les gouttelettes liquides par des poussières quelconques entraînées dans un courant de gaz. Faraday a constaté, en effet, que l'écoulement par un ajutage d'un jet d'air chargé de poussières quelconques produit presque toujours de l'électricité ; le signe électrique du courant de gaz varie avec la nature des poussières, et la production d'électricité est toujours beaucoup moindre qu'avec de la vapeur humide.

MAGHIftES ÉLEGTBIQUËS FONDEES SUR t'iNFLUENCE ET LE THANi>P0MT. 843. Étoetropbore dovble. — TouteS IcS fois qu'oU SOUlève Ic

disque d'un électrophore, après avoir établi les contacts convenables, on obtient une certaine quantité d'électricité; si l'on répète la même opération d'une manière continue, on réalisera une véritable source dont le débit sera proportionnel à la rapidité des opérations. Au lieu de dépenser l'électricité à mesure de sa production, on peut s'en servir pour électriser un conducteur; si ce conducteur avait une cavité assez grande pour renfermer le disque de l'électrophore, de manière à le ramener à 1 état neutre après chaque contact, on pourrait y établir un potentiel très-élevé, n'ayant d'autre limite que les fuites inévitables et la distance du conducteur aux corps voisins non isolés. Enfin, il est possible d'imaginer une disposition mécanique qui établirait les contacts et réaliserait les différents mouvements tlu plateau. Dans une pareille machine, le gûteau serait éleclrisé une fois pour toutes par frottement, et les différentes opérations serviraient à multiplier la cliarge primitive.

Un appareil ainsi construit présenterait cependant un inconvénient, c est que 1 electrisation du gâteau diminue peu à peu, de sorte et qu'au bout d'un certain temps il serait nécessaire de le frotter de nouveau pour lui restituer ses propriétés primitives.

Il est vrai que cette dernière opération peut être évitée, en profitant de Télectrisation réciproque de deux élcctrophores de signes contraires (H8). Lichtenberg (*), par exemple, se servait d'un gâteau isolant de forme oblongue où il pouvait placer le disque dans deux positions différentes n'empiétant pas Tune sur l'autre. L'une de ces plages étant électrisée même faiblement, on pouvait électriser la plage voisine en sens contraire en y appliquant le disque par sa tranche, puis utiliser cette nouvelle plage pour augmenter la charge de la première.

Un éleqtrophore double peut donc fournir indéfiniment de l'électricité au potentiel le plus élevé que permette l'isolement des conducteurs, sans qu'il soit jamais nécessaire de frotter de nouveau le gâteau isolant. Cette production d'électricité par un appareil qu'on a chargé une fois pour toutes, et qui se maintient dans un état constant par suite de réactions réciproques, est le principe des machines dont nous avons maintenant à parler.

844. DnpiicAieim éieetriques. — Il ne parait pas facile de réaliser par des moyens mécaniques tous les mouvements qu'exigerait remploi d'un électrophore double , surtout pour rétablir la charge du gâteau; mais le principe de la multiplication des charges peut être utilisé d'une autre manière, -en ne faisant intervenir que des corps conducteurs.

Bennet (') a imaginé une disposition qui permet de doubler constamment une première charge électrique, et il a donné à son appareil le nom de duplicateur. Cet instrument se compose en principe de trois plateaux conducteurs isolés A, B et G, les deux premiers fixes et le troisième mobile. Le plateau A étant chargé primitivement d'une quantité d'électricité + m , on en approche le plateau mobile C mis en communication avec le sol ; la charge de signe contraire que prend le plateau mobile est plus faible que la charge influente, mais elle s'en rapproche d'autant plus que la distance est moindre; pour simplifier les raisonnements, nous supposerons ces ciiarges égales. Le plateau C ainsi chai^ d'une quantité d'tlectricité égale à — m est isolé puis porté en face du plateau B communiquant avec le sol, lequel prend par influence une charge égale k-^ m.

(») be Nova MeUwdu, etc. p. U ^1778).

(*) PhiL tram, abridy., vol. XYl, p. ^2 (1787).

DKS MACHLNËS ÉLEaRKKJES. t>7l

Après avoir isolé B, on le fait communiquer avec le plateau A dont on approche le plateau C non isolé; la chai*ge totale + 2m des deux plateaux A et B se réunit alors sur le premier, le plateau C prend une charge égale à — 2m, et on sépare A et B. L*appareil est ainsi ramené dans Tétat primitif et la quantité d'électricité a été doublée; une nouvelle opération toute semblable produira encore le même effet et, de cette manière, on accumulera successivement sur le plateau A des charges électriques égales à m, 2m, 4m, 8m,... En réalité, si Ton désigne par a et P des fractions qui difTèrent peu de Tunité, la première charge du plateau C est égale à am, celle du plateau B égale ù s'm, et la charge fmale du plateau A, après le cycle complet des opérations, égale à (i H- «•) Jm =pm, le coefficient p étant compris entre 1 et 2. Les charges successives du plateau A sont alors m, pni,/i*m,/i*m...; elles croissent comme les termes d'une progression géométrique. Quelque faible que soit la charge primitive, on peut ainsi la multiplier jusqu'à ce qu'elle soit sensible à un êlectromètre ou môme provoque des étincelles.

Léleciroscope à trois plateaux de Péclet (268) permet aussi d'augmenter une charge électrique donnée, mais par voie d'addition seulement, si l'on opère comme nous Favons indiqué. Un pourrait, en modifiant la manière d'établir lesconlacts, le trans* former en un multiplicateur géométrique; ce problème a reçu ^*ailleurs un grand nombre de solutions.

Cavallo fit construire un appareil dans lequel les diverses Communications qu'exige le duplicateur de Bennet s'établissaient lardes dispositions mécaniques, sans rinter\ention de l'opi^ra- ^<^(ir; Bohnenberger imagina aussi une disposition analogue, >>iais, dans les deux cas, le problème était résolu par le mouve- 'lient alternatif du plateau, ce qui est toujours moins commode Qu'une rotation continue.

845. •«pUcatcvr de KMMkMMi. ~ Darwin publia en 1787 un duplicateur à rotation qui était formé de quatre plateaux dont d^ux fixes et deux mobiles. Nicholson (*) indiqua l'année suivante ^^ appareil à rotation n'ayant que trois plateaux, qui réalisait exactement le duplicateur de Bennet. Cet appareil se compose

.*; PkU. trmê, mbndy., %ol. XVI. |i. 505 (1788).

272 TRAITÉ DÉLKTRICITÉ STATIIJUE.

de lieux plateaux verticaux fixes et isolés A et B (flg. 229), portés à l'extréinilé des tiges de mêlai a et i ; un troisième plateau C, isolé aussi, est mobile autour d'un axe horizontal formé d'une lige de verre que l'on fait tourner à l'aide d'une manivelle d'une manière continue. Une tige de mûlul D, munie d'une lame flexible, met le plateau mobile C en communication avec le sol toutes les fois qu'il se trouve en face du plateau fixe A. L'axe porte encore trois autres fils de métal qui communiquent entre eux : les deux premiers p ci q rectilignes et perpendicu-

laires à l'axe de rotation, le troisième r recourbé de manière à pouvoir toucher la tige E non isolée. La tige b est un peu plus rapprochée de l'axe que la tige a; le ressort /> louche altematîvemenl les deux tiges à chaque l'otation, mais le ressort q est un peu plus court et touche seulement la premièi'C. Lorsque l'appareil, par suite du mouvement qui s'effectue dans le sens de la flèche, est dans ta position indiquée par la figure, il correspond au deuxième cas que nous avons décrit : les plateaux A el C sont isolés et le plateau 6 communique avec le sol. Après une

DES MAGlllNES ÉLECTRIQUES. 273

rotation de 180**, les ressorts p et q touchent respectivement les tiges a et 6, les plateaux A et B sont isolés mais communiquent entre eux, et le plateau C est relié au sol par le ressort D ; ce qui correspond à la première position. Si Ton a commencé par charger un peu le plateau A, il arrive au bout de quelque temps que des étincelles se produisent entre les deux plateaux C et A. On peut donc se servir de cet appareil comme d'une machine électrique, mais il ne parait pas avoir jamais donné de résultats bien satisfaisants.

Les multiplicateurs et les éleclrophores tournants, très-en faveur à la fin du siècle dernier, ont reçu des formes très-variées; mais ils étaient oubliés, lorsque parurent à peu près simultanément les machines de M^ Tœpler (^) et de M. Holtz (*) qui ont fait entrer la construction des électromoteurs par influence dans une voie toute nouvelle.

846. Haehine de Tœpler. — La figure 250 représente sous sa forme la plus simple Tappareil de M. Tœpler. C est un disque de verre qui, par un système de cordes cl de poulies, est animé d'un mouvement de rotation rapide autour d'un axe vertical. Sur la face inférieure du disque de verre sont collées deux armures d'étain ayant la forme de grands segments, et la face supérieure porte deux bandes demi-circulaires Fig. 230.

A et B qui communiquent séparément avec, les segments correspondants de la face opposée.

Deux conducteurs isolés P et N portent à leurs extrémités des ressorts très-flexibles /> et n qui, pendant le mouvement de rotation, appuient alternativement sur les bandes A et B.

Au-dessous du disque mobile est un plateau conducteur isolél, de mômes dimensions que les segments, et qui joue le rôle de rinducteur employé par M. Thomson dans ses électromètres.

;•) Pogg, Ann. t. CXXV, p. 469. — Annales de Chimie et de Physique, 4- série,

t. Vm, p. 313.

(«) Pogg. Ann, t. CXXVI. p. 157. — Annales de Chimie et de Physique, 4» série,

t. viu, p. ioi.

274 TRMTÉ D'ÉLECTRICITÉ STATIQUE.

Le jeu de cet appareil est facile à comprendre. Supposons que l'inducteur 1 soit mis en communication avec une source à potentiel constant, comme une pile sèche, fournissant de Télectricité positive. Dans une position un peu antérieure à celle que représente la figure, le conducteur ApV s'éleclrise par influence : Textrémité la plus éloignée P se charge d'électricité positive, et le secteur A d'électricité négative. Après avoir quitté le ressort/?, ce secteur porte son électricité négative sur la tige N par rintermédiaire du ressort n ; en môme temps l'autre secteur B vient prendre la place du premier et s'électrise à son tour sous l'influence de l'inducteur. Le même effet [se reproduisant d'une manière continue, on voit aisément que, si l'on fait abstraction des fuites, la charge des conducteurs P et N augmente comme les termes d'une progression géométrique. Toutefois, si l'électricité n'est pas dépensée à mesure de sa production, la différence de potentiel de ces conducteurs atteint bientôt une valeur maximum; il se produit alors des décharges entre les différentes parties de l'appareil, et particulièrement une pluie de très-fines étincelles entre les secteurs mobiles et le plateau inducteur. On pare à cet inconvénient en reliant les conducteurs aux deux branches d'un excitateur formé par deux vis a et 6 que l'on peut à volonté rapprocher l'une de l'autre, et en formant l'inducteur par une lame de verre vernie sur sa face supérieure et munie d'une feuille d'étain sur l'autre face. Malgré ces précautions, la machine ne tarderait pas à s'éteindre, et il est nécessaire de recourir à une source étrangère pour maintenir constant le potentiel de l'inducteur. M. Tœpler a eu l'idée d'associer deux appareils semblables qui se maintiennent Tun et l'autre en activité par leurs réactions réciproques.

La figure 251 représente un appareil double. L'arbre de rotation porte deux disques D et D', de dimensions différentes et munis de lames d'étain disposées

Fig. 251.

de la même manière. L'inducteur I de la première machine communique avec Tun des ressorts p' de la seconde, l'inducteur T de celle-ci avec le ressort de signe contraire n de la première ; le conducteur P de la première reste isolé et le conducteur N' de la seconde communique avec la tene.

Supposons que l'inducteur I soit d*abord électrisé positivement et la machine en marche, le conducteur P prendra de Tèleclricité positive, le conducteur N et Tinducteurl'de rélectricitc négative, et le secteur A' devenu positif pendant qu'il communique avec le sol par la tige N' ira ensuite par le ressort />' augmenter la charge du premier inducteur I. La seconde machine joue donc le rôle de régénérateur d'électricité pour la première. La différence de potentiel des conducteurs P et N augmente rapidement, jusqu'à ce que le débit d'électricité soit compensé par les fuites qui ne tardent pas à se manifester de tous côtés. M. Tœpler a obtenu ainsi enire les pointes a et 6, ou entre deux corps quelconques a' et b' reliés aux conducteurs P et N, un flux abondant d'étincelles électriques qui pouvaient avoir jusqu'à 1 pouce de longueur. Si l'on voulait produire un courant constant dans un circuit iontinu et- conducteur, il fendrait faire communiquer les tiges T et N, mais alors, le conducteur formé par le secteur A' et l'iiducteur 1 se trouvant placé entre deux corps conducteurs A etP au même potentiel, les deux machines cesseraient de fonctionner. Pour obtenir un <îouraiit permanent, H. Tœpler combine un appareil double et un appareil simple, le premier restant ouvert et servant à maintenir un potentiel constant sur rinductcur du second.

Il est nécessaire d'amofter la machine double en approchant de l'inducteur I un corps électrisé ; cependant M. Toîpler a constaté que sa machine s'aiiiorçait d'elle-même, quand on la faisait tourner pendant cinq .ou six minutes sans lui communiquer aucune trace d'électricité; Gb développement spontané d'électricité peut être attribué, soit au frottement de l'air, soit au frottement des ressorts de contact ou à toute autre cause étrangère nirnie à l'appareil; mais, dans celte hypothèse, le si^^ne de l'électrisation devrait être variable, tandis que l'inducteur 1 prenait toujours spontanément de rélectricité négative. L'origine de l'électricité parait devoir être aHi*ibuée simplement au contact des métaux;

l'inducteur 1 était en argent ainsi que les armatures A et B, tandis que les armatures A' et G' du régénérateur étaient formées par des lames d'étain. Le conducteur A'I était ainsi terminé par deux métaux différents; or, nous verrons que le contact de deux métaux, même par l'intermédiaire d'un autre métal, établit entre eux une dilTérencc de potentiel, très-faible à la vérité, mais suffisante pour provoquer un premier pliénomène d'influence et amorcer une machine à réactions réciproques.

M. Tœpler a fait construire sur les mêmes principes un appareil qui comprend un grand nombre de disques montés sur un même axe horizontal, et dont on peut voir un modèle au Conservatoire des arts et métiers ; mais, si ingénieuse qu'elle soit, cette macliine est trop compliquée, très-fragile, et elle ne tarda pas à être abandonnée en présence des effets merveilleux que donnait la machine de lloltz.

847. nactatne d« Boiu, — La première machine construite par M. Holti se compose d'un plateau vertical D (fig. 232) en

verre mince verni à la gomme-laque, que l'on fait tourner avec une vitesse de 5 à 10 tours par seconde. En face de ce plateau mobile et à une petite disUnce est un plateau fixe D* uo peu plus

mS MACHINES ÉLECTRIQUES. 277

large, perce d'une grande ouverture centrale qui laisse passer Taxe de rotation, et dans lequel on a taill^deux fenêtres rectangulaires F et G aux extrémités d'un même diamètre. Sur Tun des bords de chacune des fenêtres est collée une armure de papier A appliquée sur les deux faces et munie d'une ou deux languettes a terminées en pointe dans la partie évidée ; ces deux armures A et B servent d'inducteurs et sont disposées symétriquement par rapport à Taxe de rotation. La première est seulement point illéc sur la Ggui^e, pour laisser voir les pièces situées derrière.

De l'autre côté du plateau mobile sont placés deux conducteurs isolés P et N terminés par des peignes qui se trouvent dirigés vers les armures de papier ; ces deux conducteurs peuvent être réunis par une sorte d'excitateur à manches d'ébonite, dont on rapproche ou éloigne les branches à volonté.

Quand on veut mettre l'appareil en activité, on relie d'abord les conducteurs P et N entre eux, en amenant au contact les boules P' et N', on fait tourner le disque mobile dans une direction contraire à celle des pointes des armures en papier, et on électrise l'une de ces armures A. Il suffit, pour cela, d'en approcher une plaque d'ébonite que l'on a électrisée en la frottant avec la main ou avec une peau de chat. On entend alors un bruissement particulier qui indique que l'appareil fonctionne ; on peut enlever la lame influente, et la production de l'électricité continue tant que le mouvement de rotation est entretenu. Si l'on examine dans l'obscurité la machine en marche, on voit une nappe lumineuse continue qui s'échappe du peigne situé en face de l'armure primitivement électrisée, et se précipite sur le plateau mobile en se courbant dans une direction opposée à celle du mouvement : c'est un flux d'électricité positive. De même, l'autre peigne laisse écouler de l'électricité négative, comme on le reconnaît aux points brillants qui terminent les dents. Enfm les pointes a de la première armure laissent aussi échapper de l'électricité positive, et les pointes b de l'autre papier de 1 électricité négative.

Maintenant, si l'on ouvre l'excitateur en séparant les deux boules P et N' par une distance qui ne soit pas trop grande, cet intervalle est traversé par un flux continu de traits lumineux bleuâtres parallèles ou par des aigrettes en forme de houppes.

la boule P' fournissant de roleclricilé positive, et l'autre de Télectricité négative ; mais, si cette distance est trop grande, le flux qui s'écoule par les peignes diminue peu à peu et la machine ne tarde pas à s'éteindre. Si , les boules P' et W étant maintenues à une distance assez faible pour que les étincelles puissent les traverser, on les met séparément en communication avec les armatures d'une bouteille de Leydc ou d'une batterie, on obtient alors des étincelles discontinues qui éclatent toutes les fois que les armatures de la batterie ont atteint une différence de potentiel suffisante. Ces étincelles sont d'autant plus rares et plus puissantes que la capacité électrique de la batterie est plus grande. Habituellement, on suspend aux conducteurs? et N deux petites bouteilles de Leyde réunies par leurs armatures extérieures, de manière à constituer un jeu de cascade ; cette disposition permet d'obtenir des étincelles plus longues et empoche la machine de s'éteindre trop facilement. Avec cet appareil, on peut donc faire passer un courant continu dans un fil par lequel on réunit les deux conducteurs F et N que l'on peut considérer comme les pôles, charger une batterie, ou mettre sur un conducteur isolé une électricité de signe quelconque. Dans ce dernier cas, on approchera le conducteur du pôle correspondant, et on en tirera une étincelle.