CHARGE

Mrriaisci

DiOlAIIM lUfTASrTàVtl

TOTALI

I^IOCKIU

Fraction di' M'conde

3 minutes.

596. Cette relation si simple est une conséquence immédiate de l'existence d'éléments médiocrement conducteurs dans le milieu interposé. La quantité d'électricité qui s*échappe par un contact de très-courte durî*e ne dé|)end que des éléments du milieu interposé qui sont conducteui^s ou qui se polarisent instantanément, et elle est évidemment égale à la charge instantanée; le reste, qui s'est produit lentement, est retenu par Télectrisatîon des éléments peu conducteurs.

496 TRAITÉ DtLEGTRIGITÉ STATIQUE.

En effet, pour que la loi se vérifie, il est nécessaire de décharger le condensateur aussitôt qu'on Ta détaché de la source électrique ; si Ton sépare la charge de la décharge par des intervalles de plus en plus longs, Télectrisation du gâteau par conductibilité augmente peu à peu et la décharge diminue de plus en plus.

Ainsi, avec un gâteau de gomme laque de 6 millimètres d'épaisseur, l'appareil ayant été chargé instantanément, puis relié avec Télectroscope, a fourni 45 décharges; après une nouvelle charge instantanée et une décharge brusque immédiate, le résidu a été nul. On charge de nouveau pendant un instant, et au bout de 1 5 minutes seulement on relie le collecteur à l'électroscope : on obtient encore 45 décharges, c'est-à-dire que la perle a été insignifiante. On charge encore de la même manière et au bout de 15 minutes on produit une décharge brusque; on relie le collecteur à l'électroscope et on obtient cette fois un résidu de 27 décharges. La quantité d'électricité dépensée dans la décharge brusque a donc diminué de 45 à 45 — 27 = 18, suivant qu on l'effectue immédiatement ou bien au bout de 15 minutes.

397. En résumé, un condensateur à isolant solide peut prendre une charge considérable si on le maintient pendant longtemps en communication avec la source, mais toute cette électricité ne peut pas être utilisée pour une décharge brusque. Si la source a un débit ou des dimensions suffisantes, un contact instantané donne au collecteur le maximum de charge utilisable; si le débit de la source est trop faible, le maximum d'effet utile sera atteint quand le potentiel du collecteur deviendra égal au potentiel limite de la source. On voit encore par les résultats rapportés au n"* 592 que, pour la décharge brusque, tous les isolants solides sont à peu près équivalents et qu'ils fournissent une fois et demie autant d'électricité que celle d'un condensateur à lame d'air de même épaisseur, en supposant toutefois que l'expérience soit possible dans ce dernier cas et que la couche d'air soit suffisante pour empêcher la production d'une étincelle directe entre les deux armatures. Le rôle des isolants solides est donc surtout de s'opposer à ces étincelles directes. Toutefois, le choix des isolants n'est pas absolument indifférent parce qu'ils donneront lieu à des résidus très-inégaux et que la chaire

à refus du condensateur exigera un temps plus ou moins long.

11 faut remarquer encore que ces résultats n*ont été obtenus qu*avecdes potentiels très-faibles et des condensateurs à plateaux ; il n*est pas permis d*étendrc les mêmes conclusions aux cas de condensateurs fermés comme les bouteilles de Leyde et de potentiels beaucoup plus grands, mais, selon toute apparence, les phénomènes doivent présenter alors la même marche.

398. Bxpérieaees ém H. ■»it— ■■. — M. Boltzmann a publié (*) une série de recherches sur la constante dit^lectrif/ue, c'est-à-dire sur le pouvoir inducteur spéciilque, de difTérents corps isolants. La méthode de M. Boltzmann consiste à déterminer dii*eclement par le moyen d*un électrométre à quadrants de Thomson, la capacité d'un condensateur à plateaux entre les armatures duquel on introduit des lames isolantes. Le condensateur était formé de deux plateaux parallèles de 150 millimètres de diamètre, et les lames isolantes étaient des disques carrés de 200 millimètres de C(Mé, de façon que ces lames dépassaient les bords des plateaux d*au moins 20 millimétn'!> dans tous le«( sens.

Si la distance des plateaux est ass(*z |M;lite par rapport a leur diamètre, la capacité C du collecteur, quand le milieu isolant est une lame d*air, est sensiblement en raison inverse de Tépaisscur E de la couche d*air, de sorte que Ton peut écrire

Si maintenant on introduit entre les armatures une lame isolante d*épaisseur e dont le pouvoir inducteur spéi*itlque est égal à D, il ne restera plus qu'une couche d'air d'épaisseur E — e ci la lame solide S4' comportera comme une couche d air d'épais-

seur plus faible .y de sorte que la capacité nouvelle C du collecteur sera donnée par l'équation

ri)

;i| Poçg, ÀMHal. T. CIJ. p. 4Xi vi ôôt J87i .

A l'aide d'une pile de quelques éléments Daniell, M. BoUzmann chargeait d'abord rélectromètre seul, puis le condensateur seul qu'il isolait et faisait ensuile communiquer avec l'électromètre. Les déviations, corrigées par une table de graduation empirique, permettent, comme nous l'avons vu, de calculer les rapports des capacités C et C à la capacité de l'électromètre, et le quotient de ces deux nombres donne le rapport des capacités C et C\ c'est-àdire la valeur de la fraction

de laquelle on déduira aisément la constante diélectrique D.

Les expressions qui précèdent renferment la distance E des deux plateaux, qu'il est difficile d'évaluer directement, mais on peut aisément éliminer cette difficulté , comme Ta fait M. Thomson (279). 11 suffit de remarquer que, pour une deuxième expérience, faite avec une couche d'air d'épaisseur diiTérente E^ la capacité nouvelle C^ du collecteur sera donnée par l'équation

(5) ■ i=iE.;

on en déduit

et l'on voit qu'en opérant de cette manière, on n'aura à évaluer que les changements d'épaisseur, ce qui se fait aisément à l'aide d'une sorte de vernicr que l'on vise avec un microscope.

399. M. Boltzmann divise les corps qu'il a étudiés en deux groupes : les uns, tels que la gomme-laque, la paraffine, le soufre et la colophane, se comportent comme des corps isolants parfaits, c'est-à-dire, qu'en les employant, la charge maximum du collecteur est atteinte, sinon instantanément, du moins au bout d'un temps très-court; au contraire, avec la gutta-percha, là stéarine et le verre, la charge va en augmentant avec le temps d'une manière sensible.

Dans ces expériences, la communication du collecteur avec la pile durait environ 20 secondes, et l'observation de Télectro-

INFLlLNCii; ET CONDKNSATiO.N ÉLECTRIOIF^ W^

mêlre n exigeait pas plus d*une iiitnulc. M. BolUmann a vérifié rexactitudc des formules (1) et (i) ; il a eniployé des lames d'épaisseurs comprises entre 1 et i millimétrés, et il a obtenu les résultais suivants comme moyennes de plusieurs séries d'observations qui paraissent très-concordantes :

Goniiiie laque 5,1.%

Paraltinc "i.ô'l

Soufre 5,Hi

Colophane ^,.*>5

(les nombres sont notablement plus grands que ceux qui ont été donnés par d*autres expérimentateurs, et la noninlluence du temps parait en contradiction avec les faits observés par M. (laugain : les expériences citées par M. Boltzmann, en vue d'établir ce point important, sont malheureusement trop peu nombreuses et il est à regretter qu'elles n'aient pas été répélcos dans des conditions plus variées, pour meltreen évidence la niodiiication progressive du phénomène.

)l. Uoltzmanna cherché ensuite si ses ré>ultats pouvaient iMre considérés comme une coniirmation de la théorie par laquelle M. Maxwell (*) a cru démonlix'r que la constante diélectrique U d'un corps est égale au carré de Tindice de réfraction n.

Le tableau suivant indique au moins que les deux quantités considérées varient dans le même sens :

Njuliv rJ.Oto l.tmo

(ioluphaiir l».Mr» I ,^^7

Para ni ne 1 ..'i.V» à I ,M «» LritiÔ

lioinme la(|U(* t,77à

Dans un mémoire plus récent (M, M.IU)ltzmunn annonce a\oir constalt* que, conformément à la théorie de M. Maxwell, la c(»iistante diélectrique du soufre n*est pas la même dans les dillérentes directions, et que, pour les gnz au:»>i, Tindice de réfraction est égal à la racine carrée de la con>tanle diélectrique. 11 parait difficile d'admettre que, dans des expi^riences de cette na-

»• Phil. tramart. vol. \'t*i, paii. I. |». 4.VJ.

• *) Comptée rendue de V.Kcmitmie titâ uérneei tle l tenue t874', p. i'J.

ture, on puisse mettre en évidence des quantités aussi petites que Texcès de Tindice de réfraction d'un gaz sur l'unité, lequel n'atteint pas un millième:

400. Des bonteiUea de Leyde. — Il reste cncorc quclques observations à faire au sujet de la bouteille de Leyde. La capacité d'une pareille bouteille, évaluée par la méthode de Faraday, est beaucoup plus grande que celle d'un condensateur à lame d'air de môme épaisseur ; mais cela n'indique pas le profit que Ton peut tirer d'une bouteille de Leyde, lequel dépend de la quantité d'électricité qui s'écoule pendant la décharge brusque, et non de la cliarge totale.

M. Riess a reconnu (3i0) en chargeant, par l'intermédiaire d'une bouteille de Lane, une batterie dont les armatures étaient reliées aux deux boules d'un excitateur, que le résidu de la batterie est toujours égal au sixième de la charge totale. J'ai répète cette expérience de diverses manières avec une grande batterie et constaté, qu'en effet, le rapport du nombre des étincelles de la bouteille de Lane, nécessaire pour provoquer la première décharge, au nombre des étincelles nécessaires pour les décharges suivantes ne variait qu'entre les limites 1,15 et 1,35 dont la moyenne 1,22 est très-sensiblement égale au rapport | donne par M. Riess.

Toutefois, le phénomène paraît un peu plus complexe, car le rapport considéré va d'abord en croissant pour les premières décharges et ne devient constant qu'à partir de la cinquième ou sixième décharge. Ce rapport diminue d'ailleurs d'une manière sensible quand on augmente la distance explosive, c'est-à-dirc que le résidu croît moins vite que la charge totale.

Si Ton admet que la charge totale soit égale à i ,9 fois celle

d'un condensateur à lame d'air de même épaisseur, comme

dans les expériences de Faraday, la décharge étant les J de la

charge tot-ale, sera égale à 1,9 x ^ ou 1,6 fois la charge d'un

condensateur à lame d'air, ce qui est tout à fait conforme aux expériences de M. Gaugain.

401 . Dans les expériences de cette nature, la durée de la charge d'une batterie est nécessairement assez grande, puisque le débit de la machine est limité et que, d'ailleurs, il doit être assez

[influence et condensation électriques. 501

lent pour que Ton puisse corapter les étincelles de la bouteille de Lanc. D'autre part, la décharge par une forte étincelle dure toujours un temps appréciable. Ces expériences n'indiquent donc pas ce qui se passerait avec des potentiels plus faibles et quelle serait alors l'influence du temps; il faut pour cela employer des méthodes analogues à celles de M. Gaugain.

On électrise, par exemple, une grande batterie à un potentiel peu élevé, puis tenant à la main la bouteille que l'on veut étudier, on la met en contact pendant un temps plus ou moins long avec l'armature intérieure de la batterie ; on évalue alors par un électroscope-jauge la quantité d'électricité qu'a prise la bouteille. J'ai constaté ainsi, par quelques expériences d'essai, que la charge augmente d'une manière très-rapide pendant les premiers moments : la quantité d'électricité que prend la bouteille par un contact de 10 secondes peut être 4 ou 5 fois plus grande, ou môme davantage, que si le contact est aussi court que possible ; et au bout de 1 0 secondes la charge maximum n'est pas encore atteinte.

Le même phénomène a lieu pour la décharge. Si l'on fait communiquer un instant avec le sol le bouton de la bouteille électrisée et si l'on évalue, par l'électroscopc-jauge, la charge résiduelle, on trouve qu'elle peut dépasser le tiers de la charge totale. Il serait utile de reprendre cette question d'une manière complète pour les bouteilles de Leydc, parce que c'est la forme de condensateur la plus employée et celle qui présente le plus d'intérêt au point de vue de la théorie.

402. Quoi qu'il en soit, l'influence du temps sur la charge et la décharge des batteries peut être attribuée, soit à une polarisation lente, soit à une conductibilité médiocre du milieu isolant. Il importe de remarquer cependant que, dans les bouteilles de bonne qualité, l'effet du temps doit être extrêmement faible et l'état définitif est atteint assez rapidement : quand une pareille batterie est munie d'un électroscope et qu'on l'isole après l'avoir électrisée, on remarque que la divergence du pendule diminue d'une manière très-lente, et cette diminution de potentiel est en grande partie causée par la déperdition d'électricité au contact de l'air ou le long de la surface du verre.

Si la lame de verre avait une conductibilité notable, la charge

502 TRAITÉ DtLECTRICITÉ STATIQUE.

résiduelle serait beaucoup plus grande qu'elle ne Test en général, et la batterie, abandonnée à elle-même, ne devrait pas tarder à se décharger d'une manière complète. En réalité, la déperdition par les surfaces joue le rôle le plus important, et si Ton élimine cette cause d'erreur, on peut conserver la charge d'une bouteille pendant très-longtemps.

Franklin (^) cite, par exemple, une expérience dans laquelle un de ses amis avait électrisé une bouteille de Leyde et ensuite scellé le col à la lampe, après avoir enlevé le crochet de l'armature intérieuï'e. Cette bouteille fut ouverte au bout de 7 mois el se trouva encore assez électrisée pour donner une étincelle, beaucoup moins énergique, il est vrai, que si on Teut déchargée immédiatement. Canton (') avait déjà électrisé, à la manière des bouteilles de Leyde, de petites boules en verre soufflé de sept à huit millièmes de pouce d'épaisseur, qu'il scellait ensuite hermétiquement. En présentant ces boules nues à un électromètre, il ne pouvait découvrir ancune trace d'électricité, mais il suffisait de les chauffer un peu en les tenant à quelques pouces d'un foyer pour qu'elles devinssent fortement électriques, et les mêmes effets se manifestaient jusqu'à ce que les boules fussent refroidies. La môme expérience pouvait être répétée plusieurs fois, mais l'électricité diminuait peu à peu. Canton observa qu'une boule ainsi préparée pouvait être gardée sous Teau sans inconvénient pendant plusieurs jours ; enfin, il chargea une boule pareille le 22 septembre il60 et la trouva encore fortement électrisée le 51 octobre suivant, quoiqu'elle eût servi à plusieurs reprises dans l'intervalle.

Ces expériences montrent qu'une faible élévation de température suffit pour augmenter sensiblement la conductibilité du verre, mais elles prouvent en même temps que cette conductibitité peut être très-faible pour des échantillons convenablement choisis, et qu'elle a peu d'importance dans les expériences ordinaires.