rémétrm»tam de l'éleetrMM éMmm lea covya laolaBls

Non-seulement l'électriciti'- se propage à la surface, mais elle pém-tre dans l'intérieur des corps isolants, comme rela K'suUe déjfl de ce qui pn'cédc. Faraday a fait à ce sujet (') dos expériences nombreuses.

l'ne plaque C de matière isolante, soufre ou spermaccti Iblancde baleine), par exemple (fig. 62), est couverte sur deux faces opposées par des plateaux métalliques a et b dont l'un communique avec une machine électrique et l'autre avec le wl. Après avoir fait fonctionner la machine pendant 10 ou 15 minutes, on décharge les plateaux a Fv si

«I A et on les isole; si on

les examine aussitôt avec attention, ils paraissent tous deux ■bsolument neutres, mais, au bout de quelques instants, le plateau a se montre de nouveau positif et le plateau b négatif.

1 ET]>triMeatal Reêtarttia, t. I, p. 300.

166 THAITÉ B'ÉLECTBICITÉ STATIQUE.

■ L'éleclricité positive fournie au plateau a par la machine, el rélectricité négative produite sur le plateau b par influence, ont pénéiré peu à peu, par suit»! de la rùpulsion des plateaux, dans la profondeur du corps isolant, puis sont revenues vers la surface et sur les plateaux après que ceux-ci ont 6té ramenés à l'état neutre.

L'expérience suivante est encore plus démonstrative. Deux plaques de spermaccti C et D (fig. 63) sont appliquées l'une sur l'autre et recouvertes sur les faces extérieures de plateaux métalliques a et b, dont le premier communique avec une machine et le second avec le sol. L'appareil est chargé pendant plusieurs mi- Pi^ 5j nutes, puis déchaîné et isolé : les plateaux a et 6 ne manifestent alors aucune trace d'électricité, mais aussitôt qu'on sépare les plaques C et D, les plateaux se montrent fortement électrisés, a positivement et b négativement ; les deux couches électriques de signes contraires étaient donc situées de part et d'autre de la ligne médiane du corps isolant.

Le même phénomène ^7^<- a lieu si le corps isof g^ lant est discontinu.

Ainsi M. Matteucci (') a répété cette expérience à l'aide d'une pile formée d'un grand nombre de lames de mica (fig. Ci) comprises entre deux plaques de métal a el b. L'appareil ayant été chargé par la machine pendant quelques minutes, puis déchargé, on a démonté aussitôt la pile de lames et constaté que tontes celles qui étaient situées vei-s l'exti-émité la plus voisine de la in;icliine avaient un excès

i' Comjilei Iteaduf lie l'Acaili'mir dci Science», t. KSIII, p. *5R,

d'électricité positive, et celles de l'autre extrémité de l'électricité négative.

Le mécanisme du phénomène qui a lieu dans ces expériences de M. Matteucci et de Faraday est, d'ailleurs, assez complexe, et nous y reviendrons à propos de la condensation; mais il est facile de démontrer la pénétration de l'électricité par des épreuves plus directes.

On met, par exemple, un cylindre d'acide stéarique (une bougie) en contact pendant quelque temps et par ses différents points avec une machine électrique ; ce cylindre est alors fortement chargé d'électricité positive. On le touche avec la main sur toute sa surface sans le frotter, ou on le pose sur un corps conducteur non isolé ou mieux encore on le fond superficiellement : toute électricité disparait. En abandonnant ensuite ce cylindre à luimême, on le retrouve au bout de quelques instants ëlectrisé positivement.

L'expérience suivante est encore plus simple. On charge fortement un bdton de résine ou de cire d'Espagne d'électricité positive en le mettant en contact avec le conducteur d'une machine. On frotte ce bâton légèrement avec du drap ; on reconnaît qu'il est chargé d'électricité négative. En abandonnant ensuite ce bâton à lui-même, l'électricité négative disparaît peu à peu, et on reconnaît bientôt qu'il est électrisé positivement. L'électricité qui avait pénétré dans les couches plus profondes est revenue peu à peu, vers la surface, neutraliser l'électricité contraire et ensuite y devenir prédominante.

105. flfodMeaUon des effets dlnflaence par les eorps lBterp«isés.

— Dans plusieurs des expériences qui précèdent, le corps électrisé et le conducteur soumis à l'influence ont été séparés par une couche d'un corps mauvais conducteur^ liquide ou solide, au lieu d'être placés dans l'air. Alors, non-seulement l'influence a encore lieu comme nous l'avons vu, mais elle est notablement augmentée. On peut faire Texpérience d'une manière très-simple en maintenant un corps électrisé au-dessus de la boule d'un électroscope à feuilles d'or. Ces feuilles s'électriscnt de la même manière que le corps influent et divergent ; Tinfroduction d'un corps isolant, entre la boule de l'électroscope et le corps, influent, fait augmenter la divergence des pailles.

A^^BBiS

SBiffisS^

Fig. 65.

16S TRAITÉ DtLECTRICITÉ STATIQUE.

Celte expérience est délicate ; elle donne souvent des résultats contraires à ceux qu'on attend, la divergence des pailles diminuant au lieu d'augmenter par suite de Tintroduction des corps intermédiaires, et plusieurs physiciens ont même annoncé que la diminution d'influence était le fait général. Nous verrons quelles

peuvent être les causes «perturbatrices du phénomène, mais il importe de réussir à montrer l'accroissement d'influence comme nous l'avons annoncé.

On emploie pour cela un électroscope condensateur (fig. 65). Le plateau supérieur A étant électrisé, on le suspend à une certaine distance au-dessus du plateau inférieur B, de manière à produire une divergence des feuilles d'or. On introduit entre les deux plateaux un ballon de verre C, une boule de soufre ou de résine, portés par des manches isolants, et les pailles s'écartent davantage.

1Ô6. Pouvoir faidiwt«ar ■péciBqne. — Faraday a attaché une grande importance au rôle des milieux isolants au travers desquels s'effectue l'influence, milieux auxquels il donne le nom de

diélectriques^ et il a mis ce rôle en évidence de la manière suivante (*).

Un plateau conducteur C (fig. 66) est isolé et fixe. A droite et à gauche on dispose deux autres plateaux conducteurs A etB isolés aussi, et communiquant séparément par des fils de cuivre avec deux feuilles d'or a et 6; ces feuilles sont isolées l'une de lautre, suspendues dans une cloche en verre et séparées par un intervalle de quelques centimètres. Les plateaux A et B étant à égale distance du plateau intermédiaire C, on charge ce dernier d'électricité positive; on met les plateaux A et Ben communication avec le sol, puis on les isole. Ces deux pla-

Fig. ce.

(*] Expérimental Besearchet, t. I, p. 41''>.

teaux sont alors électrisés négativement de la môme manière, cl les feuilles d'or avec lesquelles ils communiquent n'ont pas d'électricité libre appréciable : elles restent verticales. Les choses étant dans cet état, on approche le plateau A du plateau C, et aussitôt on voit les deux feuilles d'or s'attirer; on peut s'assurer d'ailleurs, en présentant à ces feuilles un bâton de verre frotté, que oest électrisé positivement et b négativement. Le phénomène était facile à prévoir, l'influence sur A a augmenté par suite du rapprochement des plateaux; elle a diminué sur B, parce que Télectricité du plateau C s'est portée vers le plateau A.

On rétablit les plateaux dans l'état primitif, et on introduit une. lame épaisse d'un corps isolant entre les plateaux A et C ; les lames d'or s'attirent de nouveau et l'on peut constater que la feuille a est encore positive et l'autre négative (^). L'interposition d'un corps mauvais conducteur produit donc le môme effet que le rapprochement des plateaux et augmente l'influence électrique. Faraday appelle pouvoir inducteur spécifique d'un milieu isolant le rapport de la quantité d'électricité développée par influence à travers ce milieu, à la quantité d'électricité qui se produirait dans les mêmes conditions à travers une couche d'air de môme épaisseur.

i07. On peut dire aussi que l'influence électrique au travers d'une lame isolante s'exerce comme si cette lame était remplacée par une couche d'air moins épaisse. D'autre part, on a reconnu que l'influence électrique entre deux plateaux dont la distance est petite par rapport à leur diamètre, est à peu près en raison inverse de l'épaisseur de la couche d'air qui les sépare, et cette remarque permettra de déduire de l'expérience de Faraday une détermination expérimentale au moins très-approchée du pouvoir inducteur spécifique de la lame isolante. Supposons pour cela qu'après avoir interposé cette lame entre les plateaux A et C et constaté l'accroissement d'influence, on éloigne peu à peu le plateau A jusqu'à ce que les deux feuilles d'or a et 6 redeviennent

( * ) Cette demiërc précaution est nécessaire, parce que l'attraction des deux feuilles d'or prouve seulement qu'elles sont chargées d'électricités dilférentes. Faraday ne dit pas expressément qu'il s'est assuré de l'état électrique des feuilles, mais il est h présumer qu'il n'avait pas négligé ce soin ; cependant son expérience a éU* quelquefois interprétée dans un sens opposé, la plaque isolante était considérée, non conunc augmentant, mais comme diminuant l'influence électrique.

verticales, c'est-à-dire que rinfluence électrique soit de nouveau

la môme sur les plateaux A et B. Appelons E Tépaisseur de la

lame isolante, n son pouvoir inducteur spécifique et e la quantité

dont il a fallu reculer la lame A pour rétablir Tégalité d'influence

de part et d'autre. On voit qu'en définitive on a remplacé une

épaisseur d'air égale à E par une épaisseur d'air e et par la lame

isolante qui équivaut à une couche d'air d'épaisseur n fois plus

E faible, ou - ; ce qui donne l'équation

d'où l'on déduit

Le déplacement e étant toujours plus petit que l'épaisseur E de la lame isolante, cette expression donnera pour le pouvoir inducteur spécifique un nombre positif plus grand que l'unité.

108. Des écnuis éiectrii|nc». — Sans iusistcr davantage pour le moment sur cette question des pouvoirs inducteurs qui joue un rôle important dans les phénomènes de condensation, il faut remarquer d'abord qu'il n'y a pas une distinction absolue à établir sous ce rapport entre les bons et les mauvais conducteurs. Ainsi, on peut répéter l'expérience que nous avons indiquée plus haut (105), en remplaçant le ballon de verre par une boule de métal de même diamètre soutenue à l'aide d'un manche bien isolant. Quand on introduit cette boule entre les deux plateaux, l'influence est encore augmentée et môme l'accroissement de divergence est plus grand qu'avec le ballon de verre.

Ce phénomène s'explique sans difficulté quand le corps interposé est conducteur, parce que ce conducteur s'électrise aussi par influence et agit à son tour sur Télectroscope sans nuire beaucoup à l'action qu'exerçait primitivement le corps électrisé; on peut donc présumer que les corps mauvais conducteurs se comporteront jusqu'à un certain point de la môme manière.

Toutefois, si le milieu interposé est conducteur et, au lieu d'être isolé, communique avec le sol, il agit alors comme un écran et

diminue beaucoup Tinfluence électrique qui pourrait s'exercer derrière lui. Un plateau conducteur communiquant avec le sol, substitué à la boule isolée, fait immédiatement retomber les feuilles d'or. De môme, dans l'expérience d'Œpinus (82), il suffit de placer une lame conductrice non isolée entre la sphère influente et le cylindre pour ramener tous les pendules dans la verticale.

Ce résultat était facile à prévoir en remarquant que si la lame de métal est un peu étendue, elle n'a pas d'électricité sensible sur sa surface extérieure, la plus éloignée du corps influent. La résultante des actions exercées, par l'électricité influente et par Télectricité contraire de la lame, sur un point quelconque de cette lame et sur sa surface extérieure est nulle; si l'on s'éloigne toujours à partir de ce point, l'action doit varier d'une manière continue parce qu'on ne traverse pas de couche électrique, elle est donc aussi nulle dans la couche d'air voisine et reste insensible dans une certaine étendue derrière la lame.

Dans les idées de Faraday, cette expérience démontre tjue l'influence électrique (qu'il appelle induction) ne s'exerce pas à travers les conducteurs communiquant avec le sol. Cependant on ne peut pas comparer absolument les écrans électriques aux écrans opaques employés en optique, lesquels empochent tout accès de la lumière dans l'intérieur du cône d'ombre géométrique, si Ton excepte les phénomènes de diffraction. Un écran électrique ne garantit de Tinfluence une certaine région que d'une manière approchée, et il n'est absolument efficace que lorsqu'il entoure complètement le corps électrisé. Dans ce cas, en effet, il annule toute action extérieure, comme on l'a vu dans les expériences précédentes de Faraday.

109. Enfin, ces considérations permettent d'expliquer certaines expériences qui ont paru contradictoires et dans lesquelles on a cru voir une diminution d'influence par suite de l'interposition d'un corps conducteur ou isolant. L'insuffisance de l'isolement ou bien la présence de conducteurs voisins non isolés, tels que le bras de l'opérateur, suffirait déjà pour produire un effet analogue. Mais lorsqu'une lame conductrice L, interposée entre un corps électrisé A (fig. 67) et un éleclroscope, est très-étendue, l'influence sur l'électroscope devient insensible. Cette lame se charge alors sur sa face supérieure d'une couche électrique plus

179 TRAITÉ DÉLEamciTÉ STATIQUE,

faible que celle du corps influent et de signe contraire ; une couche du même signe est distribuée sur la face inférieure et dans les parlies éloignées. L'action que le corps A éleclrisé positivement par exemple, exerce sur l'électroscope est considérablement diminuée par l'ëlectricité négative de la lame : l'électricité positive de cette lame agit peu parce qu'elle est très-éloignée, et la résultante peut être beaucoup plus faible que l'action primitive. Si la lame est trés-étendue, le résultai est à peu près le môme que si elle communiquait avec le sol. Une lame isolante se comportera de la même manière par les mêmes raisons et produira un rapprocbement des pailles, comme l'ont constaté plusieurs physiciens; mais Faraday, qui opérait avec des plateaux d'égalesdimensions devait observcrun accroissement d'influence. 110. iJsN«« de fan« de ¥ttr»d»j. — On peut ainsi rendre compte d'une manière très-simple des expériences par lesquelles Faïaday a essayé de démontrer que l'influence électrique {induction) à travers les corps mauvais conducteurs (diélectriques) peut s'exercer en lignes courbes.

Faraday place, par exemple('), une demi-sphère de métalT ifig. 68), de 35 millimètres de diamètre, sur ''^ un cvlindre de gomme laque S de 23 milli-

,0 mèlres de diamètre et de 178 millimètres de

\ ' , longueur. La moitié supérieure du cylindre

Il de gomme laque est frottée avec de la fla-

l nelle, puis la sphère T est mise en commu-

4 nicalion avec le sol cl ensuite isolée. Faraday

prend alors une balle conductrice portée par un manche isolant V et la place successive- Fij. 68. ■ ment dans les différentes positions indiquées par les lettres a, d, c, k, l, m, n, o, p. Dans chacune de ces positions la balle est d'abord mise en commu-

(<) Exiierimenlol rtettarehet, toI. I, p. 383.

nicalion avec le sol, puis isolée et portée dans une balance de torsion dont la boule mobile a été chargée d'électricité positive, et on détermine la torsion nécessaire pour ramener la boule mobile à une distance déterminée. La balle a pris dans tous les eus de l'électricité positive, mais une quantité plus ou moins grande, suivant la position qu'elle occupait, comme on le voit (ar le tableau suivant :

rosmox

TORSIO^r

HB LA BALLK

CORRESP01IOA!ITE

Lorsque la balle est placée en des points tels que a, d, c, ou conçoit bien, d'après Faraday, que rinfluence de la gomme laque électrisée puisse s'exercer sur cette balle, en ligne droite, mais il n'en serait plus de môme pour d'autres points tels que i\/, m, situés derrière la demi-sphère de métal; l'innuence ne pouvant s'exercer dans cette région qu'en contournant la calotte de métal doit s'afTaiblir et, en effet, elle y diminue d'une mauière très-rapide. Au contraire, à mesure qu'on s'élève au- (l< -^nus du point m, l'influence augmenle de nouveau et atteint un maximum en o pour diminuer ensuite plus lentement.

l'araday arrive ainsi à cette conclusion que l'influence à disl^iire s^efTectue par l'intermédiaire du milieu isolant dont les molécules se polarisent, se joignent bout à bout par leurs pôles lie [loms contraires et se disposent suivant des lignes courbes, le '••II;: desquelh^s l'influence se propage de proche en proi'lie. Ces li*'iu»s, que Faraday appelle lignes de force, peuvent aboutir à uu ( orps conducteur, mais sans le traverser, s*il communique ^^<'c le sol; elles sont distribuées tout autour d'un corps '^l^clrivî, d'une manière plus ou moins régulière suivant la iulure et la forme des corps voisins, et s'épanouissent ensuite

i74 TRAITÉ D'ÉLECTRICITÉ STATIQUE.

de plus en plus à mesure qu'elles s'éloignent. L'influence électrique en un point du milieu isolant est d'autant plus énergique qu'il passe en ce point dans un élément de volume un plus grand nombre de lignes de force.

On pourrait faire diverses objections à cette idée théorique de Faraday en remarquant, par exemple, que la présence des molécules pondérables n'est nullement nécessaire à la production des phénomènes d'influence, puisque l'influence a lieu au travers d'un vase vide de gaz. Mais il suffit de montrer que les résultats de toutes les expériences analogues à la précédente s'expliquent tout aussi facilement par les actions à distance. Si la balle est mise en contact avec la demi-sphère non isolée, elle joue simplement le rôle d'un corps d'épreuve et donne la densité électrique au point touché ; cette densité doit varier en effet comme les premiers nombres du tableau. Si cette balle est placée dans le milieu isolant et mise en communication avec le sol, la quantité d'électricité dont elle se charge dépend de la différence des actions, au point qu'elle occupe, de l'électricité négative du cylindre de gomme laque et de l'électricité positive de la sphère ; on voit aisément que, le long d'une verticale menée par le point m, la résultante de ces deux actions ira d'abord en croissant, puis en diminuant d'une manière plus lente.

La notion des lignes de force n'est donc pas nécessaire pour expliquer les phénomènes d'influence, mais elle doit néanmoins être conservée, parce qu'elle peut servir à représenter d'une manière très-claire la distribution des actions électriques. En eflet, la résultante des actions exercées en un point par un système quelconque de corps électrisés est tangente à la ligne de force qui passe en ce point. On conçoit, d'après cela, que toutes les lignes de force doivent émaner des corps électrisés, normalement à leur surface s'ils sont conducteurs, et s'éloigner ensuite suivant une loi plus ou moins complexe. Nous reviendrons d'ailleurs sur cette question.

111. Double inflaesM. — Un coi*ps mauvais conducteur ne s'électrise pas par influence d'une manière instantanée, ou du moins la charge maximum n'est atteinte qu'au bout d*un temps plus ou moins long; il peut en résulter des phénomènes assez complexes.

Supposons, par exemple, qu'un corps éiectrisé positif A soit iîii*i on présence de deux disques B et C placés l'un derrière l'autre; le premier est mauvais conducteur, le second bon conducteur et en contact avec le premier. Li^s deux disques sont électrisés de la même manière, négativement du côté du corps influent et positivement du côté opposé ; la face du disque isolant qui touche le conducteur possède donc deux couches électriques de signes contraires dont Tun ou Tautre pourra prédominer.

Si rinfluence a été de très-courte durée, Téleclrisation propre du corps isolant sera trés-faible; la face postérieure aura un excès d'électricité négative due au plateau conducteur, de sorte que les deux faces de ce disque seront toutes deux électrisées négativement : c*est là ce que M. Riess appelle la double mpuence(^).

Si, au contraire, rinfluence a duré longtemps, le corps isolant aura atteint sa charge maxinmm, laquelle sera plus grande que celle du plateau conducteur. La face postérieure du disque isolant possède maintenant un excès d'électricité positive, de sorte que Télectrisation de ce disque se retrouve dans l'état ordinaire produit par la simple influence.

(Ai phénomène signalé parM.Riessestune conséquence dii*ei*te de ceux qui ont été déjà étudiés et il ne parait pas nécessaii*e de le désigner par une dénomination particulière.