MowwciMito électrlqaes produits par lc« polatcs. — NoUS

avons indiqué (72) la rotation du tourniquet électrique et expliqué ce phénomène par la impulsion que les molécules d^air électrisVs qui constituent le vent électrique exerceiU par ivaction sur la pointe elle-même. Remarquons d'abord que 1 écoulement d*électricité qui a lieu par une pointe conductrice non isolée, en présence d'un corps influent, produit un vent électrique et une réaction absolument identiques à ce qui a lieu quand la pointe fait partie d'un conducteur éiectrisé. Ainsi, toutes les ex|>ériences de rotation du tourniquet électrique réussissent aussi bien quand cet appareil est mis en communication avec le sol et placé simplement dans le voisinage d'une machine électrique.

l') P099. ilnM., t GXIXI, p. 315. Annatr* de Chimie et de Phyiit/ue, 4* M^rie, t lui. p. 190.

Plusieurs expériences paraissent confirmer cette explication de la rotation du tourniquet par la réaction de Tair ambiant. Ainsi, dans le vide, ou du moins dans les gaz très-rarifiés, le tourniquet ne tourne plus ; dans ce cas la perte d*élcctricité n*en existe pas moins, mais elle a lieu pour une charge plus faible et par tous les points de la surface du corps électrisé ; d'ailleurs, si elle se produit encore en plus grande abondance par les pointes, la résultante des réactions étant plus faible ne suffit pas à provoquer la rotation de l'appareil.

De môme quand on met le tourniquet sous une cloche en verre bien isolante, il tourne rapidement d'abord , puis finit par s'arrêter presque complètement. La masse d'air environnante est alors limitée, toutes les molécules du gaz sont fortement électrisées et, si les pertes d'électricité par la surface de la cloche étaient annulées, le tourniquet ne^tarderait pas à être à peu près dans le même état que s'il était placé dans l'intérieur d'un conducteur en communication avec lui ; la densité serait très-faible en tous les points de l'appareil et il n'y aurait ni vent électrique ni réaction. Si alors on pose la main sur la cloche, on produit par influence une nouvelle distribution d'électricité dans le gaz, Tôquilibre est détruit et le mouvement du tourniquet recommence, pour cesser de nouveau quand la main reste immobile, et reprendre une vitesse plus grande toutes les fois qu'on déplace la main.

Un milieu isolant autre que l'air doit produire le même effet. Ainsi Aimé (^)a constaté que le tourniquet tourne dans l'huile d'olive et ne tourne pas dans un liquide conducteur comme l'eau, parce qu'alors la communication d'électricité au milieu ambiant se fait par toute la surface. Masson indique même cette expériencecomme un moyen commode de distinguer les liquides bons et mauvais conducteurs.

113. Le problème du tourniquet électrique a excité l'attention d'un grand nombre de physiciens (') ; l'explication qui précède ne suffirait peut-être pas pour rendre compte de tous les phénomènes et il vaut mieux envisager la question à un autre point de vue, en s'appuyant sur le théorème suivant :

(»] Annales de Chimie ci de Physique, 2« série, t. LXII, p. 421. {*) Voir un liistoriquc trt's-dotaillé de cette ((uestioii par M. Tomliuson, PJul. Mag., X. XXVn, p. 202.

Quand un conducteur ëlectrisé A est mis en présence d'un système quelconque B de corps ëlectrisés^ la résultante des forces {*) qui s'exercent sur le corps A est égale à la résultante des pressions électriques que ce corps exerce aux différents points de sa surface sur le milieu ambiant^ si la déperdition est insensible.

Cette proposition peut paraître évidente, mais il n'est pas inutile d'en donner la raison. La pression électrique sur un élément de surface de du corps A est la résultante des actions qu'exercent sur la masse électrique [id<j, contenue dans cet élément, les masses électriques extérieures et celle du corps A lui-même. La résultante des pressions peut donc être considérée comme formée de deux parties : l"" la résultante des actions de toutes les masses extérieures sur tous les éléments électriques du corps A ; 2^ la résultante des actions qui s'exercent entre les différentes masses électriques répandues sur ce même corps. Or, cette seconde partie est nulle, parce que, s'il n'y a pas de déperdition, l'électricité peut être supposée adhérente à la surface du corps et toutes les forces qu'il s'agit de composer sont deux à deux égales et de signes contraires. La première partie représente évidemment l'action que les corps extérieurs exercent sur le corps proposé, ce qui démontre le théorème.

On peut dire aussi que la pression électrique sur un élément de surface diminue d'une certaine quantité la pression que le gaz ambiant exerce sur cette surface, et que la résultante des forces électriques qui agissent sur un corps est égale à la résultante des pressions du gaz ambiant ainsi modifiées.

Il suit de là que si un conducteur électrisé de forme quelconque, comme un tourniquet, est placé sur une pointe isolante et soustrait à toute action extérieure, ce conducteur ne pourra prendre aucun mouvement tant que, la déperdition étant négligeable, l'électricité pourra être considérée comme adhérente aux surfaces. Hais ^'il y a, sur un élément de surface, une déperdition abondante d'électricité, la pression qui s'y produisait ne peut plus être appliquée au conducteur, l'équilibre sera rompu

(1) Nous supposons, pour simplifier le langage, que toutes les forces auiquelles est soumis le corps A ont une résultante; le théorème est également vrai si toutes ces forces ne sont pas réductibles à une résultante unique.

et Télément considéré tendra à se mouvoir dans une direction opposée ; c'est le phénomène ordinaire du tourniquet électrique. Au contraire, si un conducteur mobile électrisé est en communication avec d'autres corps électrisés ou soumis à des actions extérieures quelconques, les pressions électriques sur ce conducteur ne se feront pas équilibre en général. Ainsi un tourniquet électrique peut se mettre en mouvement, sans qu'il y ait de déperdition d'électricité, et les actions extérieures peuvent même être telles que la rotation ait lieu dans le sens de la direction des pointes. Toutefois une pareille rotation ne peut être continue parce qu entre deux passages de l'appareil dans la même position, le travail des forces électriques serait nul (^). Si maintenant de tourniquet éprouve une déperdition par les pointes, il pourra, ou bien gagner une position d'équilibre nouvelle en marchant dans un sens quelconque, ou bien prendre un mouvement continu de rotation en sens contraire de la direction des pointes, ce qui aura lieu le plus souvent.

On voit par là qu'en assimilant cet appareil au tourniquet hydraulique, on exagère l'analogie qui existe réellement entre les deux phénomènes, parce que les pressions obéissent dans les deux cas à des lois différentes .

il4. Ces considérations permettent d'expliquer aisément les expériences suivantes de M. Neyreneuf. Un tourniquet, formé d'une seule aiguille terminée à Tune de ses extrémités par une boule et à l'autre par une pointe recourbée, est posé sur une pointe conductrice et placé au milieu d*un disque conducteur en communication avec une machine électrique; ce tourniquet tourne alors à la manière ordinaire, c'est-à-dire en sens contraire de la pointe. Si le tourniquet occupe sur le disque une position excentrique, il peut ou rester en équilibre, ou marcher vers une position d'équilibre en se déplaçant dans un sens quelconque, ou prendre un mouvement de rotation continu en sens contraire de la direction de la pointe. En plaçant ce tourniquet non isolé en face d'un conducteur cleclrisé, on peut de mt^.me obtenir, ou une rotation continue dans le sens habituel, ou un déplacement d'un sens quelconque vers une position d'équilibre.

(«) Biot, TraUé de phfnque, t. II, p. 3S4.

Si l'on garnit de boules de moelle de sureau les pointes d'un tourniquet ordinaire, l'instrument tourne dans le sens habituel, presque avec la même vitesse ; mais, avec des boules isolantes, la rotation est notablement ralentie et peut même, dans certains cas, avoir lieu en sens contraire. L'expérience du tourniquet, sous quelque forme qu'on Tait reproduite, doit être expliquée de la même manière. Il ne peut y avoir de mouvement de rotation continu que s'il y a quelque part des fuites d'électricité, et le sens de la rotation dépend uniquement de la direction du vent électrique. Ce vent se produit d'ailleurs suivant la ligne de force, et il n'est pas nécessairement dans la direction de la pointe, comme on peut s'en assurer en opérant avec de l'électricité positive et observant dans l'obscurité la direction des aigrettes qui s'échappent de l'appareil.

il5. M. Ruhmkorff a imaginé une sorte de tourniquet assez singulier, par lequel on peut montrer que le vent électrique n'est

Wg. 89.

pas nécessairement dans la direction des pointes qui le produisent. Cet instrument se compose d'un disque de mica D (fig. 69) qui peut tourner sur une pointe verticale. Au dessous de ce disque et dans un même plan avec l'axe de rotation, sont disposées deux tiges de métal a et 6 terminées en pointe à la partie supérieure, et attachées sur un support de caoutchouc durci. Ces deux tiges communiquent séparément avec deux branches horizontales dont l'une A est eiïilée et Tautre arrondie.

Quant on tient cet appareil à la main par la branche arrondie et qu'on approche l'auti^e d'un corps électrisé, par exemple du milieu d'un conducteur de machine électrisée positivement, cette pointe A laisse échapper de réleclricité négative, la pointe

verticale correspondante a donne de Télectricité positive qui charge la lame de mica ; Tautre pointe verticale b donne de même de Télectricité négative. Si tout est symétrique par rapport au plan vertical des deux tiges, le disque de mica est en équilibre et, quand on lui donne un petit déplacement dans un sens quelconque, il continue de tourner avec une vitesse croissante. Mais si Ton approche l'appareil des extrémités du conducteur, ou si on le dirige de façon que le plan des tiges soit oblique au cylindre électrisé, l'électricité s'échappe des pointes verticales obliquement au plan de symétrie ; le disque se met de lui-même en mouvement dans un sens déterminé et il y revient au bout de quelque temps si on lui donne une rotation de sens contraii^. Il est aisé de voir que les portions du disque voisines de la pointe a doivent s'éloigner du corps influent, ce qui est conforme à Texpérience.

116. Les propriétés des pointes peuvent modifier beaucoup les phénomènes d'attraction et de répulsion. Ainsi, quand on ap* proche d'un corps électrisé un pendule eh moelle de sureau formé d'un petit cylindre arrondi à l'un des bouts et eflilé à l'autre extrémité, ce cylindre se précipite sur le corps électrisé en lui présentant son bout arrondi et se maintient ensuite en équilibre à une distance de quelques millimètres, la réaction produite à la pointe par le vent électrique faisant équilibre à la répulsion qui s'exerce au point le plus voisin.

Si, au contraire, on présente ce pendule au corps électrisé par sa pointe, il est repoussé, mais l'équilibre étant instable, le cylindre tourne ensuite sur lui-même et reprend la première position.

Franklin a réalisé une expérience analogue qu'il a appelée expérience du poisson électrique et qu'on a désignée ensuite sous le nom plus fantastique de tombeau de Mahomet. Quand on dispose des corps légers conducteurs, des fragments des feuilles d'or, par exemple, dans le voisinage d'un conducteur électrisé, comme une grande coupe métallique, on voit la plupart des fragments se précipiter sur le corps électrisé, être ensuite repoussés vers les corps voisins qui communiquent avec le sol, puis attirés de nouveau, de manière à exécuter des mouvements de vaet-vient à des distances parfois considérables. Mais on remarque

INFLUENCE fiLECTRIQUE. 181

aussi que quelques-uns restent suspendus dans Tair, au-dessus et au-dessous du corps électrisé, et plusieurs latéralement.

11 en est qui tournoient sur eux-mêmes, d'autres qui s'approchent et s'éloignent alternativement de la coupe, sans jamais la toucher, comme un poisson du bord d'un bassin, ou bien tournent autour de la coupe en lui présentant toujours Textrémité la plus grosse et en agitant l'autre comme. une queue.

Franklin construisait ces petits poissons avec un morceau de feuille d'or taillée sous la forme de deux triangles isocèles opposés par leur base commune. Si les deux pointes ont le même angle et si le poisson est placé entre les deux plateaux qui Mervent à réaliser l'expérience des pantins électriques, le poisson se maintient à peu prés à égale distance des plateaux. Quand les deux pointes sont inégales, la plus aigué (la queue) est en bas, et la tùte est en haut, plus proche du plateau supérieur.

On peut encore tenir par la queue un poisson pareil à longue queue et à tête très-courte, et l'abandonner dans le voisinage d'une boule électrisée, il part comme une anguille dans l'eau et va s'agiter à distance de la boule; si on le tient par la tête, la queue se retourne comme pour mordre la main.

La suspension d'une • feuille d'or de cette forme dans une direction oblique à la verticale ne peut pas s'expliquer par les réactions d*un vent électrique supposé dans la direction de Taxe de la feuille, parce que ces réactions ne pourraient pas avoir une résultante verticale qui fasse équilibre à l'action de la pt*santeur. On comprend d'ailleurs d'après la distribution des densités que les pressions sur tous les élémcots de surface puissent se réduire à deux forces /et/' (fig. 70) appliquées aux extrémités B et C du poisson qui sont chargées d'élec- pi^. lo. tricités contraires, et donner une résultante verticale dirigée de bas en haut égale au poids de la feuille d'or.

En réalité, le problème est très-complexe, et il n'offre d'ailleurs qu'un inti'îrêt de curiosité.

117. filec'trophore. — Nous terminerons ce chapitre de Tinfluence électrique par l'étude de l'électrophore qui en est lune des applications les plus intéressantes. Wilke(*) avait déjà

(>. Seripta A€9dtma Suée, Seieniiarum ;1762).

observé avec.une lame de verre des phénomènes qui peuvent être considérés comme la véritable origine de cet instrument, mais Volta (*), sans avoir aucune connaissance des travaux de Wilke, obtint des effets plus énergiques en remplaçant la lame de verre par un gâteau de résine, et montra tout le profit qu'on pouvait tirer de cet appareil auquel il donna le nom d* électrophore perpétuel. L'électrophore de Volta se compose d'un disque de matière isolante (fig. 71) et d'un plateau conducteur porté par un manche de verre ou par des cordons de soie. On préparait autrefois le

disque isolant en coulant dans un moule formé par une planchette entourée d'un cercle de fer, soit de la résine fondue, soit un mélange de résine, de térébenthine et de poix de Bourgogne , mélange qui permet d'obtenir une surface moins bul* leuse et plus polie qu'avec la résine seule. Les gâteaux de résine ont l'inconvénient de se déformer au bout d'un certain temps sous l'influence des variations de température, et surtout de se fendiller, ce qui nuit beaucoup aux effets qu'on en peut obtenir.

On remplace souvent les gâteaux de résine par un simple disque en caoutchouc durci. Cette substance donne en effet beaucoup d'électricité, peut-être plus que la résine, mais il arrive aussi que le caoutchouc durci se gondole et, en tout cas, la surface finit toujours par perdre presque complètement ses propriétés électriques, à cause de l'altération de la couche superficielle par les agents atmosphériques; le soufre qui a été introduit dans le caoutchouc, par exemple, donne des produits acides par l'action de l'oxygène de l'air. Quand un disque est dans cet état, on peut l'améliorer en le lavant avec de l'eau ordinaire ou une dissolution alcaline étendue, et frottant ensuite la.surfaceénergiquement, mais il est difficile de restituer ainsi au caoutchouc ses propriétés primitives. ,

Fig. 71.

(*) Collezione delV opère di VoUa, I, p, 105.

Le plateau conducteur est habituellement en bois recouvert d'étain sur ses deux faces, et d'un diamètre un peu plus petit que le disque isolant.

Pour se servir de cet instrument, on électrise d'abord le gâteau de résine (ou le disque en caoutchouc durci) en le frottant ou mieux le frappant avec une peau de chat ; la surface se charge d'électricité négative et quelquefois en telle quantité qu'il se produit des crépitements et des étincelles quand on en approche la main. On applique le disque sur le gflteau et on le touche avec le doigt ; on obtient une étincelle et le disque se charge d'électricité positive par influence. On enlève le doigt et on soulève le disque par le manche isolant : l'électricité positive fte répand régulièrement sur ce conducteur ; si on en approche le doigt, on en tire une étincelle qui a quelquefois 4 ou 5 centimètres de longueur (*). Le disque une fois déchargé, il suffit de le remettre sur le gâteau et de recommencer la même opération pour obtenir une nouvelle étincelle ; et l'on peut répéter la même expérience presque indéfiniment, sans avoir besoin de recharger le gâteau. Enfin, l'appareil peut être abandonné à luimême, le disque étant placé sur le gâteau, et, au bout d'un temps assex long, plusieurs semaines ou même plusieurs mois, on le retrouve encore électrise.

il 8. Les phénomènes électriques qui se produisent dans l'éleo* trophore donnent lieu à des expériences très-variées.

Nous avons indiqué déjà (100) le jeu de cet instrument pour montrer que deux surfaces électrisées de sens contraire, dont l'une est isolante et l'autre conductrice, peuvent être mises en contact sans qu'il s'établisse entre elles de communication par étincelles. En effet, si l'on pose le plateau sur le disque isolant sans le mettre en communication avec le sol et qu'on l'enlève ensuite, ce plateau ne possède généralement pas d'électricité, ce qui doit être. Toutefois, si le gâteau vient d'être fortement électrise et qu'on y pose le plateau pour l'enlever ensuite sans Tavoir touché on le trouve chargé d'une petite quantité d*électricitë positive et l'expërienoe peut même réussir plusieurs fois. Ce phénomène peut être expliqué de deux manières : si le plateau est très-

(*) Licbtenberg construisit un électrophore dont le gftteau avait 6 pieds de diamètre, le plateau 5 pieds, et il en tirait des étincelles de 14 à 16 doigts de longueur.

chargé, Télectipicité négative qui se trouve à la partie supérieure peut se perdre en petite quantité, soit par lair soit par la tige ; il n*est pas impossible, d'autre part, que la peau de chat qui est forteitient électrisée quand on frappe le gâteau, n'y laisse à la surface par décharge directe une petite couche d'électricité positive qui serait ensuite enlevée par le plateau conducteur ; nous avons vu des exemples de couches électriques différentes superposées et nous retrouverons un phénomène tout semblable avec Télectroscope condensateur.

Il n'y a pas en général d'étincelles directes entre l'électricité négative du gâteau et l'électricité positive du plateau si les surfaces sont bien parallèles. Toutefois, lorsque le gâteau est fortement élcctrisé, il se produit des décharges au moment où Ton établit la communication avec le sol, surtout dans le voisinage des bords du plateau. Pour le démontrer, il suffit, après avoir enlevé le plateau, de projeter sur la surface du disque isolant un mélange de soufre et de minium, ou même une poudre quelconque ; on voit se dessiner une multitude de points jaunes entourés de rayons plus ou moins abondants, puis par endroits et surtoul dans le voisinage des bords des taches plus larges avec des rayonnements plus étendus. Lichtenberg, qui a étudié ce phénomène avec des plaques isolantes de toute nature et toutes sortes de poussières, décrit avec enthousiasme les apparences dont il s'agit ici et compare le gâteau de résine à un firmament parsemé de constellations et illuminé par plusieurs soleils. Une observation digne de remarque, c'est que pour observer ces étoiles il faut projeter la poudre aussitôt après avoir enlevé le plateau, sans quoi les points électrisés positivement finissent par disparaître, et l'électricité négative envahit le gâteau isolant dans toute son étendue. 11 résulte de là que l'électrisation du gâteau diminue peu à peu quand on se sert de l'instrument, au moins tant qu'il est fortement chargé.

119. Si le plateau, une fois électrisé, était approché par sa tranche de gâteau de résine, il se produirait une forte étincelle et l'on peut ainsi obtenir, à l'aide des poudres de Lichtenberg, les figures les plus variées. En répétant plusieurs fois cette expérience, on amènerait rapidement le gâteau à l'état neutre; mais on peut en profiler pour augmenter la charge d'un électrophore.

Supposons qu*on ait deuxgâleaux de résine, Tun A faiblement chargé d'électricité négative, Tautre B à Tétat neutre. Posant le plateau sur le disque A, on le charge d'électricité positive, puis on le pose par sa tranche sur le disque B où rélectricité se dépose par une étincelle. Plusieurs opérations semblables cl^argeront ce disque d'électricité positive en quantité suffisante pour qu'il puisse servir à son tour d'électrophore et donner de l'électricité négative au plateau, électricité que l'on reportera sur le disque A en y posant le plateau par la tranche. On arrive bientôt par ces décharges réciproques à donner aux deux instruments la plus grande quantité d'électricité qu'ils puissent garder.

Le moule dans lequel est coulé le gâteau de résine intervient aussi dans le phénomène, comme il est facile de le montrer. Ce moule étant isolé et en communication avec un électroscope à feuilles d'or, on frotte le gàleau avec une peau de chat, les pailles divergent énergiquement et sont chargées d'électricité négative. Après avoir touché le moule de manière à ramener les pailles à l'état neutre, on pose le plateau sur le gâteau ; les pailles divergent de nouveau et sont positives. On touche le moule, puis le plateau : les pailles divergent encore et sont toujours positives. On les ramène de nouveau au contact et on enlève le plateau : nouvelle divergence des pailles qui sont chargées cette fois d'électricité négative. Pendant le jeu de l'électrophore, le moule est donc le siéize de mouvements électriques considérables, dont il est facile d'expliquer le détail, et Ton peut remarquer que si le moule restait isolé, l'électricité positive qui se manifeste à sa surface quand on applique le plateau sur la résine nuirait à l'influence qui s'exerce sur le plateau ; cette observation suffit pour montrer qu'il est utile de maintenir le moule en communication avec le sol. Ce moule joue sans doute un autre rôle : l'électricité positive dont il est chargé par influence attire l'électricité négative du gâteau vers la partie inférieure et tend à la faire pénétrer plus profondément dans la résine, ce qui contribue à diminuer la déperdition parla surface ; cette circonstance intervient peutêtre pour une part dans la propriété que possède l'électrophore de garder pendant un temps si long l'électricité dont il a été chargé.

i86 TRAITE D'ÉLEGTRIGITË STATIQUE.

CONDEIÏSATION ÉLECTRIQUE.

120*. Des Bovrees dViectricUé. — Les machines électriques se composent habituellement d'un corps mauvais conducteur, sur lequel l'électricité est produite par frottement, et d'un conducteur métallique qui s'électrise soit par influence à distance, soit plus directement par des étincelles qui se manifestent entre le conducteur et le corps frotté. En tout cas, de quelque manière que fonctionne une machine électrique ou un appareil quelconque producteur d'électricité, il est facile de constater que le conducteur électrisé par cette machine ne peut pas se charger sans limite; si on ne communique pas à des corps étrangers l'électricité produite à chaque instant, il arrive bientôt que, par suite des réactions qui ont lieu entre les différentes parties de l'appareil, et des déperditions continuelles par l'air et les supports, la machine cesse de produire ou du moins ne suffit plus qu'à réparer ses pertes : alors le conducteur de la machine a atteint une charge maximum. Établissons maintenant une communication par une tige de métal entre la machine et un autre conducteur isolé, ce nouveau conducteur s'électrise à son tour, mais ne tardera pas à atteindre aussi un état limite ; l'équilibre aura lieu de nouveau, au bout d'un temps plus ou moins long, lorsque la répulsion exercée par ce nouveau conducteur sur une molécule de fluide électrique située sur la tige de communication sera égale à la répulsion que la même molécule éprouve de la part de la machine, laquelle est limitée comme nous venons de le voir. La quantité d'électricité empruntée à la machine par le fait de cette communication dépend d'ailleurs des dimensions du conducteur employé.

La dénomination de source électrique appliquée à un appareil quelconque producteur d'électricité indique bien l'analogie qui existe entre ces appareils et les sources d'eau naturelles, dont la production est aussi indéfinie, lorsque le liquide peut s'écouler d'une manière permanente, mais qui ne pourraient, dans un tube vertical ou dans un bassin sans issue, élever l'eau à un niveau supérieur à celui des nappes souterraines qui les ali-

mentent. L'analogie paraîtra plus intime encore quand nous aurons précisé davantage le rôle des machines électriques.