SOURCES DE L'ÉLECTRICITÉ CHAPITRE PREMIER

ÉLECTRICITÉ PRODUITE PAR l' ACTION DE LA CHALEUR.

$ I. Méyrelopipememi de Péleetrielté psr PactIoB c»lorlfl««e dsms les liMiTals eoadaetevrs*

Après avoir étudié les propriétés de Télectrieité, soit sous le rapport des lois générales auxquelles elle est soumise dans ses différentes formes, soit sous le rapport des effets qu'elle produit dans les corps en les traversant, il nous reste à examiner les divers moyens par lesquels on lui donne naissance. Les sources de Télectricité sont de deux espèces : artificidles et naturelles. Sous la première dénomination, nous comprenons Faction de la chaleur, les actions mécaniques et les actions chimiques. Nous rangeons sous la seconde l'électricité animale et rélectricité atmosphérique. Nous allons sommairement examiner ces différentes sources en cherchant à découvrir les lois qui régissent le développement de l'électricité à laquelle elles donnent naissance; puis nous chercherons, après les avoir étudiées, ce qu*elles ont de commun et les principes généraux qui les rattachent les unes aux autres, en même temps que nous y ferons rentrer certains phénomènes dans lesquels il y a production d'électricité sans cause apparente. Nous commençons cette étude par Faction de la chaleur considérée comme source d'électricité, vu qu'elle est des trois sources celle qui est la moins complexe.

L'influence de la chaleur sur Télectricité a été aperçue dès les

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premiers temps où Ton s^est occupé des phénomènes électriques; on a bien vite remarqué que Télévation de température facilitait le dégagement de Télectricité opéré par le frottement dans le verre et les corps isolants, comme nous le verrons dans le chapitre suivant. Il y a plus; Télévation de température suffit à elle seule sans autre action, pour rendre électriques des corps qui ne l'étaient pas. Cette propriété, constatée pour la première fois dans la tourmaline, a été reconnue appartenir à d'autres cristaux et a reçu le nom de pyro^leciricité pour la distinguer de la ihermo-électriciié, dénomination qu'on a réservée à Tensemble des phénomènes électriques développés par la chaleur dans les corps conducteurs, et qui feront Tobjet des paragraphes suivants.

Pline parle déjà d'une pierre dure violette ou rouge foncé, qui, échauffée au soleil ou frottée avec les doigts, attire des petits corps légers. À la fin du dix-septième siècle, des marchands hollandais rapportèrent de Ttle de Ceylan une pierre à laquelle les naturels avaient donné le nom de taumamal ou tire cendres; et qui, posée sur des cendres chaudes, les attirait et les repoussait ensuite, tandis qu'elle ne manifestait aucun phénomène semblable sur des cendres froides; ce minéral était la tourmaline. iEpinus, le premier ayant eu entre les mains en 1757 deux tourmalines polies destinées à servir d'anneau , fit une série d'expjériences qui établirent d'une manière précise les lois di^ développement de l'électricité par la chaleur dans ce cristal. 11 constata d'abord la présence de l'électricité libre dans la tourmaline chauffée par l'attraction et la répulsion qu'elle exerce successivement sur un corps léger suspendu à un fil de soie; il en tira même une étincelle visible dans l'obscurité; mais l'observation la plus importante qu'il fit, ce fut celle de la présence simultanée des deux électricités dans la même tourmaline, dont l'une confinée dans une partie du cristal et l'autre dans une autre; ces deux parties constituant les deux pôles électriques opposés de la tourmaline. iËpinus avait cru pouvoir poser en outre comme règle générale que les pôles électriques sont dans la tourmaline, inégalement chauffée, contraires de ce qu'ils sont dans la tourmaline chauffée également ; il avait eu

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sur ce point quelques coîilestations avec Wilâôn, et en général il restait bien des anomalies à expliquer quand Canton arrita à trouver un principe important au moyen duquel il était facile de rendre compte de toutes lès ctotradictîôns apparentes qui régnaient entre les physiciens sur ce sujet. Ce principe est que ce n'est pas la température absolue, mais le changement de température qui rend la tourmaline électrique, et que rélectricité de chacun de ses pôles varie suivant que ce changement est un réchauffement ou tin refroidissement. Plus latd, Bergmann reprit TobserVation importante de Canton et analysa avec beaucoup de clarté les diverses phases électriques de la tourmaline, dont il rendit compte d*une manière très-satisfaisante. Ainsi une tourmaline placée dans un milieu d(mt elle possède là température n'est point électrique. Transportée dans un milieu pltis froid auquel elle abandonhe sa chaleur, elle prend deux pôles électriques contraires, état qui cesse de nouveau quand lâ tourmaline a pris la température du milieu. Remise dans le premier milieu, la tourmaline Se réchauffe et reprend ses pôles électriques, mais dé signes contraires à ceux des premiers pôles, le pôle qui était positif pefadant le réchauffement détenant négatif pendarit le refroidissement et réciproquement. Cette loi a'est pas seulement vraie pour le cristal dans sot! entier, mais aussi pour chacune de ses parties séparément, de sorte que si les deux pôles sottt disposés de façon qtie Ftm se réchauffe pendant que l'autre se refroidit, ils ont la même élec^ tricité en même temps.

En résumé, l'état électHqùe de la tourmaline peut varier de six manières, savoir, en appelant A et B les deux pôles :

A positif et B négatif ;

A négatif et B positif;

A et B positifs ;

AetBnégatifis;

A positif et B non électrique ;

A non électrique et B négatif.

Le premier état ayant été observé quand on transporte la tourmaline d'un milieu froid dans un milieu ehaud, on observe le second quand, après avoir plongé le cristal dans un liqukla

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chmày on le laisse refroidir après l'en avoir retiré. On obtient le troisième état en tenant Textrémité B pendant une déttiiminute dans la flamme d'une lampe ou d*une bougie, parce que dès qu'on l'en fèlire, B se refroidit et que A au cdntraire ié réehaufïè par conductibilité; mais une fois que A a acquis là plus haute température qu'il puisse avoir, il se refroidit et devient négatif tandis que B resté positif. Le quatrième état s'obtient de la même manière qué le troisième, en chauffant A au lieu de B. Pour déterminer le cinquième et lé sixième, il sufBt de placer le cristal sur une feuille de tôle isolée qui est maintenue à une température constante au moyen d'un fer chaud, et de recouvrir la face supérieure d'une pièce métallique froide. La face qui repose sur la plaque de tôle chaude conserve une température constante et ne possède pas d'électricité, tandis que l'autre qui reçoit de la chaleuf par cohduclibilité, devient électrique ou positivement ou négatitémènt, suivant qu'elle est la face A ou la face B.

Bergmann a encore démontré que les quantités d'électricité positive et négative développées dans le cristal sont exactement dans la même proportion; il a Constaté en effet qu'un vase métallique isolé rempli d'eau chaude ne devient point électrique quand on y plonge une tourmaline, preuve que les deux électfieités contraires qu'elle y acquiert se neutralisent, et que par eonséquent elles sont égales.

On doit encore à Canton une observation très-importante, c'est que lorsqu'on opère non plus sur des tourmalines aplaties comme celles qui servent de pierres pour les bagues, mais sur des tourmalines allongées dont les pôles sont à une distance d'un centimètre au moins l'un de l'autre, on trouve en brisant la pierre en deux ou trois fragments par exemple, que chacun d'eux a deux pôles comme le eristal ehtier, et que les extrémités des fragments qui étaient en contact avant la rupture, présentent des pôles contraires. On peut pousser la division mécanique d'un cristal pyro-électrique aussi loin qu'on lé veut sans faire disparaître les électricités contraires de chaque fragment. Brewster ayant réduit une tourmaline en poudre très-fine, observa que cette poudre restait attachée à une lame

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de verre sur laquelle il l'aTait placée, dès qu'il chauffait la lame, et que les petits grains, quand on les agitait, s'aggloméraient en globules, propriété qui disparaissait dès que Télévation de la température cessait d'avoir lieu. Vue au microscope, cette poudre impalpable présente de petits fragments anguleux qui, comme le cristal entier, sont doués de pôles électriques dès qu'on les soumet à un changement de température.

Quand on place une tourmaline de manière que son extrémité inférieure et la supérieure soient les places des deux pâles électriques, toute ligne verticale qui joint ces deux pôles se nomme Vaxe électrique du cristal. Un plan qui coupe Je cristal perpendiculairement à Taxe détermine deux faces qui deviennent également deux pôles contraires, soit l'un à l'autre, soit à celui qui existait déjà sur l'autre face du même fragment. On peut comparer sous ce rapport la tourmaline, soit à un aimant dans la théorie de Coulomb ^, soit encore mieux à une pile sèche ' qui, lorsqu'on la partage en deux dans une partie quelconque de sa longueur, présente toujours deux pôles opposés. L'analogie est tellement complète qu'on peut imiter avec une pile sèche tous les phénomènes que présente la tourmaline. Ainsi si l'on applique l'une contre l'autre deux piles sèches par leurs pôles semblables, on a aux deux autres pôles libres la même électricité, de la même manière qu'on a la même électricité aux deux extrémités de la tourmaline, si l'une d'elles est soumise à une élévation et l'autre à un abaissement de température. Wilke ayant chauffé une tourmaline d'un seul côté avec les rayons solaires concentrés au foyer d'une lentille, trouva de l'électricité négative aux deux pôles et de la positive au milieu.

Pour observer les différents phénomènes électriques que présente la tourmaline, on peut, comme Becquerel, la placer dans une petite chape de papier suspendue à l'extrémité d'un fil de cocon fixé verticalement dans un cylindre de verre posé luimême sur une lame de métal dont on élève la température

* Tome 1, page 189, fig. 78.

' Tome I, page 52.

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(fig. 265); à mesure que riniérieur du yase s'échauffe, la température de la tourmaline s*élèyey et aussitôt qu'elle devient électrique il suffit de lui présenter un corps faiblement électrisé pour observer les attractions et les répulsions. Pour mieux saisir les changements de polarité dans la tourmaline, qui sont quelquefois très-courts, il faut placer dans l'intérieur de la cloche, et à peu de distance de chaque extrémité du cristal, deux tiges métalliques verticales qui communiquent chacune avec l'un des pôles d'une pile sèche; aussitôt que la tourmaline devient électrique, elle se place entre les deux Fîg. 265. tiges, les pôles contraires en regard; il est facile de constater ainsi son état électrique et la nature de ses pôles '.

Riess, et les physiciens allemands qui se sont beaucoup occupés des phénomènes pyro-électriques, ont adopté une dénomination qui nous parait très-heureusement choisie pour distinguer l'un de l'autre les deux pôles de la tourmaline, et en général des cristaux pyro-électriques. Ils nomment pôle ûna-

* Un fait assez curieux, que M. Becquerel a constaté au moyen du même appareil , est la polarité électrique que peut acquérir un corps mauvais conducteur placé dans les mêmes circonstances que la tourmaline, quand on en approche un corps électrisé. Ainsi si Ton place dans la chape en papier un petit tube d'un verre très-peu hygrométrique, de 1 millimètre de diamètre, et de 1 à 2 centimètres de longueur, et qu'on lui présente un bÂton de gonune laque électrisé, il est attiré par suite de la décomposition de son électricité naturelle. En élevant la température jusqu'à 30^, le tube acquiert la polarité électrique qui disparaît dès que la gomme laque électrisée est retirée; mais si Ton fait naître cette polarité au moment où, après avoir éteint la lampe, la polarité conmience, elle persévère plus ou moins de temps lors même que la source électrique qui l'a produite a disparu. 11 suffit de réchauffer de nouveau le milieu où est le petit tube de verre pour que la polarité disparaisse.

462 80uac£8 de l'élegtbigité.

logue celui pour lequel le signe qui représente la variation de la température et la nature de Télectricité sont $emblablefi, et pôle antUogue celui pour lequel ces signea sont contraires. Ainsi le pôle analogue est celui qui ç'électrise en + quand il y a élévation de température et en — quand i| y a abaissement, et Tantilpgue celui qui présente les phénomènes opposés. Il est très-facile de déterminer, au moyen d'un électroscope ordinaire, la nature électrique des deux pôles, mais il Test moins de trouver leur position exacte, ainsi que celle de Taxe électrique. {jCs faces naturelles ou artificielles qui Uffûtent le cristal coupent fréquemment son axe sous des angles aififus et obtus, ^t alors on n*a pas les pôles eux-mêmes y mais des places qui en sont voisines et qui sont limitées souvent par des arêtes ou des angles où (('accumule Télectricité développée aux pôles; il en résulte que bien souvent les points oii Tindication de Télectroscope fait découvrir le plus d'électricité pe sont qu'upe place favorable à l'accumulation de Télectricité, et qui est souvent très-voisine du pôle électrique, et non ce pôls lui-même. Quelquefois des déformations et des fissures dues à l'altération du cristal deviennent l'origine d'une distribution particulière de l'électricité, qui pourrait donner lieu h de^ erreurs sifr la place des pôles et de Taxe. Ainsi, à moins qu'on ne trouve par hasard des faces perpendiculaires à cet axe, il faut, pour déterminer sa position, recourir à des mesures cristallographiques ou optiques.

La tourmaline n'est pas le seul cristal pyro-électrique. Déjà Canton avait trouvé la m^e propriété dans la topaze du Brésil, Brard dans l'axinite; Hauy dans la boracit«» la scolésite, la titanite, etc. ; Brewster dans la mésolite, le quarts et quelques cristaux artificiels. Les phénomènes électriques se manifestent d'une manière à peu près semblable dans tous ces cristaux; aussi leur étude aétaillée n'offrirait aucun intérêt, s'il n'existait pas une liaisoQ remarquable entre la forme des cristaux et leur polarité électrique. Hauy, le premier, l'avait signalée ; il avait remarqué que les substances minérales cristallisées qui présentent les phénomènes pyro-électriques sont celles dont les cristaux dérogent à la loi de symétrie, c'est-à-dire dont les

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parties opposées correspondaiites ne sont pas seniblables par le nombre, la disposition et la figure de leurs faces^ le sommet qui est le plus chargé de facettes étant celui qui donne Télectricité positive par refroidissement. Cette observation a été plus tard confirmée et étudiée par Kohler, par Hankel, par Rose et par Riess. Tous les cristaux pyro-électriques ont pour leurs faces polaires une forme qui est due à la combinaison d'une forme homo-édrique avec une forme hémi^rique. On sait que les formes homo^drigue et hémi-idrique résultent ellesmêmes de la combinaison de deux form^s simples, de telle manière que pour la première toutes les faces de Tune des formes sont com))inées avec toutes celles de l'autre, tandis que pour la second^ il manque la moitié des faces de l'une des formes. On en a un exemple bien simple dans la combinais(Hi du cube avec l'octaèdre; dans l'état homp-édrique cette combinaison présente un cube dont les huit angles sont tronqués, tandis que dans son état bémi-édrique elle représente un cube dont quatre angles seulement sont tronqués, alternant avec des angles parfaits. Or, dans pe cas-ci, la combinaison de la forme homo-édrique avec la forme hémi-édrique, qui produit la face polaire d'un cristal pyro-électrique, engendre un tétraèdre par la réunion des quatre faces qui ont remplacé les angles d^ cube. Mais s'il est nécessaire, pour qu'un cristal soit pyro-électrique qu'il ait des formes polaires bémi-édriques, il ne suit pas de là nécessairement que tous ceux qui ont ces formes soient pyrp-lectnquiîS.

Quand on veut étudier la pyro-électricité de cristaux divers qui n*ont pas tou8| comme la tourmaline peut l'avoir, une forme allongée, on ne peut employer le procédé de Becquerel décrit plus haut (fig. 265) ; on se sert alors avec avantage d'un électroscope à piles sèches mupi d'une feuille d'or qui est portée par une tige en forme de cône tronqué dont la surface supérieure reçoit la fac^ électrique du cristal. 11 faut faire très-attention d'éviter tout frottement en posant le cristal, car sans cela on obtient souvent des signes négatifs qui sont dus au frottement de ses faces. On prend le cristal avec une pince doublée de Uége qu'il faut revêtir d'une feuille d'étain pour

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l'empêcher de conserver de rélectricité. Pour percevoir les signes électriques qui accompagnent le refroidissement du cristaly on a soin de le faire chauffer dans un creuset de porcelaine rempli de grenaille de plomb aussi fine que possible qu'on met en communication avec le sol par un conducteur, afin de faire disparaître l'électricité produite par le réchauffement qui pourrait rester adhérente à la surface du cristal. On le laisse plongé dans la grenaille plus ou moins de temps y suivant sa masse , pour qu'il prenne la température indiquée par un thermomètre qui y est aussi placé. Afin de faire disparaître l'électricité qui peut se développer sur sa surface par le frottement que lui fait éprouver la grenaille au moment où on l'en retire, il faut avoir soin de le faire passer rapidement à travers une flamme d'alcool.

En général, les expériences se font mieux en observant l'électricité qui se dégage pendant le refroidissement que celle qui résulte du réchauffement, vu que le réchauffement ne peut jamais s'opérer avec autant de régularité que le refroidissement; toutefois, on peut contrôler les résultats obtenus en chauffant avec une lampe à alcool l'une des extrémités du cristal pendant que l'autre est en communication avec l'électroscope. Mais on ne peut pas ainsi déterminer la position des pôles électriques; seulement on s'assure de la nature de leur électricité.

Si nous appliquons maintenant les procédés expérimentaux que nous Tenons de décrire à l'étude de la pyro-électricité des divers cristaux, nous trouvons des résultats intéressants dont nous nous bornerons à signaler les plus importants.

La tourmaline affecte le plus souvent la forme d'un prisme à neuf côtés (fig. 266) ; produit soit par un prisme à trois côtés, dont les arêtes ont deux petites faces, ou un prisme à six côtés, dont trois arêtes sont remplacées chacune par une face. Les Fig. ^66. extrémités du prisme sont formées par

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irais faces du rhomboèdre principal , ou simplement par les faces du prisme fondamental à trois pans. Les'faces du rhomboèdre principal reposent à Tune des extrémités du cristal sur les faces, et à Fautre extrémité sur les arêtes du prisme à trois cAlés ; la première de ces extrémités est le pôle électrique analogucy la seconde le pôle aniilogue ; les arêtes latérales du prisme représentent la direction de Taxe. Quelquefois le rhomboèdre principal manque, mais on peut apprécier sa position d'après les autres faces terminales. L'intensité de Télectricité dans les mêmes conditions de température varie avec chaque échantillon de cristal; elle est plus grande en général dans les tourmalines à couleurs claires, à masse pure et transparente; cependant on trouve quelquefois des tourmalines très-électriques parmi celles qui sont noires et non transparentes. Les dimensions du cristal influent aussi sur l'énergie de ses propriétés électriques, les plus épais et les plus longs étant ceux où cette énergie est la plus grande'. La tourmaline ne donne en général que des effets électrostatiques; toutefois Du fiois-Reymond a réussi à obtenir un courant électrique en serrant entre deux lames de platine communiquant avec les bouts du fil d'un galvanomètre, les deux pôles d'une tourmaline noire de 25 millimètres de longueur sur 7 millimètres d'épaisseur, qu'il chauffait avec une flanune d'alcool ; la déviation du galvanomètre avait lieu en sens contraire quand, au lieu de chauffer la tourmaline, on la refroidissait en l'humectant avec de l'éther sulfurique. Le courant partait du pôle analogue pendant le réchauffement, et du pôk antilogue pendant le refroidissement. Il est probable que cette tourmaline était d*une nature plus conductrice, ce qui arrive dans les tourmalines opaques qui renferment quelques oxydes métalliques dont la présence est probablement aussi la cause de leur aptitude moindre à se charger d'électricité statique.

1 Toutefois M. Becquerel a remarqué que des fragments obtenus par la rupture d'une tourmaline mi peu longue, mais mince, sont plus fortement électriques que la tourmaline entière ne Tétait. H a même trouvé une tourmaline qui, n*étant point électrique, a donné, en étant partagée en deux, des fragments qui ont manifeâté des signes prononcés d'électricité.