CHAPITRE III

ÉLtCTRIClTÉ PAR INFLUENCE.

1. DéTelopp«ment de l’Mectrleité par tnaaence daa* aa eoBdnetear leolé.

Si l’on présente à un corps conducteur isolé un corps électrisé, on développe dans le premier des signes électriques, lors même que les deux corps sont à une distance plus ou moins grande l'un de l’autre. Ces signes électriques disparaissent dès qu’on éloigne le corps électrisé. Ce phénomène constitue le développement de l’électricité à distance par influence ou par induction. .

Pour faire l’expérience avec soin, on prend un cylindre de métal isolé U (fig. 42), et on attache à différents points de sa siir-

Fig, I’.

face de petits électroscopes à balle de sureau. On approche graduellement de ce cylindre un autre corps électrisé, la sphère A, par exemple, en ayant soin que le cylindre soit placé de façon que ce soit l’une de ses extrémités qui regarde le corps électrisé. (Juand le cylindre n’est plus qu’à quelques centimètres de distance du corps électrisé, on voit les électroscopes diverger, du moins ceux qui sont placés à ses deux extrémités, car les électroscopes qui sont attachés aux points intermédiaires divergent d’autant moins qu’ils sont plus éloignés des deux bouts, et il en est même qui ne divergent pas du tout. Si on éloigne le corps éleclri.sé, les halles des électroscopes retombent dans une posi-

ÉLECTRICITÏ: PAR PiiFLllEMCt. 81

tioii naturelle, et toute trace d'électricité disparaît. On rapproche de nouveau les corps électrisés ; la divergence recommence delà même manière.

Ce n’est pas tout. Si pendant que les électroscopes divergent on approche d’eux la balle électrisée d’un électroscope simple, * on s’aperçoit que l'électricité qu’ils accusent n’est point la même à l’une des extrémités du cylindre qu’à l’autre. A l’extrémité la plus voisine du corps électrisé, elle est de nature contraire à celle de ce corps, négative si la première est positive; à l’extrémité la plus éloignée, elle est de même nature. Pour mieux connaître l’état électrique du cylindre pendant qu'il est sous l’influence du corps électrisé, il faut toucher successivement les différents points de sa surface avec le plan d’épreuve dont nous nous sommes servi pour étudier la distribution de l’électricité.

On trouve ainsi que les deux électricités contraires sont à leur maximum aux deux extrémités du cylindre , qu’à partir de cette extrémité elles vont chacune en diminuant d’intensité jus<)u'à un point où elles sont nuUes, et qu’on nomme par cette rai.son poiiU neutre. Le point neutre n’est jamais au milieu du cylindre; sa position dépend de la distance à laquelle les deux corps sont placés l’un par rapport à l’autre et de l’intensité de la charge électrique; mais il est, en tout cas, toujours plus rap- , proché de l’extrémité la plus voisine du corps électrisé.

Voici une expérience d’un physicien allemand, .M. Mohr, qui a étudié avec beaucoup de soin ce sujet , déjà bien éclairci par les recherches de Coulomb. Le cylindre isolé avait 65 centimètres de longueur; le corps électrisé fut placé à la distance d’un centimètre de l’une des extrémités du cylindre; le point neutre se trouva sur la surface, à une distance d'un centimètre seule- ’ ment de cette extrémité. Ainsi l’électricité négative ( le corps électrisé étant positif) n’occupait qu’une partie de la surface du cylindre longue d’un centimètre, tandis que la positive occupait l’autre partie, longue de 64 centimètres. Une augmentation dans la distance respective des deux corps, comme une diminution dans la charge électrique du corps électrisé, aurait changé ces proportions et augmenté l’espace occupé par l’électricité négative, et diminué par conséquent celui qu’occupait la

82 ÉLECTRICITÉ STATIQDG.

positive, sans (|ue toutefois jamais ce dernier pût cesser d’ètre supérieur au premier.

Dans les expériences <jui précèdent, il faut avoir soin de placer le corps électrisé à une distance suffisante du conducteur isolé pour qu’il ne passe dans le second aucune portion de l’électricité du premier. Si en effet cette distance est trop petite, on voit partir une étincelle entre les doux corps, preuve qu’une partie de l’électricité de l’un a passé dans l’autre. 11 peut même arriver, si l’air est humide, que ce passage d’électricité ait lieu graduellement d’une manière invisible; alors le corps conducteur isolé est électrisé par communication, et non plus par influence, ce dont on s’aperçoit facilement; car après avoir été soustrait à l’influence du corps électrisé, au lieu de revenir à l’étal naturel , il se trouve chargé d’une électricité de même nature que celle de ce corps.

Mais, si en prenant les précautions nécessaires pour que cette transmission d'électricité n’ait pas lieu , on fait communiquer avec le sol le conducteur isolé pendant qu'il est soumis à l’influence, on le trouve chargé, après que l’influence a cessé, d’un excès d’électricité de nature contraire à celle du corps électrisé, négative si celui-ci est positif. Il faut avoir soin seulement de supprimer la communication du conducteur isolé avec le sol avant de le soustraire à l’influence, car, sans cela, son électricité négative s'écoulerait comme la positive.

Une remarque importante à faire, c’est que le corps électrisé n’éprouve, pendant qu’il électrise par influence un conducteur, d’autre perte de son électricité que celle qui résulte de l’imperfection des supports isolants et du contact de l’air et par conséquent celle qu’il subirait s’il était seul . C’est ce qu'il est facile de constater en touchant avec le plan d’épreuve le corps électrisé au même point avant qu’il ait exercé son action inductrice et après qu’elle a eu lieu.

Ces phénomènes sont une conséquence naturelle de la théorie desdeux fluidesélectriquesquenuusavonsdéjàexposée. Ces deux fluides, éminemment subtils, sont doués de la propriété que les molécules de l’un attirent les molécules de l’autre, tandis que les molécules du même fluide se repoussent mutuellement. 11 faut

* ÉLECTRICITÉ PAR' INJLÜENCE., • 83

admettre qu’ils préexistent l'uu et l'autre dans un corps conducteur puisqu'on peut les y faire apparaître sans coniinuniifuer aucune électricité à ce corps. Mais ils y préexistent en proportion telle, qu’abandonnés à eux-mémes, ils se neutralisent l un l’autre sans cependant se détruire. Ils constituent ce qu’on appelle le fluide neutre, et le corps qui né possède que ce fluide est dit être dans l’état électrique naturel, tandis qu’il est positif ou vitré s’il possède un excès d’électricité positive, négatif on résineux s’il possède un excès d’électricité négative.

Quand on présente à un conducteur isolé qui est à l’état naturel un corps électrisé positivement, l’électricité positive de ce corps décompose le fluide neutre du conducteur, attire la négative et repousse la positive. Les deux électricités pouvant cheminer librement dans le conducteur, la négative se porte dans la partie la plus voisine du corps électrisé qui l’attire, et la positive est repoussée dans la partie la plus éloignée. Mais au moment où l'on enlève le corps électrisé, les deux électricités développées dans le conducteur ne sont plus soumises qu’à leur attraction mutuelle, et, comme elles sont en égale proportion, ' elles se neutralisent et reconstituent le fluide neutre. Si on tou- ' che le conducteur pendant qu’il est sous l’influence du corps électrisé, son électricité positive, chassée dans le sol parcelle de * même nature que possède le corps électrisé, ne se retrouve plus après que l’influence a cessé, pour reconstituer avec la négative le fluide neutre. C’est pourquoi le conducteur présente un excès d’électricité négative.

Après avoir montré comment les phénomènes d’induction rentrent dans la théorie, revenons-y encore, soit pour les étudier sous différentes formes, soit pour expliquer quelques faits particuliers qui en dépendent.

2. Développement de l’électricité par influence dans plualenra eondnetenre •ncceMire.

Observons d’abord que l’on peut, au moyen d’un seul corps électrisé, développer de l’électricité par influence dans un trèsgrand nombre de conducteurs isolés, tels que des cylindres métalliques. On n’a qu’à les placer les uns à 1a suite des autres sur

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la môme ligne, de manière que les extréniilés de chacun d’eux soient à la même distance des extrémités de celui qui le précède et de celui qui le suit. On approche de l’extrémité antérieure du premier le corps électrisé, par exemple une sphère métallique positive. Aussitôt chaque cylindre isolé se trouve électrisé positivement dans celle de ses extrémités la plus éloignée de la sphère, négativement dans l’extrémité la plus rapprochée.

Si l’on touche avec la main le dernier des cylindres, on fait écouler, dans le sol, son électricité positive, et il arrive le plus souvent que l'électricité négative de ce dernier, rendue plus libre par le départ de la positive qui la retenait, se réunit à travers l’air sous forme d’étincelle avec la positive de l’avantdernier, la négative de celui-ci avec la positive du suivant, et ainsi de suite jusqu’au premier dont l’électricité négative se combine avec la positive de la sphère électrisée. Ces étincelles, qui s’échappent ainsi simultanément à travers l’air, sont un signe de la neutralisation des électricités contraires; d’où il résulte que chacun des corps après que le phénomène a eu lieu, est revenu à son état naturel. Si l’on enlève la sphère électrisée sans avoir fait communiquer avec le sol aucun des cylindres, la neutralisation des deux électricités, au lieu de s’opérer de l’un à l’autre, se fait dans chacun d’eux séparément, et ils se retrouvent encore ainsi dans l’état naturel, sans qu’il y ait eu d’effets extérieurs sensibles.

$ 3. BITeU de* pointe* dan* le* phénomène* d’Indnrtlon et dan* la machine éleetriqne.

L’effet des pointes dans les phénomènes d’induction est trèsremarquable. Nous avons vu que la forme en pointe détermine, dans la partie du conducteur qui la possède, une charge ou réaction électrique tellement plus considérable que dans le reste de la surface, que l’électricité le plus souvent s'en échappe pour se porter, soit dans l’air, soit sur les conducteurs les plus voisins. Aussi quand on présente à un conducteur terminé en pointe et isolé un corps électrisé, l’électricité de nature contraire, que l’induction développe dans le conducteur, s’accumu-

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ÉLECTRICITÉ PAH IBTUIEMCE. 8o

tant à sa pointe, en sort pour neutraliser à travers l'air celle du corps électrisé; c'est ainsi qu'on peut décharger le conducteur d’ime machine électrique ou l'empêcher de se charger, en lui présentant à une distance de 20 à 30 centimètres ou plus grande encore, une pointe métallique qu’on tient à la main. Dans le Jeu de la machine électrique il se passe un phénomène du même genre. Chaque partie du plateau de verre que le frottement a électrisée va passer successivement devant les pointes du conducteur isolé de la machine dont elle décompose, par influence, l’électricité naturelle, attirant la négative et repoussant la positive. La négative accumulée aux pointes en sort pour neutraliser la positive du plateau qui, passant de nouveau entre les v'w c coussins, reprend, par le frottement qu’il y éprouve, l’électri- '

cité positive qu’il a perdue. Quant à l’électricité positive du conducteur, privée de la négative qui est sortie par les pointes, elle ne peut reformer du fluide neutre et reste par conséquent en excès ; c’est pourquoi, après un certain nombre de tours, le conducteur isolé de la machine se trouve chargé d’électricité positive. Ce n’est donc point, comme on le dit souvent par er- „ reur, l’électricité positive du plateau de verre qui a passé dans , i-'Y, .',1 le conducteur, c’est la négative du conducteur qui est sortie v

par les pointes et y a laissé la positive avec laquelle elle formait le fluide neutre et dont elle a été séparée par l’influence ^ n . //v du plateau. Cette action inductrice continue à accumuler de vy •: , -

l'électricité positive dans le conducteur jusqu’à ce que chaque , t . point de la surface de celui-ci ait une réaction égale à celle qu’acquiert chaque point de la surface du verre par son frottement contre les coussins. En effet, lorsqu’on a atteint cette limite, il n’y a pas de raison pour que ce ne soit pas aussi bien l’électricité du conducteur qui agisse sur le plateau que l’électricité du plateau sur le conducteur. 11 y a donc équilibre et le conducteur ne se charge plus; on comprend donc que la charge du conducteur doive être d’autant plus forte que la réaction électrique, déterminée sur le plateau parle frottement, est plus énergique; énergie qui dépend elle-même de la qualité du verre, de celle des frottoirs, de la manière dont ils sont plus ou moins bien ajustés, du degré de sécheresse de l’air et du plus

8H ÉLECTRICITÉ .STATIUlE.

OU moins de soins qu’on prend pour dessécher et netloycr le surface du plateau lui-même.

§ 4. Artion à distmnce par l■flne■ce aar le* éleetrtniceimi.

C'est aussi au développement de l'électricité par influence qu’on doit rapporter le fait qu’il n’est pas nécessaire, pour agir sur un électroscope, de le toucher avec un corps électrisé, mais qu’il suffit d’en approcher ce corps à quelque distance. En effet, celui-ci, par son influence, décompose l’électricité naturelle de la partie métallique de l'électroscope située extérieurement, attire, prés de lui, l'électricité de nom contraire à la sienne et repousse celle de même nom dans les feuilles d’or, les brins de paille, ou autres substances légères qui sont en communication avec cette partie métallique. L’électroscope se trouve ainsi chargé pendant qu’il est sous rinflucncc du corps électrisé de la même électricité que celle que possède ce corps ; mais pour qu’il la conserve, il faut alors le toucher avec le corps lui-même. Cependant, si pendant qu'il est soumis à l’action inductrice on le touche avec le doigt en un point quelconque de sa partie métallique eitérieure, on le trouve ensuite chargé d’une électricité contraire à celle du corps électrisé, pourvu qu’on ait eu soin d’ôter le doigt avant d'éloigner ce corps. En effet, l’électricité de même nom obéissant à l'action répulsive, au lieu d’avoir été chassée dans les feuilles d’or, s’est écoulée dans le sol par l’intermédiaire du corps et du doigt de l’observateur. 11 est donc, resté dans l’instrument, quand il a été soustrait à l’action inductrice, un excès d’électricité contraire qui a fait diverger ses feuilles d’or. C’est une manière plus expéditive et plus commode de charger l'électroscope; mais il faut, quand on l’emploie, ne pas oublier que l’électricité qu’il accuse est de nature contraire à celle du corps avec lequel on agit sur lui.

$ s. Êlectrophorr.

Un instrument fondé sur le principe du développement de l’électricité par influence qui peut, avec avantage, remplacer dans bien des cas la machine électrique, est celui imaginé par

ÉLECTBICITÉ PAB ^7

Volta qui l'a nommé électrophore. Il se compose d'un gâteau de résine coulé dans un moule circulaire de bois ou de métal d'un diamètre quelconque. Un disque de métal ou de bois, revêtu d'étain et d'un diamètre moindre que celui du gâteau, est muni d'un manche isolant fixé à son centre perpcndiculairen)ent à sa surface. Ce disque est entouré d'un rebord arrondi, afin d'éviter les arêtes vives par lesi]uclles l'électricité risquerait de s’écouler (flg.'43). On électrise le gâteau de résine, en battant sa surface avec une peau de chat ; puis on pose sur lui le disque métallique, en le tenant par le manche isolant, on le touche avec le doigt, et lorsqu'on l’enlève on le trouve chargé d’électricité positive. On peut répéter l'expérience un très-grand nombre de fois et même à plusieurs jours de distance, sans qu’il soit nécessaire d’électriser de nouveau le gâteau. Celui-ci garde très longtemps, à cause de sa faculté isolante et de son peu de tendance à attirer l’humidité de l’air, l’électricité résineuse qu’on a développée sur sa surface. 11 faut seulement avoir soin de laisser reposer sur lui le disque métallique dont la présence empêche la déperdition de l’électricité qui résulterait du contact de l'air. U n’est pas nécessaire d'ajouter que c’est l'électricité résineuse du gâteau qui, décomposant l’électricité naturelle du disque métallique, chasse la négative dans le aol par l'intermédiaire du doigt, et attire la positive qu'on retrouve dans le disque dès qu’on l’enlève. Si on le soulève sans l’avoir préalablement touché avec le doigt, on le trouve alors chargé, non d'électricité positive, mais d’une certaine quantité d’électricité négative qu’il a prise au gâteau par simple communication. Cette quantité est toujours très-faible à cause de la difficulté que l'électricité éprouve à ({uitter la résine.

L’électricité positive dont le disque se charge est assez énergique pour donner de fortes étincelles; aussi s’en sert-on pour enflammer les gaz et pour un grand nombre d’expériences. On a même un appareil nommé lampe électrique, dans lequel un jet d’hydrogène est enflammé par l’étincelle que donne uil

88 ÉLECTBiriTÉ ST\TI«l'F.

élcrlrophore dont le disque métallique est, au moyen d'un cordon de soie fixé au robinet qui donne issue au gaz, détaché du gâteau de résine par le même mouvement qui ouvre le robinet. Un conducteur isolé que vient toucher le disque quand il est soulevé par le mouvement du robinet, est terminé, vers le jet d'hydrogène, par une pointe fine placée visà-vLs , et à une très-petite distance d'une pointe semblable, communiquant avec le sol. C'est entre ces deux pointes que passe l'étincelle électrique qui rencontre ainsi et enflamme le jet de gaz hydrogène. Ce gaz est luimême reproduit dans l’appareil, à mesure qu'il s'en écoule, au moyen d’un bâton de zinc sur lequel agit de l’eau acidulée par de l’acide sulfurique (fig. 44). 11 faut avoir soin d’électriser de temps à autre, avec une peau de chat, le gâteau de résine et de coller sur celui-ci une petite bande d’étain en communication avec le sol et que touche le disque mobile quand il repose sur le gâteau afin de perdre son électricité négative.

^ 0. Rôle 0e l’Inflnenee ditnii les attraetloM électrl^aes.

Fig. U.

Le phénomène primitif de l’électricité, celui de l’attraction des corps légers par un corps électrisé, est un véritable phénomène d’induction. 11 n’y a pas d’attraction pas plus que de répulsion entre un corps électrisé et un corps qui ne l’est pas; il n’-y en a qu’entre des corps électrisés tous les deux. Aussi, quand on présente un bâton de cire frotté à des corps légers, tels que des morceaux de papier ou des balles de sureau, le bâton de cire décompose leur électricité naturelle, repousse dans le sol leur électricité négative; ceux-ci, gardant alors un excès d’électricité positive, obéissent à l’attraction que doit exercer un corps électrisé négativement sur un corps électrisé positivement.

ÉLECTRIUTÉ PAR INFLL'ENCK.

A l'appui, on peut citer les faits suivants : le premier, c'est que si les corps légers sont d'une matière isolante, ils ne sont pas attirés par un corps électrisé , parce que leur électricité naturelle ne peut pas être décomposée aussi facilement que lorsqu'ils sont conducteurs ; le second fait, c'est que si les brins de papier ou les autres corps légers reposent sur une surface isolante, telle qu'une plaque de verre ou de résine, ils ne sont plus aussi facilement attirés, parce que celle de leurs deux électricités qui est repoussée ne peut plus les quitter pour se rendre dans le sol; alors l'autre électricité ne peut que difficilement l'emporter par sa puissance attractive sur la force répulsive de la première. Pour qu'il n’y ait point d'attraction du tout, il est nécessaire que les corps légers soient minces et petits; des balles de sureau, si leur diamètre dépasse trois ou •juatre millimètres, sont attirées quand on approche très-près d'elles le corps électrisé, lors même qu’elles sont placées sur une surface isolante, parce que l’électricité contraire à celle que possède le corps, est dans une partie de leur surface sensiblement plus rapprochée de ce corps que celle où se trouve accumulée l’électricité de même nom.

Une expérience assez intéressante et assez élégante, qui rentre dans l'explication que nous venons de donner, consiste à placer sur un disque de métal, muni d’un pied qui communique avec le sol , des petites balles de sureau ou de liège , de recouvrir le tout d'une cloche de verre dont la partie supérieure ouverte est munie d’une boite à cuir à travers laquelle passe à frottement juste une tige qui porte à son extrémité inférieure un disque de métal semblable au premier. On place ce disque à une distance de 10 à 20 centimètres du premier ; on arrive dans chaque cas à trouver par le tâtonnement la distance la plus convenable. On fait communiquer la tige et par conséquent le disque supérieur avec le conducteur d'une machine électrique en activité (fig. 4o); l’électricité positive attire, par l’ellèt d’induction que nous venons d'expliquer, les petites balles de sureau qui, en

arrivant en contact avec la surface inférieure du disque constamment positif, se déchargent de l'électricité négative qu'elles avaient acquise par influence et en prennent de la positive par communication ; ce qui fait qu'immédiatement repoussées elles retombent sur le disque inférieur qui, communiquant avec le sol, leur enlève leur électricité positive. Revenues à leur état naturel , leur électricité naturelle est de nouveau décomposi'c, elles sont attirées et repoussées encore; elles exécutent ainsi, aussi longtemps que l'électricité de la machine arrive au disque supérieur, ces mouvements alternatifs en se heurtant de mille manières. Cette expérience, qui semble n' être qu'un simple Jouet , doit la «débrité dont elle jouit à ce qu'elle a donné naissance à une théorie de la grêle imaginée par Volta et que nous aurons occasion d'exposer plus loin. On peut faire l'expérience plus simplement en se servant d'une cloche de verre dont on électrise la surface intérieure en touchant ses différents points avec le conducteur d'une machine électrique en activité. Puis on la renverse sur une table au-dcssus d'un tas de petites balles de sureau qui se mettent aussitôt à danser dans l'intérieur de la cloche, attirées et repoussées Fig. 16. qu'elles sont successivement par sa surface (pli, à cause de sa faculté isolante, garde longtemps l'électricité qu’on lui a donnée (fig. 46).

On remplace quelquefois les balles de sureau par des morceaux de liège auxquels on donne une forme quelconque; par exemple, celle de petits bons hommes; c’est ce qu’on nomme /a danse des pantins ; il suffit dans ce cas de placer deux disques dont l’un communique avec le conducteur de la machine, et l’autre avec le sol parallèlement l'un à l’autre à une distance de vingt centimètres environ, mais qui peut être plus ou moins grande, suivant la force de la machine; c’est entre ces deux disques que s’opère le mouvement. On peut également remplacer les pantins par une feuille d'or battu qu’on voit alors voltiger entre les disijues de métal (fig. 47).

Un appareil fondé sur le même principe et qui a quelque