CHAPITRE PREMIER

De TÊlectricité.

Après avmr inctiqué quelles étaient les forces qui présidaient à la constitution des corps inorganisés , nous allons actuellemeut étudlier leurs propriétés , leurs rapports et leur mode d*action. Mais pour atteindre ce but, il faut, pour ainsi dire, s* en rendre maître et les isoler ; ces forces sont : Télectricité, la chaleur, la lumière , les affinités et la force d'agrégation. Nous commencerons par Télectricitéi qui, tour à tour, devenant chaleur, lumière, force chimique, force d'agrégation , se présente à nous avec tous les caractères d'un principe universel ; au surplus, un autre motif nous engage à en agir ainelî l'âectricité fournit une foule de moyens d'expérimentation dont JM>m avons bepoin pour étudier les autres agents.

Un tuhe d6 verre, dont la surface est bien sèche , ou un moroeaif de résine frotté avec du drap ou une étoffe de laine , acquiert la propriété d'attirer les corps légers qu'on lui présente : on dit alors que le corps est électrisé. Si l'on fait toucher le morceau frotté à une petite balle de sureau suspendue à un fil de soie , la balle est aussitôt repoussée, tandis que si on lui présente l'autre corps frotté , elle est attirée. On conclut de là, 1° qu'un corps électrisé en attire un autre qui ne l'est pas ; 2** qu'un corps électrisé cède une portion de son électricité à celui qui le touche ; 3° que deux corps qui possèdent la même électricité se repoussent ; 4^ que ces corps s'attirent quand ils ont, l'un Télectricité provenant du verre , l'autre celle fourme par la

SLECTBIGITK. 367

résine. La première est appelée électricité vitrée ou positive; la seconde, électricité résineuse ou négative. L*expérience démontre, en outre, que le corps frotté possède toujours une électricité contraire à celle du frottoir ; que si l'on maintient le contact entre ces deux corps pendant plus ou moins de temps , ils perdent Tun et l'autre la faculté que le frottement leur avait fait acquérir ; on dit alors qu'il y a recomposition des deux électricités , ou formation de fluide naturel. Cette recomposition a encore lieu , lors même que les corps ne se touchent pas , quand ils possèdent chacun une quantité d électricité sufiQsante pour vaincre la résistance de Tair ; dans ce cas, la recomposition s'opère avec dégagement de lumière. Dans la théorie où Ton suppose rélecti'icité un fluide impondérable, le fluide naturel est luimême un agent impondérable ; dans celle où Ton admet que Téiectricité soit le résultat des vibrations de l'éther , le fluide nature] exprime seulement Tétat de repos de Téther. Quant à nous, nous supposerons l'électricité un fluide impondérable , afni d'arriver à une explication plus facile des phénomènes d électricité statique.

Si l'pn suspend la petite balle de sureau à un fil très-fm de métal , an lieu d'un fil de soie ou de verre , et qu'on lui présente un corps filectrisé, il y a de même attraction ; mais elle n'est pas suivie de répulsion après le contact. La soie et le métal ne jouissent donc pas de la même propriété. Le métal donne écoulement à Télectricité dans la terre, appelée le réservoir commun, tandis que la soie, la résine , le verre s'opposent à son passage. Il existe donc des corps bons oondocteurs de Télectricité et des corps mauvais conducteurs ou isolants. Lee premiers sont : Tor, l'argent, le cuivre, le platine, le zinc, le iur, rétain, le plomb, etc.; l'anthracite, la plombagine, le coke parfaitement cuit, et le charbon, quand aussi il a subi un degré de cuisson lii£Qsant; le fusain qui n'a éprouvé qu'une demi-carbonisation n'est Bee conducteur; viennent ensuite les pyrites, la galène, le peroxyde 4b manganèse, puis les dissolutions acides , salines , etc.; mais le pou- Hqir conducteur de celles-ci est de plusieurs milliers de fois moindre que celui des métaux. Les corps mauvais conducteurs sont : le verre , laréeine, le soufre (ce dernier est regardé coomie le plus mauvais eondnçsteur) , les liquides oléagineux, les matières grasses. La conductibilité peut dépendre de Tétat moléculaire , comme le diamant , l'antfaracite et le coke eu sont des exemples; le premier est isolant , tandis que les deux autres sont conducteurs. Pour conserver à im corps condficteur l'électricité qu'on lui a donnée , il faut donc le placer sur un IQfurceau de verre , de résine ou de soufre ; mais de préférence sur l'un

368 TRAITÉ DK PHYSIQUE.

des deux derniers^ attendu que le verre, comme les corps polis , se recouvre promptement d'une couche d*eau hygrométrique qui le rend conducteur, à moins que préalablement on ne le chauffe fortement. La présence de Teau hy^^rométrique sur la surface des corps mauvais conducteurs est un obstacle, non-seulement pour qu'ils servent d'isoloirs , mais encore pour qu'ils soient électriques par frottement ; c'est pour ce motif que les expériences sur l'électricité libre ne réussissent bien que dans les temps secs et froids. L'air et les gaz qui sont isolants n'agissent que par leur pression , jusqu'à un certain degré , cependant , pour maintenir l'électricité à la surface des corps conducteurs; on le prouve en plaçant un corps électrisé sous le récipient d'une machine pneumatique : ce corps perd peu à peu son électricité à mesure qu'on enlève l'air ; mais, lors même que le vide est aussi parfait que possible, les corps peuvent conserver encore une certaine quantité d'électricité , comme nous le démontrerons.

Propriétés yénéiales de Vékciricité statique et de Vélectricité

dynamique.

Nous n'avons nullement l'intention d'exposer complètement les propriétés générales de l'électricité , puisque nous avons publié un traité complet dans lequel elles sont exposées, mais bien de faire connaître celles dont la connaissance est indispensable pour la construetion et l'emploi des appareils destinés à étudier le dégagement de l'électricité dont nous allons nous occuper d'une manière spéciale.

Deux corps librement suspendus, électrisés de la mênae manière, se repoussent, tandis qu'ils s'attirent s'ils possèdent des électricités contraires ; cette répulsion ou cette attraction est d'autant plus forte que les corps sont plus rapprochés et qu'ils possèdent une plus grande quantité d'électricité. Coulomb a prouvé au moyen de la balance de torsion que ces actions ont lieu en raison directe des quantités d'électricité possédées par chaque corps, et en raison inverse du carré de leur distance, loi qui est la même que celle qui régit les attractions célestes.

On a vu précédemment que lorsqu'un corps électrisé est toudié par un autre , celui-ci enlève au premier une portion de Son électricité. Cette quantité dépend de l'étendue de la surface; si ce corps est mis en communication avec la terre , la quantité d'électricité qui lui reste est tellement atténuée qu'elle n'est plus sensible. On l'évalue au ' moyen de sa tension. La tension est la résultante des actions répulsives qu'exercent les unes sur les autres les molécules de l'électricité

libre répandues à la surface d'un corps ; elle est donc proportionnelle à la densité du fluide, c'est-à-dire, au nombre de molécules renfermées dans un espace donné; de plus, l'expérience a démontré que la force totale de l'attraction ou de la répulsion de deux corps électrisés -varie pour chaque distance dans le même rapport que les quantités d'électricité propres à chacun d'eux ; leur réaction est donc proportionnelle au produit de ces deux quantités.

Passons à la quantité d'électricité qu'un corps isolé et électrisé perd dans un temps donné par le contact de l'air plus ou moins humide , et par des supports plus ou moins isolants. On a vu qu'il n'existait ni corps parfaits conducteurs, ni corps parfaitement isolants; que les métaux étaient les meilleurs, ensuite les liquides , et qu'enfin les plus mauvais étaient le verre, la résine, etc., etc. Cela posé, deux causes influent sur la perte de l'électricité que possède un corps électrisé : la première est la nature des supports, qui n'isolent jamais parfaitement ; la seconde, l'air, qui, étant toujours chargé d'humidité, dépose une petite couche d'eau hygrométrique sur les supports , et les rend conducteurs. De plus, un corps électrisé est enveloppé par l'air atmosphérique , qui est plus ou moins isolant , suivant la nature de ses parties constituantes et les molécules aqueuses qu'il renferme. Chaque molécule de l'air qui touche un corps électrisé se charge plus ou moins rapidement de l'électricité de ce corps; cette molécule est aussitôt chassée par suite de la répulsion qui a lieu entre deux corps chargés d'électricité de même nature ; elle est remplacée par une autre qui s'électrise, et qui est ensuite elle-même repoussée, ainsi de suite. C'est ainsi que l'électricité possédée par un corps peut se répandre entièrement dans une atmosphère renfermant des vapeurs aqueuses. D'après les observations de Coulomb , le rapport de la force électrique perdue à la force totale, pour le même ét,at d'humidité de Tair, est une quantité constante ; ce rapport ne varie que quand l'hygromètre annonce une variation ; et, pour un même état de l'air, la perte de rélectricité est toujours proportionnelle à la densité électrique. Relativement à la loi que suit la perte de l'électricité le long des supports isolants , il a reconnu , en cherchant le degré de réaction électrique auquel chacun des supports commence à isoler parfaitement , que le degré de cette réaction est proportionnel à la racine carrée de leur longueur; ainsi, pour le même état de l'air, un support d'une longueur quadruple isole parfaitement une quantité doublé d'électricité, • Nous ajouterons cependant que cette loi ne se vérifie qu'avec des supports très-fins, de même nature, et de même diamètre, ne différant que

par la longueur; toatefois, en s'appuyant sur cette loi, Coulomb a trouvé que pour des fils de gomme laque et de soie de mâme longueur et de même diamètre; Tintensité de la réaction élecMquç, à laquelle Fisolement commence, est dix fois plus forte ppu^ la première su))stance que pour la seconde.

Coulomb a reconnu, en outre , que» ^Qrsqife 1% ^fsn^t^ él^ptriqpe du corps n'est pas considérable , un j^it cylindre de cire d'Espagne ou de gomn^e laque de l^un^iss de diamètre, etd'une lopgofur de o'i'^sso, sufQt pour isoler parfaitemefit une balle dç} sufeafi ^ ^3iiim^535 de d^unètre; et que, Iprsque l'air est très-sec, un fil dfl ijoi^ très^n passé dans de la cire d'Espagne bouillante, et ne fora\^f qu'un petit cylindre de 0»^»^y $00 de diamètre et de W,i^ ^fl ligueur, remplit le même but, tandis qu'un fil de verre tiré à la IçfQpfi d'émailleur, bien que de même longueur, n'isole la balle que loi3iq||f| le temps est très-sec et que le corps est faiblement électrlsé.

Quand on s'occupç des phénomènes d'électricité statique, il feuit avoir une idée complète de la quantité d'électricité que possède UU corps, et de sa distribution à sa -s^r(ace; car la couche électnqqç n'est pas la même dans toutes les parties, si |e corps n'est pi^ ^jj^^ rique. C*est une question qui a beaucoup occupé Coulomb et içtxA il a donné la solution.

Les anciens physiciens , depuis Beccaria , ont reconnu quç toute l'électricité transmise à un corps se porte à sa surface. Coulomb avança de plus que le fluide électrique n'est retenu sur la surface de ce corps par aucune affinité chimique ou par une attraction élective ; qu'il n'y est maintenu que par la pression de l'air atmosphérique , et qu'il ne se partage entre différents corps, mis en contact, qu'en raison de son action répulsive. Pour faire ses observations, Coulomb se servit d'un petit plan d'épreuve en clinquant fixé à un cylindre isolant en gomme laque. Il touchait chaque point de la surface du corps éjectrisé avec le plan d'épreuve , et reportait celui-ci dans la balance de torsion (*) pour déterminer la quantité d'électricité enlevée; il comparât ensuite facilement l'état électrique des diverses parties du corps éleçtrisé. C'est ainsi qu'en opérant avec une sphère de métal creuse, dans laquelle une ouverture était pratiquée , en y introduisant le petit disque d'épreuve , et se mettant en garde contre les actions par influence, exercées par les parois de l'ouverture, il reconnut que la surface intérieure de la sphère ne possédait pas l'électricité. On conçoit tr^-

(*) Traité tf' électricité et du magnétisme, t. II , p. 9.

bien que lorsque Ton met un corps éiectrisé en contact avec un autre corps , identique de forme , ayant la même conductibilité, les deux corps se chargent de la même manière, et que, dès lors, l'affinité chimique n'entre pour rien dans la distribution de rélectricité.

Ayant admis que le fluide électrique n'était retenu à la surface du corps que par la pression de Tair ambiant, Coulomb dut le considérer comme formant sur les corps conducteurs une couche très-mince, dont la surface extérieure était la même que celle du corps , tandis que la surface intérieure n*en différait qu'infmimeot peu. L'epai»sçur de cette couche, que Ton reconnaît en touchant avec le plan d'épreuve et la balance de torsion, est la tension électrique en ce point; bien entendu que, si Ton veut avoir des résultats exacts, il fyut avoir Tattention d'opérer avec assez de rapidité pour que le disque d'épreuve ne perde pas sensiblement d'électricité pendant toute Ia durée des expériences. Ce disque, en raison de ses petites dimensions, ne diminue pas sensiblement la quantité d'électricité que posi^e le corps après le contact. Nous ajouterons encore , d'après les expériences de Coulomb , que la quantité d'électricité prise au corps p$^r le plan d'épreuve peut être considérée comme proportionnelle à cell^ du point touché, mais avec cette condition, toutefois, que ce plaq, au moment de la séparation, enlève une quantité d'électricité double de celle du point de la surface touchée. En promenant le plan d'épreuve sur la surface d'un cylindre de laiton 'isolé, terminé P4r deux sphères, Coulomb reconnut que vers les extrémités la densité électrique était plus considérable que vers le milieu, et qu'elle variait peu depuis le milieu du cylindre jusqu'à huit centimètres de son extrémité. £n soumettant à l'expérience une laine mince et isolée -d'acier, de on*,297 de longueur, de 0"ï,027 de large, et de 2^^, 266 d'épaisseur, il a vu que le rapport en^e les quantités d'électricité, prises au milieu et aux extrémité, était double; que ce rapport, après avoir été presque consfta^t jusqu'à un peu plus de 0°i,027 des extrémités, augmentait eni^Uite rapidement, et qu'en plaçant le plan d'épreuve dans le prolongement, et touchant l'épaisseur de la lame par son tranchant seulement, la tension était quadruple de celle du milieu. Enfin , Coulomb a pbserv^ que l'augmentation de la tension vers les extrémités se retrouve dans les corps prismatiques ou cylindriques très allongés, et qu'elle est d'autant plus grande que ces corps sont plus minces; que lorsqu'un cylindre s'amincit en allant vers les extrémités, Taccroissem^t de l'électricité devient de plus en plus rapide, et que si

372 TBAIÏÉ DE PHYSIQUE.

le cylindre se termine en pointe, raceumulation est si forte, que rélectricité ne pouvant plus être retenue par la résistance de Fair, s'échappe alors sous la forme d'aigrettes lumineuses, quand la tension primitive, toutefois, est suffisante. Telle est Texplication de la propriété que possèdent les pointes métalliques placées à peu de distance des machines électriques , de soutirer Télectricité qui se dégage continuellement. Nous sommes amenés à parler de l'action par influence exercée par un corps électrisé sur un corps à Tétat naturel , qui en est plus ou moins éloigné.

Lorsque l'on place un corps électrisé, un cylindre de laiton, par exemple , à peu de distance d'un autre cylindre isolé dans l'état naturel , et qu'on touche le premier en différents points , avec un plan d'épreuve, on reconnaît quMl exerce sur l'électricité naturelle du second une action qui dissimule l'effet de son électricité libre, et rend l'autre électrique ; l'action par influence décompose le fluide neutre du corps non électrisé, en sépare les deux électricités , qui se recombinent aussitôt que l'on éloigne les deux corps. Supposons , par exemple , que le corps électrisé possède l'électricité positive , cette électricité décompose l'électricité naturelle du second cylindre , attire la négative dans les parties les plus rapprochées , tandis que la positive est repoussée dans les points les plus éloignés; si l'on touche ceux-ci avec le doigt, on enlève alors toute l'électricité positive , et il ne reste plus au cylindre que l'électricité négative, dont l'action est dissimulée par celle de l'électricité positive de l'autre corps ; mais si l'on retire ce dernier, le cylindre se trouve avoir acquis un excès d'électricité négative: on dit alors que le corps est électrisé par influence; les effets croissent avec l'intensité de l'électricité communiquée au premier cylindre. Cette expérience prouve que tous les ôorps possèdent entre leurs molécules une quantité d'électricité naturelle qui est énorme , puisque, quelque intense que soit l'électricité du cylindre, celle dégagée par influence est toujours en rapport avec elle. Nous passons sous silence tous les effets résultant de l'action par influence d'an corps électrisé sur un autre qui ne l'est pas (*) , ainsi que tout ce qui concerne les mouvements excités dans tous les corps par les attractions et répulsions électriques qui en sont la conséquence.

Lorsque deux disques de métal , possédant chacun une quantité égale d'électricité contraire, sont séparés par une couche d*air , ou un plateau de matière isolante, les deux électricités exercent l'une sur

(*) Voir à ce sujet, Traité de V électricité et du magnétisme, t. II, p. 178 et suiv.

iLECTRIClTÉ. 373

l'autre uue action attractive ; de sorte que leur action propre sur les corps environnants n'est plus sensible. On dit dans ce cas que les deux électricités sont dissimulées. Dans le cas où le corps isolant intermédiaire est peu résistant et que Faction attractive a assez de force pour vaincre la résistance opposée par le corps intermédiaire, ou seulement quelques-unes de ses parties, il s'opère une décharge qui peut être accompagnée de lumière. Cette propriété a servi à construire des appareils d'une grande utilité et qu'on trouve décrits dans tous les ouvrages de physique, et particulièrement dans le traité de l'Électricité, tome II, p. 217 et suiv. Nous citerons entre autres, i" le condensateur, qui sert à accumuler et à rendre sensibles de très-rpetites quantités d'électricité ; 2° l'électrophore ou porteur d'électricité; 3° les bouteilles de Leyde et les batteries, dont l'usagç est tellement connu, que nous nous abstenons de décrire ces appareils. Il n'a été question encore que des propriétés physiques de l'électricité libre ou statique» mais cet agent se présente dans mille circonstances sous un autre état qui lui fait perdre ces propriétés , car il n'est plus saisissable comme auparavant : nous voulons parler de l'électricité dynamique ou en mouvement, dont nous avons le plus grand intérêt à connaître le mode d'action, soit comme force physique, soit comme force chimique.

Propriétés physiques de l*électricité dynamique.

L'électricité en mouvement constitue ce qu'on appelle un courant électrique, dont l'existence est constatée par son action sur l'aiguille aimantée. Voici le fait. Si l'on joint par un fil métallique les deux extrémités d'un appareil qui fournit sans interruption les deux électricités, et que l'on approche de ce fil une aiguille aimantée, librement suspendue, celle-ci s'agite , s'incline , et prend une direction dépendante de la position de ses pôles par rapport au fil conjonctif, suivant que l'un des pôles de l'aiguille regarde l'un ou l'autre pôle de l'appareil. Après un court examen, on reconnaît dans le fil traversé par l'électricité une action révolutive autour de l'axer du fil; en effet, quand l'aiguille aimantée est placée au-dessus du fil tendu horizontalement, mais dans le plan du méridien magnétique, et que l'action de la pile est vive, l'aiguille se met à angle droit avec le fil; en plaçant l'aiguille au-dessous, la déviation est en sens inverse. En la mettant à droite ou à gauche, elle s'incline dans un sens ou dans un autre; si le courant chemine dans un autre sens, les effets sont inverses. On définit ainsi les directions du courant. Supposons un homme couché dans le sens de la longueur du fil conjonctif, les pieds du côté du pôle po-

sitif, la tête du côté du pôle négatif, de sorte que le courant aille des pieds à la tête, et que la face regarde l'aiguille ; celle-ci est chassée •dans un sejQS tel que le jpôle austral eât à la gauche de Thomme.

Le courant électricjuè agit en raiâbn inverse de la simple distance, d'où Ton à cohclu ^ar le calcul que là force exercée par l'élément du fil agit en raison inverse du carré de la distance, comme l'attractloû , générale et Ifes forces électHques. tessons à Faction des courants les uns sur le6 autres , suivant qu'ils sont dirigés dans le même sens oU dans des stens différents. Pour étudier cette action, il faut rendre mobiles des portions de circuit, au rboyen d'appareils dont on trouvera la description tome III, p. 15 (*). On i*econnàît alors que les courants dirigés en sens contraît'e se repoussent, et s'attirent quand ils vont dans le même sens; effets contraires à ceux qui ont lieu dans l'action à distance des corps électrisés différemment ou de la même manière. Au surplus, la loi qui régit ces actions peut être ainsi définie: Deux portions de courant s'attirent quand elles vont l'une et l'autre en s'apprôchant dû sommet de l'angle, et se repoussent au contraire, quand l'une s'éloigne et l'autre se rapproche du sommet.

Considérons maintenant lie cas des circuits fermés. Soit un eotiducteur de fbrnie rectangulaire , disposé de manière à être mobile et soumis à l'action d'un courant indéfini dont la direction est perpendiculaire au plan du rectangle, tome III , p. 25. L'expérience démontre et l'analyse confirme que l'action du courant amène ce conducteur dans Une position fixe d'équilibre, dans un plan parallèle au courant indéfini. Il en sera encore de même si , au lieu d'un circuit fermé , on prend un certain nombre de circuits situés dans des plans parallèles, et dont toutes les parties sont liées ensemble d'une manière invariable, comme Cela arrive datis lé cylindre électro-dynàmîque.

Voyons actuellement l'action des aimants sur des conducteurs plies en hélices, ou isur des cylindres électro-dynamiques librement suspendus. Si l'on présente un barreau aimanté à un semblable cylindre, à une certaine distance , et hors de l'espace conipris entre les deux plans des spires extrêmes, oU trouve que les deux parties opposées du cylindre manifestent dés actions contraires, c'est-à-dire des attractions et des répulsions, selon le sens du courant et là nature du pôle le plus voisin, effet absolument analogue à ceux que l'on observe quand oti présente un aimant à un autre aimant.

Un cylindre électro-dynamique est donc en tout semblable à un

(*) Traité de l'électricité et du magnétisme.

BLfiCTBICITÉ. 375

barreaa aimanté. Aussi, si on le suspend par son milieu à un axe vertical, dès l'instant qu'il est parcouru par un courant, il oscille pendant quelques instants et vient se placer dans le méridien magnétique.

Si Ton examine la direction des courants, on les trouve descendants à Test et ascendants à Touest , allant de Test à l'ouest dans la partie inférieure de chaque spire, et de l'ouest à l'est dans la partie supérieure.

C'est en raison dé ces effets que M. Ampère a avancé et prouvé par le calcul , que Ton devait considérer un aimant comme un cylindre etéèth>-dynamique, dans lequel les courants circulent de l'est à l'ouest, àJaû^ la partie inféi*leure de chaque spire, dont le plan est perpendieàlairè à l'axe quand l'aimant est dirigé par l'action de la terre; ce rapprochement est important pour la théorie des aimants, et en particulier pour la théorie du magnétisme ; car on peut inférer de là, sans oepoidant que le fait soit prouvé, que le magnétisme du globe peut être représenté par l'action de courants électriques circulant de l'est à l'otiest danà la croûte superfleielle. C'est une question sur laquelle i^tk tevlendrons quand nous traiterons du magnétisme terrestre, dàiii Ses l*appbt*ts avec la physique du globe.

Diverses questions ont été résolues , à l'égard de l'action des courants et des aimants, ehtre aiitres celte qiil concerne là rotation dë IcÔillrants pbr l'influence des courants, des aimants ou du ibagnétldine tet'restre , et réciproquement la rotation des aimants par l'inittiéiicfe des courants ; mais comme ces questions sont entièrement du dttltiatne de la physicfiie générale, nous renvoyons nos lecteurs à ce 4Qe nous en avons dit tomelU, p. 3.5 f ). Avant de faire connaître les difiérent^ causes qui provoquent le dégagement de l'électricité, nous dkvonâ décrire les appareils destinés à étudier ce dégagement dans tCfdté les circonstances où il a lieu.

(*) Traité de l'électricité et du magnétisme.

376 TBAITÉ DE PHYSIQUE.