CHAPITRE PREMIER

De l'Électricité.

Après avoir indiqué quelles étaient les forces qui présidaient à la constitution des corps inorganisés , nous allons actuellement étudier 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 : l'électricité , la chaleur, la lumière , les affinités et la force d'agrégation. Nous commencerons par l'électricité, 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 ainsi ; l'électricité fournit une foule de moyens d'expérimentation dont nous avons besoin pour étudier les autres agents.

Un tube de verre, dont la surface est bien sèche, ou un morceau 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 ékctrisé 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 l'électricité provenant du verre, l'autre celle fourme par la

résine. La première est appelée électricité vitrée ou positive; la seconde, électricité résineuse ou négative. L'expérience démontre, eu 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 l'un 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 suffisante pour vaincre la résistance de l'air ; dans ce cas , la recomposition s'opère avec dégagement de lumière. Dans la théorie où l'on suppose l'électricité un fluide impondérable, le fluide naturel est luimême un agent impondérable ; dans celle où l'on admet que l'électincité soit le résultat des vibrations de l'éther , le fluide naturel exprime seulement l'état de repos de l'éther. Quant à nous, nous supposerons l'électricité un fluide impondérable , afin d'arriver à une explication plus facile des phénomènes d'électricité statique.

Si l'on suspend la petite balle de sureau à un fil très-fin de métal , au lieu d'un fil de soie ou de verre, et qu'on lui présente un corps électrisé, 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 l'électricité dans la terre, appelée le réservoir co^nmun, tandis que la soie, la résine, le verre s'opposent à son passage. Il existe donc des corps bons conducteurs de l'électricité et des corps mauvais conducteurs ou isolants. Les premiers sont : l'or, l'argent, le cuivre, le platine, le zinc, le fer, l'étain, le plomb, etc.; l'anthracite, la plombagine, le coke parfaitement cuit, et le charbon, quand aussi il a subi un degré de cuisson suffisant ; le fusain qui n'a éprouvé qu'une demi-carbonisation n'est pas conducteur; viennent ensuite les pyrites, la galène, le peroxyde de manganèse, puis les dissolutions acides , safines , etc.; mais le pouvoir conducteur de celles-ci est de plusieurs milliers de fois moindre que celui des métaux. Les corps mauvais conducteurs sont : le verre, la résine, ie soufre (ce dernier est regardé comme le plus mauvais conducteur) , les liquides oléagineux, les matières grasses. La conductibilité peut dépendre de l'état moléculaire , comme le diamant , l'anthracite et le coke en sont des exemples; le premier est isolant , tandis que les deux autres sont conducteurs. Pour conserver à un corps conducteur l'électricité qu'on lui a donnée , il faut donc le placer sur un morceau de verre , de résine ou de soufre ; mais de préférence sur l'un

368 ♦ TBAITK BK l'IlYSlQLE.

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 l'eau hyj^Tométrique 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 eii 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 yénémles de l'électricité statique et de l'électricité 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 construction 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 même 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 touché 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 réicctricité

Ii])re répaudiies 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 doinié; de plus, l'expérience a démontré que la force totale de l'attracUon 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 pai 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 état d'humidité de l'air, 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 l'électricité 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 double d'électricité. Nous ajouterons cependant ({ue cette loi ne se ^éri^e qu'aAcc des supports très-fins, de même nature, et de même diamètre, ne différant que I. 24

370 TBAITÉ DE PHYSIQUE.

par la longueur ; toutefois , en s'appuyant sur cette loi , Coulomb a trouvé que pour des fils de gomme laque et de soie de même longueur et de même diamètre , l'iutensité de la réaction électrique, à laquelle l'isolement commence, est dix fois plus forte pour la première substance que pour la seconde.

Coulomb a reconnu, en outre, que, lorsque la densité électrique du corps n'est pas considérable, un petit cylindre de cire d'Espagne ou de gomme laque de imm, 125 de diamètre , et d'une longueur de 0'i',5ô0, sufiit pour isoler parfaitement une balle de sureau de 13'^i",535 de diamètre; et que, lorsque l'air est très-sec, un fil de soie très-fm passé dans de la cire d'Espagne bouillante, et ne formant qu'un petit cylindre de 0™™,. 500 de diamètre et de 0"^i5 de longueur, remplit le même but, taudis qu'un fil de verre tiré à la lampe d'émailleur, bien que de même longueur, n'isole la balle que lorsque le temps est très-sec et que le corps est faiblement électrisé.

Quand on s'occupe des phénomènes d'électricité statique , il faut avoir une idée complète de la quantité d'électricité que possède un corps, et de sa distribution à sa surface; car la couche électrique n'est pas la même dans toutes les parties, si le corps n'est pas sphérique. C'est une question qui a beaucoup occupé Coulomb et dont il a donné la solution.

Les anciens physiciens , depuis Beccaria , ont reconnu que 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 q/finité 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 toucbait cbaque point de la surface du corps électrisé avec le plan d'épreuve , et reportait celui-ci dans la balance de torsion (*) pour déterminer la quantité d'électricité enlevée ; il comparait ensuite facilement l'état électrique des diverses parties du corps électrisé. 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 très-

(*) Traité d'électricilé et du maguétisme, t. II , p. 9.

bien que lorsque Ton met un corps électrisé 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 fa distribution de l'électricité.

Ayant admis que le fluide électrique n'était retenu à la surface du corps que par la pression de lair 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 intérienre n'en différait qu'infiniment peu. L'épaisseur 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 l'on veut avoir des résultats exacts, il faut avoir l'attention d'opérer avec assez de rapidité pour que le disque d'épreuve ne perde pas sensiblement d'électricité pendant toute la durée des expériences. Ce disque, en raison de ses petites dimensions, ne diminue pas sensiblement la quantité d'électricité que possède le corps après le contact. Nous ajouterons encore , d'après les expériences de Coulomb , que la quantité d'électricité prise au corps par le plan d'épreuve peut être considérée comme proportionnelle à celle du point touché, mais avec celte condition, toutefois, que ce plan, 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 par 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. En soumettant à l'expérience une lame mince et isolée d'acier, de 0^,297 de longueur, de oni,027 de large, et de 2^^, 256 d'épaisseur, il a vu que le rapport entre les quantités d'électricité, prises au milieu et aux extrémités , était double ; que ce rapport , après avoir été presque constant jusqu'à un peu plus de 0™,027 des extrémités, augmentait ensuite 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 observé que l'augmentation de la tension vers les extrénn'tés se retrouve dans les corps prismatiques ou cylindriques très allongés, et quelle est d'autant plus grande que ces corps sont plus minces; que lorsqu'un cylindre s'amincit en allant vers les extrémités, l'accroissement de l'électricité devient de plus en plus rapide, et que si

:îîi> TBAIÎÉ DK PHYSIQUE.

le cylindre se termine en pointe, raceumulation est si forte, que l'électricité ne pouvant plus être retenue par la résistance de l'air, s'échappe alors sous la forme d'aigrettes lumineuses, quand la tension primitive, toutefois, est suffisante. Telle est l'explication de la propriété que possèdent les pointes métalliques placées à peu de distance des machines électriques , de soutirer l'électricité qui se dégage continuellement. Nous sommes amenés à parler de l'action par influence exercée par un corps électrisé sur un corps à l'état 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 qu'il 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 tluide 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 corps 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 toujoui's en rapport avec elle. Nous passons sous silence tous les effets résultant de l'action par influence d'un 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

(*) Yoir à ce sujet, Traité de l'électricité et du magnétisme, t. II, p. 178 et siiiv.

l'auti'e mie action attractive ; de sorte que leur action propre sur les coi-ps environnants n\'st plus sensible. Ou dit dans ce cas que les deux électricités sont dissimulées. Dans le cas où le corps isolant intermédiaire est peu résistant et que l'action 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'Electricité, tome II, p. 217 et suiv. IVous citerons entre autres, l" le condensateur, qui sert à accumuler et à rendre sensibles de très-petites quantités d'électricité; 2° l'électrophore ou porteur d'électricité; 3° les bouteilles de Leyde et les batteries, dont l'usage 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 jjlïijsicjues 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'axe 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'adion 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 iin erses. 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 sens tel que le pôle austral est à la gauche de l'homme.

Le courant électrique agit en raison inverse de la simple distance, d'où l'on a conclu par le calcul que la force exercée par l'élément du fil agit en raison inverse du carré de la distance, comme l'attraction générale et les forces électriques. Passons à l'action des courants les uns sur les autres , suivant qu'ils sont dirigés dans le même sens ou dans des sens différents. Pour étudier cette action, il faut rendre mobiles des portions de circuit, au moyen d'appareils dont on trouvera la description tome III, p. 15 (*). On reconnaît alors que les courants dirigés en sens contraire 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'approchant du sommet de l'angle, et se repoussent au contraire, quand l'une s'éloigne et l'autre se rapproche du sommet.

Considérons maintenant le cas des circuits fermés. Soit un conducteur de forme 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 siiués dans des plans parallèles, et dont toutes les parties sont liées ensemble d'une manière invariable, comme cela arrive dans le cylindre électro-dynamique.

Voyons actuellement l'action des aimants sur des conducteurs plies en hélices, ou sur 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 compris entre les deux plans des spires extrêmes, on trouve que les deux parties opposées du cylindre manifestent des actions contraires, c'est-à-dire des attractions et des répulsions, selon le sens du courant et la nature du pôle le plus voisin, effet absolument analogue à ceux que l'on observe quand on présente un aimant à un autre aimant.

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

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

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

Si l'on examine la direction des courants, on les trouve descendants à l'est et ascendants à l'ouest, allant de l'est 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 de ces effets que M. Ampère a avancé et prouvé par le calcul, que l'on devait considérer un aimant comme un cylindre électro-dynamique, dans lequel les courants circulent de l'est à l'ouest, dans la partie inférieure de chaque spire, dont le pian est perpendiculaire 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 5 car on peut inférer de là, sans cependant 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'ouest dans la croûte snperficielle. C'est une question sur laquelle nous reviendrons quand nous traiterons du magnétisme terrestre, dans ses rapports avec la physique du globe.

Diverses questions ont été résolues, à l'égard de l'action des courants et des aimants, entre autres celle qui concerne la rotation des courants par linfluence des courants, des aimants ou du magnétisme terrestre , et réciproquement la rotation des aimants par l'influence des courants ; mais comme ces questions sont entièrement du domaine de la physique générale, nous renvoyons nos lecteurs à ce que nous en avons dit tome III, p. 35 (*). Avant de faire coimaître les différentes causes qui provo(îuent le dégagement de l'électricité, nous devons décrire les appareils destinés à étudier ce dégagement dans toutes les circonstances où il a lieu.

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

37 G TUAITÉ DE PHYSIQUE.