CHAPITRE PREMIER

PHÉNOMÈNES FONDAMENTAUX

1. Électrisation par frottement. — Tous les corps peuvent acquérir par simple frottement un état particulier qui les rend capables d'attirer les corps légers; on dit alors qu'ils sont électrisés, et on donne le nom d'électricité h la cause, inconnue d'ailleurs, de l'énergie qui leur a été communiquée.

Pour certains corps tels que l'ambre S la résine, le caoutchouc, le verre, l'expérience peut être faite en tenant le corps directement à la main; mais, pour le plus grand nombre, elle ne réussit que si le corps est tenu par un manche de verre, de résine, etc., c'est-à-dire par l'intermédiaire d'un des corps de la première catégorie.

2. Bons et mauvais conducteurs. — Le corps frotté en un point n'attire les corps légers que par ce point, s'il est

I. L'ambre, en grec électron (TiXexTpov), est la première substance sur laquelle cette propriété ait été reconnue.

JouBERT. — Électricité. 1

de la première catégorie, et par tous ses points s'il est de la seconde. Pour les premiers, l'électricité reste donc localisée au point où elle a été développée ; pour les seconds, au contraire, elle se propage dans toute l'étendue du corps. C'est ce qu'on exprime en disant que les corps de la seconde catégorie sont bons conducteurs de i électricité, et les corps de la première, mauvais conducteurs.

3. Communication de l'électricité par contact. — L'électricité peut passer d'un corps sur un autre par simple contact. Entre corps mauvais conducteurs, la communication se fait seulement entre les points en contact immédiat ; avec les bons conducteurs, l'électricité se partage entre les deux corps et se répand dans toute l'étendue de chacun d'eux.

En réalité, la distinction des corps en bons et mauvais conducteurs ne correspond pas à une différence absolue de propriétés; il n'y a aucun corps où avec le temps l'électricité ne se propage au delà du point où elle a été développée, ni de corps qui la laisse se diffuser dans toute son étendue d'une manière instantanée. Tous permettent la propagation de l'électricité : la différence n'est que du plus au moins, mais dans des limites immenses.

4. Corps isolants. — Isolateurs. — Le corps humain et la plupart des matériaux qui constituent le sol appartiennent à la classe des bons conducteurs. Quand on frotte une barre de métal tenue à la main, l'électricité développée se répand sur la barre, sur le corps, sur le sol, en réalité sur un conducteur indéfini et ne peut être manifestée en aucun point. L'interposition d'un corps mauvais conducteur a pour effet de limiter l'étendue où l'électricité peut se répandre. De là, le nom d'isolants donné aux corps mauvais conducteurs.

Tout corps conducteur électrisé mis en communication avec le sol par un conducteur quelconque, le doigt par exemple, perd immédiatement toute son électricité. On dit que l'électricité s'est perdue dans le sol; de là le nom de

PHENOMENES FONDAMENTAUX

réservoir commun donné au sol par les anciens électriciens. L'air appartient nécessairement à la classe des isolants, puisqu'un corps peut rester électrisé au milieu de l'air. Il en est de même de tous les gaz et de toutes les vapeurs, y compris la vapeur d'eau, bien cfu'il soit difficile de maintenir un conducteur électrisé dans l'air humide. La cause en est due à la couche d'humidité qui se dépose à la surface des corps isolants et rend cette surface conductrice. Le verre qui, à cause de sa solidité, est le corps le plus employé comme support isolant, a le défaut d'être très hygrométrique ; on y remédie en le recouvrant d'une couche de vernis à la gomme laque et en le frottant avec un linge sec et chaud. Il faut éviter de trop chauffer le verre, une élévation notable de

température augmentant sa conductibilité. Le meilleur moyen est de maintenir une partie de la tige isolante dans de l'air desséché par de l'acide sulfurique [fig. i et 2).

5. Attraction et répulsion électriques. — Un corps léger attiré jusqu'au contact par un corps électrisé s'électrise lui-même, et l'expérience montre qu'il est aussitôt repoussé.

L'expérience se fait facilement au moyen d'un petit appareil composé d'une balle de sureau suspendue à un fil isolant, de soie par exemple, et -qu'on appelle pendule électrique [fig. 3, 4, 5).

6. Deux électricités. — Soient deux pendules A et B; on répète l'expérience qui précède avec un bâton de verre électrisé sur le pendule A et avec un bâton de résine sur le pendule B.

On constate alors que le pendule A, qui a partagé l'électricité du verre et qui est re^DOUssé par le verre, est attiré par

la résine électrisée, et que le pendule B qui a partagé l'électricité de la résine et est repoussé par elle est attiré par le verre électrisé. L'état du verre est donc autre que celui de la résine; ce qu'on exprime en disant que l'électricité du

Fis. 5.

verre est d'espèce différente de celle de la résine. L'expérience montre d'ailleurs que tout autre corps électrisé se comporte ou comme le verre ou comme la résine : il attire le corps électrisé par le verre et repousse celui qui a été électrisé par la résine, ou inversement. Il y a donc deux espèces cVélectricité et il ny en a que deux. On les avait distinguées autrefois par les noms d'électricité vitrée et d'électricité résineuse; on se sert aujourd'hui des dénominations àQ positive^owv la première et négative pour la seconde.

Cette expérience conduit à la loi fondamentale suivante : deux corps chargés de même électricité se repoussent^ et deux corps chargés d'électricités contraires s'attirent.

7. Loi de Coulomb. — Balance de torsion. — Coulomb a déterminé par l'expérience la loi des attractions et répulsions électriques en mesurant, pour différentes distances, l'action qui s'exerce entre deux petites sphères électrisées.

Les deux sphères sont en moelle de sureau. L'une à est fixée à l'extrémité d'une aiguille de verre ou de gomme

PHENOMENES FONDAMENTAUX

laque siispendue horizontalement à un fil métallique très (in {fig. C))- La position d'équilibre de l'aiguille correspond ta une torsion nulle du fil; quand elle est écartée d'un angle a de la position d'équilibre, le moment du couple de torsion qui tend à l'y ramener est proportionnel à cet angle. La seconde boule a est portée par une tige de verre et placée à poste fixe dans la place même qu'occupait la boule mobile dans sa position d'équilibre ; celle-ci, un peu déplacée, se trouve alors appliquée contre la boule fixe. Le système est renfermé dans une cage de verre. Le fil métallique est soutenu à sa partie supérieure par une pièce mobile autour de son axe et qu'on appelle le micromètre de torsion; elle permet de tordre le fil par sa partie supérieure quand on fait obstacle au libre déplacement de la boule mobile. Une division collée sur la cage et dont le zéro correspond au centre de la boule fixe permet de mesurer l'angle d'écart des deux boules.

Les deux boules étant au contact, on leur communique une charge d'électricité; elles la partagent, se repoussent, et la boule mobile vient se placer à une certaine distance de la boule fixe. En tournant en sens contraire le micromètre d'un angle A, on rapproche la bouLe mobile de la boule fixe et on lui fait prendre une nouvelle position d'équilibre faisant un angle a avec la position initiale. La torsion totale du fil est la somme A+a des torsions imprimées en sens contraires

Fig. 6.

aax deux extrémités, et cette torsion, qui fait équilibre à la répulsion des deux boules, mesure évidemment cette répulsion. Si on appelle A,A',A",.-- ^es torsions supérieures qui maintiennent la boule mobile aux distances a, a', a",... on trouve entre ces distances et les torsions totales A+a, A'+a', A''+a"... la relation

(A + a) a^ = (A' + a') a'^ = (A" + a") a"^ :rr C'' ;

d'où il suit que la force répulsive qui s'exerce entre deux sphères ayant des charges données de même espèce, positives ou négatives, varie en raison inverse du carré de la distance ^ Pour les attractions, on commence, en tournant le micromètre, par changer la position d'équilibre de la boule mobile, de manière à lui faire faire un angle A avec la boule fixe. On charge les deux boules d'électricités contraires; elles s'attirent et l'écart devient a. La torsion qui fait équilibre à

I. Le calcul qui précède n'est qu'approché; eu réalité la distance des

deux boules {f/g. 7) n'est pas égale a l'arc Za, en

appelant / la distance du centre de la boule

mobile à l'axe; elle est

a d = iLsin-.

D'autre part l'action entre les deux boules est dirigée suivant la corde AB, et c'est sa composante suivant la tangente, oufcos -, qui fait

équilibre à la force de torsion A+a. Si on appelle G le moment de torsion du fil, c'est-àdire le moment du couple qui tend à ramener l'aiguille à sa position d'équilibre quand on tord le fil d'un arc égal à l'unité, on a

flcos^= G (A -La).

Eu toute rigueur, c'est le produit

fd2 = 4G/ (A+ a) si7i ^ tang ^

qui a une valeur constante. Mais ce calcul plus compliqué est inutile, la différence avec le premier tombant le plus souvent dans les limites des erreurs des expériences.

PHÉNOMÈNES FONDAMENTAUX. 7

l'attraction est alors A — a. En faisant varier A et par suite a, on trouve encore que la quantité (A — a) a^ est une constante, les charges des deux boules restant les mêmes.

Dans tous les cas, raction qui s'exerce entre les deux petites sphères électrisées est en raison inverse du carré de la distance.

8. Masses électriques. — Unité d'électricité. — Nous ne jugeons et ne pouvons juger de l'électrisation d'un corps que par les actions mécaniques qu'il est capable d'exercer. Si, dans la balance de Coulomb, la charge d'une des sphères restant invariable ainsi que la distance, on fait varier la charge de l'autre sphère de manière que l'action devienne 2, 3, 4 fois plus grande, on dit que pour cette boule la charge ou la masse électrique est devenue 2, 3, 4 fois plus grande.

Nous conviendrons de prendre comme 7j.nité de masse électrique celle que doit posséder une petite sphère pour qu'agissant sur une sphère égale, également chargée et placée à l'unité de distance, elle la repousse avec une force égale à l'unité.

L'unité de masse ainsi définie est Vunité électrostatique de quantité. Nous l'exprimerons toujours en unités G.G.S. ^

Nous emploierons par la suite, comme unité pratique de quantité, une autre unité appelée coulomb, laquelle correspond à une quantité d'électricité 3. 10^ fois plus grande ^.

L'expérience montre que si on touche une sphère électrisée par une seconde sphère identique à l'état neutre, chacune des charges, nécessairement égales, prises par les deux sphères, est la moitié de la charge primitive : l'électricité se partage

1. Dans le système C. G. S., la force égale à l'uuité ou la dyne est celle qui, agissant sur une masse d'un gramme, lui communique en une seconde une accélération d'un centimètre. Cette masse prenant dans le vide sous l'action de la pesanteur une accélération de ^ = 981 centimètres, son poids, égal à un gramme, vaut 981 unités de force.

L'unité de travail ou Verg est le travail fourni par l'unité de force quand son point d'application se déplace d'un centimètre. Un kilogrammètre vaut évidemment 981.105 ou sensiblement 10^ ergs.