DITS SEMI-CONDUCTEURS

OU DIÉLECTRIQUES.

Arpent.

Charbon de bois et cok<'.

Laine.

Cuivre.

Acides.

Soie.

Or.

l)issolutioD3 salineii.

Verre (»).

Ziuc.

Eau de mer.

Cir<» à cacïieter.

Pl.'itiiie.

.\ir raréfié iM.

Soufre.

For.

(ilacc fondante.

ilésiue.

Etain.

Kau pure.

(iutta-percïia.

Plomb.

Pierre.

Caoutchouc.

Mercure.

(ilaee non fondante.

(ionnnc laque.

liois sec.

ParalBne.

Porcelaine.

Khonite.

Papier sec.

Air sec.

M) La place de Tair rarrPiû d

tn8 culte liste di^peiid ilu dogiv

Je rarérartinn.

(*) Certaiues >arietés di? verre

bicu sec is^oleut mieux que la j

:ulta-percha.

La conductibilité électrique coïncide, en général, avec la conductibilité pour la chaleur. L'état moléculaire modifie la conductibilité. Le verre pulvérisé et le soufre conduisent mieux qu*à Tétat ordinaire, le diamant est isolant, la plombagine conduit assez bien. La cire conduit à Tétat liquide, mais non à Tétat solide. La glace est isolante, Teau conduit beaucoup mieux. Le verre conduit lorsqu'il est hygrométrique ou recouvert de vapeur d*eau, de là Tobligalion de sécher les pieds des appareils. La chaleur rend les corps isolants conducteurs et di-

NOTIONS GÉNÉRALES D^ÉLECTROSTATIQUC. 61»

miniie au contraire la conductibilité des métaux. Le verre brûlant, le soufre brûlant, Tair chaud conduisent mieux qu'à la température ordinaire. Nous reviendrons sur celte question à propos de la conductibilité pour les courants.

94. Sources d'ôlectrisation autres que le frottement. — L'électricité à l'état statique s'est appelée longtemps à tort électricité de frottement.

Le frottement est, à la vérité, le moyen le plus employé pour développer des charges électriques, mais il est loin d'être le seul. La percussion, la compression, la chaleur, raction chimique, les actions physiologiques, le contact, sont autant de sources d'électrisation. Le frottement produit toujours deux sortes d'électrisation, quelles que soient les substances frottées.

Les moindres différences d'état moléculaire ou de température changent la répartition. Il n'y a aucune équivalence entre le travail mécanique dépensé dans le frottement et la quantité d'électrisation produite. Le frottement n'est donc pas la vraie cause de Télectrisation qui est probablement le contact de substances dissemblables j contact que le frottement favorise ; il faut ensuite séparer les parties qui ont pris des états électriques différents pour pouvoir observer ces états différents, et le travail dépensé pour effectuer cette séparation représente l'énergie mise enjeu dans l'élcctrisation des corps.

Dans cet ordre d'idées, une machine électrique à frottement serait un appareil amenant au contact intime des substances dissemblables et séparant ensuite les parties qui se sont électrisées par leur contact mutuel.

95. Électroscopes. — Tout appareil permettant de reconnaître l'état d'électrisation d'un corps chargé est un électroscope. Le pendule magnétique, les brins de papier attirés par un corps électrisé constituent les formès'les plus simples, sinon les plus sensibles de l'électroscope.

L# premier électroscope très sensible est dû à Gilbert. Cet appareil se composait d'une paille reposant par son centre de gravité sur une pointe aiguë. Tout corps léger mobile sur une pointe constitue d'ailleurs un électroscope.

\! électroscope à feuilles dor est dû à Bennet (fig. 23). 11 se compose de deux feuilles d'or très légëresaet 6 suspendues à une

HospiTAUEn. — Énergie électrique. I. — 5

tige métallique à Tintérieur d'un bocal qui sert aies isoler et à

les protéger de la poussière. La moindre électrisatîon commu-

, niquée aux feuilles d'or les fait diverger,

et Téleclrisation communiquée aux feuilles d*or se conserve très longtemps si Ton a soin de maintenir l'intérieur du bocal parfaitement sec.

Véleclroscope de Henley (1772) est constitué par une balle en moelle de su- j reau portée par une tige con^clrice riî&bilc sur un cadran d'ivoire. C'est un appareil peu sensible employé pour mettre en évidence dos électrisations intenses.

96. Lois des actions des charges électrostatiques. Lois de Coulomb.

— Des corps ùleclrisés exercent entre eux dos attractions et des répulsions (87). Coulomb a déterminé û Tuidede sa balance les lois de ces actions, et il les a ainsi formulées :

La répulsion exercée etitre deux corps dotU les charges son i de tnême signe varie en raison i?iverse du carré de leur distance.

A distance égale ^ la force exercée entre deux corps chargés est

égale au produit des charges que chacun de ces corps possède.

Les lois de Coulomb se résument dans la formule suivante :

soit /'la force exercée entre deux charges // et // placées à une

certaine dislance J,

Kig. 23. — Èloctroscop< à fouilles d'or.

/:' étant une constante dépendant du milieu dans lequel s'exercent ces actions.

L'hypothèse fondamentale servant do l)ase au sgstème électrostatique consi.ste à faire // — i . Nous avons vu que le système matjnéfique (58) est basé sur une hypothèse analogue. •

Nous examinerons un peu plus tard les conséquences de ces hypothèses au point de vue des dimensions des quantités physiques do môme nature définies dans des systèmes différents, et dos relations entre les grandeurs des unités qui servent aies mesurer dans chacun des systèmes.

NOTIONS GÉNÉRALES D'ÉLECTROSTATIQUE, 67

97. Système électrostatique C.G.S. — Dans ce système, la formule de Coulomb simplifiée par Thypothèse k = i devient :

La forcey est répulsive ou attractive^ suivant que les charges q et if sont de même signe ou de signes contraires.

La formule donne toujours le signe de la force répulsive, une force répulsive négative correspondant à une attraction.

C'est est partant de la loi de Coulomb que s'établissent, par définitions successives, les relations entre les différentes quantités électrostatiques ainsi que les unités C.G.S. correspondantes.

98. Quantité d'électricité. — Deux charges q et (f placées à une distance d exercent entre elles une force donnée par la loi de Coulomb

"d'- En faisant ^ = <7', on en tire : Fr/^=y*,

Les dimensions de la quantité d'électricité dans le système électrostatique sont:

L'unité électrostatique C.G.S. de quantité est la quantité qui repousse une quantité égale placée à une distance de I centimètre avec une force égale à i dyne. Cette unité n'a pas reçu de nom spécial.

99. Répartition des charges électriques. — La charge électrique produite par le frottement sur un corps isolant ne se répartit que très lentement à sa surface et reste localisée au point où elle a été développée.

Si le corps électrisé est conducteur, la charge se répand presque instantanément sur toute sa surface, mais, en général, d'une façon irrégulière et que nous préciserons un pou plus loin.

Conducteur ou isolant, la charge réside entièremerU à la surface du conducteur.

On le démontre expérimentalement en construisant des con- ^ ducteurs de même forme, pleins ou creux, en bois recouvert ;. de feuilles d'étain ou de clinquant, etc., et en montrant que la ', charge ne dépend que des formes et des dimensions des conducteurs.

Plan d'épretive, — Le plan d'épreuve est un petit appareil destiné à montrer l'existence des charges électriques et à étudier leur distribution, leur signe, etc. Il se compose d'un petit disque de papier doré ou d'une petite sphère métallique, montée sur un long manche isolant. On met le plan d'épreuve en contact avec le corps électrisé dont il prend une petite partie de la charge, et on le transporte ensuite près d*un électroscope pour étudier la charge ainsi puisée sur le corps électrisé.

100. Sphère creuse. Sphères de Biot. Filet et cage de Faraday. — Si on électrisé une sphère creuse (fig. 24), isolée sur un manche de verre, on constate avec le plan d'épreuve qu'il n*y a aucune charge intérieure.

Fig. 24. — sphère creuse. Kig. 2â. — Sphère de Biot.

Les sphères de Biot (fig. 25), le filet à papillons (fig. 26) de Faraday, sont des appareils classiques de démonstration de l'absence de charge intérieure. Le fait que la charge est nulle à l'intérieur d'un conducteur fermé a été utilisé par Faraday à la construction î!C écrans électriques destinés à protéger ii des appareils de mesure électrostatique très délicats de toute influence extérieure. Ce fait est aussi une conséquence néces-

NOTIONS GÉNÉRALES D'ÉLECTROSTATIQUE.

Cd

saire de la loi de Coulomb (96), et sert même de démonstration à Texaclitude de cette loi (').

Fig. 30. — Filet à papillons de Faraday.

101. Densité électrique (c). — Lorsqu'une quantité d'électricité Q est distribuée d'une manière uniforme sur une surface

S, le rapport ^ est la densité électrique de la charge.

Les dimensions de la densité électrique sontL~â M^T'V li'unité électrostatique C.G.S. de densité électrique est la densité d'une charge égale à i unité électrostatique C.O.S. de quantité distribuée uniformément sur une surface de i centimètre carré. Lorsque la charge n*est pas uniformément répartie, la densité en chaque point est la limite du rapport «^

lorsque S tend vers zéro autour du point considéré.

102. Distribution de la cliarge à la surface d'un conducteur. — L'expérience démontre que la chàvfn: ne «te distribue pas uniformément à la surface d'un coqis chargé : elle est plus grande aux extrémités, aux angles et aux pointes. La distribution d'une charge sur un conduct^^ur ttni tumima lorsqu'on connaît la densité éh^ctrique en cha/jue point ^101).

Exemple: Sur une $phère i<Kilée, la distribution tt%i urij' forme. Sur un cylindre à hout$ arron^Ii$, la densité est la plus

(>) Introduction à félude de l^te^ttif:iU %tritiffWi, p^f MM K. H^kIiï H R. BlondloU p. 18.

grande aux points où la courbure est la plus petite, c'est-à-dire aux extrémités. Avec deux sphères en contact, la densité est la plus grande aux points les plus éloignés du point de contact. Pouvoir des pointes. — Lorsqu'un corps présente une pointe^ c'est-à-dire une surface de très faible rayon de courbure, la densité y est très grande. La pression électrostatique (108) peut alors devenir suffisante pour que la charge pénètre dans Tair et décharge le conducteur sous forme d'aigrette ou d'étincelle. Le pouvoir des pointes a été découvert par Franklin en 1747,

103. Redistribution des charges. — Lorsqu*on enlève à un corps chargé une partie de sa charge, en le mettant, par exemple, en communication avec un autre corps non chargé, la charge restante se répartit, après la séparation, comme elle Tétait avant le partage, la densité en chaque point se trouve diminuée dans le rapport de la charge restante à la charge initiale.

Dans le cas où les deux corps chargés ont même forme et mêmes dimensions, et où Tun d'eux seulement est chargé, ils se partagent également la charge, par raison de symétrie, la densité en chaque point sur le corps chargé devient, après la répartition, égale à la moitié de ce qu'elle était primitivement. Si les deux corps sont inégalemonl chargés, ils partagent leurs charges pour les égaliser, et possèdent chacun, après la répartition, une charge égale à la moitié de la somme algébrique des charges. Dans le cas où les charges sont égales et de signes contraires, la charge finale est nulle.

104. Champ électrique. — L'espace qui entoure un corps chargé ou un certain nombre de corps chargés s'appelle le champ électrii/ue. Il est caractérisé par la présence de lignes d'induction électrif/ne, analogues aux lignes de force magnétiques (61) qui représentent la trajectoire que suivrait une charge positive libre de se mouvoir dans le champ électrique.

Les lignes d'induction électrique d'une sphère chargée sont (les rayons indéiiniment prolongés à la condition qu'il ne se produise pas à distance des phénomènes d'induction ou d'iniluence (116).

Lorsque les lignes de force d'un champ électrique sont parallèles et équidistantes, le champ est dit uniforme.

NOTIONS GÉNÉRALES D'ÉLECTROSTATIQUE. 71

105. Intensité du champ électrique ou force électrique. — Une charge placée dans un champ électrique est soumise à une force dirigée suivant les lignes d'induction électrique, et proportionnelle à l'intensité du champ et à la charge. La force électrique en un point du champ est donc le rapport de la force exercée sur une charge placée dans le champ à cette charge elle-même.

L'expression force électrique nous semble peu appropriée, car la quantité physique dont il s'agit n'est pas une force, mais le rapport d'une force à une quantité d'électricité, aussi préférons- nous l'expression intensité de champ électrique.

Les dimensions de l'intensité de champ électrique sont :