INFLUENCE ÉLECTRIQUE

Nous savons que l'électricité développée par le frottemeni communique par contact; nous allons voir qu'elle peut aussi communiquée par influence.

ÉLECTHICITÉ STATIQUE

||3. Champ électrique. — On appelle champ électrique d'un Ips étectrisé ou d'un système de masses électriques, l'espace dans el s'exercent les forces électriques dues à ces masses; c'est Fes- I dans lequel un petit pendule électrique est sollicité à se mouvoir. bhamp électrique s'étend pratiquement jusqu'aux points où les électriques deviennent insensibles.

1 conducteur à l'état neutre placé dans le champ d'un système risé s'électrise par influence. Le corps électrisé est souvent blé inducteur. Le corps influencé est appelé induit.

'4. Phénomène de l'influence électrique. — D'une sphère lUique S, isolée et chargée positivement, approchons un cylindre lique AB isolé et à l'état neutre : le cylindre s'électrise sont Vin- Bce de la sphère (fig. 626).

Fig. 826. »

e cylindre porte des doubles pendules formés de balles de sureau

ndues à des fils de lin conducteurs, ces pendules divergent.

rémité A, lu plus voisine de la sphère, est électrisée négative-

oa en sens contraire de l'inducteur, car un bâton do résine

qu'on approche lentement du pendule de cette extrémité le

lisse.

k bâton de résine attire le pendule de l'extrémité B. La partie D, tus éloignée de la sphère, est donc électrisée positivement ou tne l'inducteur. La divergence des pendules est la plus grande deux extrémités A et B du cylindre; elle diminue vers le milieu, evient nulle dans ime région moyenne C (plus voisine de A que )) où les balles de sureau ne divergent pas.

E la sphère avait été chargée négativement, il aurait apparu de ictricité positive en A el de l'électricité négative en B.

COUIlS DE PHYSIQUE

Avant que le cylindre fût approché de la sphère, la dislribution sur la sphère i-tail uniforme. L'induit réayil sur l'inducteur et y déU mine un changement de distribution ; l'électriciUi positive de S, «tl rée par l'électricité négative de A, s'accumule au voisinage du cylindre.

Si on éloigne la sphère S ou si on la décharge en la touclianla» le doigt, le cylindre reprend immédiatement son étal neutre initiait ses pendules retombent. Les électricités opposées développées psr influence étaient en quantités égales puisqu'elles se sont neutralisée complètement quand l'influence a cessé [la charge totale clail nulle).

Les charges développées par influence augmentent lorsque la charge de l'inducteur augmente et que sa distance à l'induit diminue.

Lorsque, à la suite du cylindre influencé, on en place d'autres (.'gaiement isolés et à distance, ils s'éleclrisent tous par influence et dain le même sens. Leur électricité disparaît si on éloigne le corps inOaeaçant.

Quand un conducteur influencé est déjà électrisé, il subit l'influence d'un corps électrisé comme s'il était à l'état neutre : l'électricité produite par influence s'ajoute en chaque point de la surface à que possédait préalablement le conducteur influencé.

Interprétation du phénomène de l'Influence dans le langage i deux fluides. — L'électricité de la sphère S exerce une action sur l'^" particules neutres du cylindre, sépare des quantités égales d'électr*' | cité positive et négative, attire l'électricité de nom contraire &^' l'extrémité la plus voisine en A, tandis que l'électricité de môinenO^ est repoussée le plus loin possible, en B, sur l'extrémité opposée, charge sur S ne varie pas, sa distribution seule varie.

A cause de l'extrême facilité avec latua-Ue les électricités se dép cent sur un conducteur, l'équilibre s'établit en un temps extrênr^^ ment court. Quand l'équilibre s'est établi, la décomposition éleclriqj^ s'arrête; à ce moment, la résultante des actions électriques en point intérieur quelconque cal nulle.

Quand l'équilibre électrique s'est éiabli, la distribution de rcIcctricitC un Cl inducteur doit être telle quo Vaction résultants de toutes les ma^^^ électriques du champ électrique sur une mùliïcule neutre du conducteur I nulle. S'il n'en était pas ainsi, comme une molécule neutre est formc^^* masaes égales d'électricité positive et négative, la charge +m de celte n^^* cule serait sollicitée par une force + tnf, la charge — m par une force ce qui produirait une nouvelle séparation par influence.

KLKCTniCITÉ STATIQUE

I Communication du corps influencé avec le sol. — Si l'on le cylindre AB avec un autre cylindre placé en prolongement, la position par influence a lieu dans un conducteur plus étendu et rgence du pendule en A augmente. Si l'on réunit au sol un fttelconqae du cylindre pendant qu'il est soumis à l'influence, la ilion des deux fluides se produit dans un vaste conducteur comm cylindre et du sol. L'électricité positive se rend le plus loin J«, c'est-à-dire dans le sol, et le pendule de l'extrémité B tombe;

Fig. 627.

ricîté négative persiste en A où elle est maintenue par l'attrac- M'éleclricilé de la sphère, et la divergence du pendule correshl augmente [lig. 627j.

W supprime alors la communicalion du cylindre avec le sol et lloigne ensuite la sphère inthiclrice, l'électricité négative qui le seule se répand sur toute la surface du cylindre dont tous idules divergent : un l):\ton' de résine frotté les repousse. 1 ainsi chargé par influence un conducteur isolé t»ns éUbtir tact, fx\ se servant d'un corps électrisé dont on n'a pas modifié ge. L'induit a pris une électricité opposée à celle de Cinducleur. Verrons une application de cette charge par influence dans oscope.

Diélectriques. — L'influence ou l'induction électrostatique !e à travers les substances isolantes qu'on appelle pour cette diéleclriijucs. L'influence est plus grande ii travers uti diclecqu'à travers une couche d'air de même épaisseur.

Explication de l'attraction des corps légers. — Le pcmcnt d'électricité par influence donne une explication de ttioD dcH corps légers par un corps électrisé.

Corps léger fc l'état neatre. — Corps léger condaciear et ùoi Présentons un corps électrisé positivement M à la balle de sure

d'un pendule électrique à fil de soie 628) : l'électricité positive du corps M duit sur la balle une décomposition pt iluence : la face tournée vers M se cl négativement, la face opposée prend charge positive égale ; l'attraction de 1 Fie 628 • tricité négative, plus voisine du corp

est plus forte que la répulsion de l'élt cité positive; c'est donc l'attraction qui l'emporte.

Corps léger conducteur, non isolé. — Si la balle de sureau n'es isolée, mais soutenue par un fil de lin conducteur fixé à un su; métallique, l'électricité positive développée par l'influence du ï de verre s'écoule dans le sol ; l'attraction est alors notablement forte (775) que lorsque la balle est isolée.

Corps léger, mauvais conducteur. — La décomposition par infla ne se produit que lentement sur un mauvais conducteur : il y après quelque temps attraction par le corps inducteur si celoi-c suffisamment électrisé.

Corps léger électrisé. — L'étude que nous allons faire du pet électrique se rapporte à ce cas.

ÉLSCTROSCOPES

On donne le nom d'électroscopes aux appareils qui permette reconnaître si un corps est électrisé, et de quelle électricité ; chargé.

778. Pendule électrique. — Le pendule électrique est un troscope. Quand un pendule à l'état neutre est attiré par un cori est certain que ce corps est électrisé. L'attraction est plus vive si le pendule n'est pas isolé.

Un pendule isolé, préalablement chargé d'une électricité ce (par contact avec un bâton de verre ou un bâton de résine), perm reconnaître la nature de l'électricité d'un corps électrisé qu'*

ÉLECmiClTÉ STATIQUE

ti23

approche, d'après l'attraction ou la répulsion. Toutefois cette question K'clame un examen attentif.

Corp ilecln'sà chargé de lu même èlectricilé que le pendule. — En Itpprochant lentement le corps électrisé, il y a répulsion; mais si l'on

continue à approcher le corps électrisé, à une petite distance, une Idécomposition de fluide neutre charge par influence la balle mobile

l'électricité contraire sur la face en regard, ce qui donne lieu à une fittraction. Il y a donc répulsion suivie d'attraction, l'attraction I peut t'tre seule remarquée si le corjis électrisé a été trop vivement

Rpp roche.

Corps éleclrité et pendule chargés d'électricités contraires. — 11 y I attraction, et l'attraction persiste même à une petite distance, car la ^-nouvelle décomposition produite par inlluence charge encore d'électricité contraire la face en regard de la balle mobile.

Pli

Pendule électrisé et corps neutre. — Le pendule est attiré, quel que soit le signe de son électrisation, car c'est ici le pendule qui agit par "fluence sur le corps neutre et léveloppe sur les parties voisines du corps approché do l'é- '*ctricité contraire îi la sienne.

Conclusion pratique. — Une

attraction du pendule ne fixe

i*®® Sur l'électrisalion du corps

^proche; seule, une répulsion

^actérise une électricité de

-*>4e signe que celle du pen-

'®- Afin d'obtenir cette indi-

'■•on, on chargera, si cela est

-Gssaire, successivement le

**<iulc positivement et négati-

'^^ent.

. "^^TB. Électroscope à, ailles d'or. — L'électroscopo ^'^willes d'or (fig. 629) se com- ! d'une tige droite de laiton '>i)inée en haut par un bouton "*érique B, et en bas par une

Fig. liva.

lame métallique contre laquelle s'appliquent deux feuilles d'or bat. tu /verticales et très légères.

I.a lige de laiton est maintenue par un bouchon s de soufre oa de paraffine dans la tubulure supérieure d'une boîie cylindrique de mél-al. Cette boîte est portée par un pied conducteur et fermée en avant et en arrière par des glaces planes. Deux tiges horizontales a lermiaées par des boules el glissant à frottement dans les parois de la boîte cylindrique peuvent être rapprochées plus ou moins des feuilles d'or et décharger les feuilles si l'écart est trop grand.

I.'éleclroscope à feuilles d'or est beaucoup plus sensible que le peu dule et que le double pendule.

Action d'un corps électrisé sur un électroscope. — La divergence des feuilles d'un électroscope, à l'approche d'un corps, indique cpi« ce corps est électrisé. Supposons, en effel, qu'on approche un b^toa de verre frotté V : la boule de Télectroscope s'électriso par influe ne*, l'électricité négative est attirée, tandis que l'éleclricilé positive esl chassée dans les feuilles qui sont repoussées par la bande de laiton verticale. Si les feuilles divergent très fortement, elles touchent l** tiges de décharge, ce qui les fait communiquer avec le sol et empAcb'' qu'elles ne viennent se coller sur les parois de l'électroscopc. D'auti» pari, les tiges de décharge contribuent à augmenter la sensibilité ^" l'i'leclroscopf, en subissant riniliience des feuilles et en se charg-eant d'électricité contraire qui augmente la divergence par l'attraction qu'elle exerce.

780. Usage de l'ëlectroscope pour reconnaître le si^e de Tél^ctricitë d'un corps. — On commence par charger l'ëlectroscope d'une électricité connue.

Charge de l'éleclroscope. — On pourrait le charger par cont^'^' avec un corps électrisé. Habituellement, pour éviter de déchirer i®* feuilles par une charge trop forte, on procède par influence.

Suppiisons qu'on veuille le charger /)o.îi'/«renien<. On approche " bouton de l'électroscopc un bâton de résine frotté : les feuilles (J *' divergent, chargées négativement. On touche le boulon avec ledo*^ pendant l'influence : les feuilles tombent, car leur charge négative '*^ refouli-e dans le sol (775). L'électricité positive reste maintenue su*^ boulon par raltraction du bâton de résine. On éloigne d'ubort^ doigl, puis le bâton de résine : l'électricité positive du boulon se rép^»-^ sur tout l'appareil el fait diverger les feuilles.

ÉLECTRICITÉ STATIQUE G'25

mrait chargé réleclroscopcd'élcctricilé négative en approchant on de verre frotté et en touchant le bouton avec le doigt pendant mce.

M élecirisé chargé de lai même électricité que téleclroacope /emenl). — On approche lenlenjent le corps électriso : la diverdes feuilles augmente. En continuant à approcher le corps, avelle décomposition par influence de l'électricité neutre du :lear de l'électroscope a lieu : l'électricité positive séparée est sée dans les feuilles, sajoule à l'électricité positive qui y est l augmente la divergence.

is élecirisé et éleclroscope chargés d'électricités contraires négatif et électroscopo positif). — On approche lentement le ilectrisé : la divergence des feuilles diminue, car l'éleclricité K;troscope est attirée par l'électricilé contraire du corps. En lant à approcher le corps, une nouvelle décomposition par ce a lieu sur le bouton et les feuilles; l'électricité négative

9 est refoulée dans les feuilles où elle neutralise l'électricité e qui les chargeait, les feuilles se rapprochent et se touchent. irochant davantage le corps, l'électricité négative séparée surélectricité positive de charge, les feuilles s'écartent de nouveau, îlte fois par une charge négative. 11 y a donc eu rapprochement

10 contact, puis divergence. Le rapprochement peut passer ;u si le corps électrisé est présenté trop vivement à l'électros-

■9 neutre et électroscope chargé. — Quel que soit le signe de ge de l'électroscope, les feuilles se rapprochent quand on pré- Q bouton la main ou un corps neutre. En eiïet, l'électricité de oscope agit par intluence sur le conducteur neutre, y développe Ctricité de nom contraire qui réagit sur l'électricité de l'éiec- >e et l'attire sur le bouton.

nirton pratique. — La détermination du signe de l'électricité inducteur électrisé résulte sans ambiguité de la constatation pprochemenl suivi d'une divergence, mais on ne l'observe qu'en hant de loin et lentement le corps électrisé de l'électroscope. abtenir cette indication, on chargera, si cela est nécessaire, aTement l'électroscope positivement et négativement.

781. Graduation d'un èlectroscope. — Un élcctriMtcopo C8t gnitt si l'on a drcasé un tableau (ou truoé une courhc) faisant cnnnailre le* etiargn

correspondant aux différents angle* d'ktrl

/~^\,,- ^ A la hauteur de la partie inférieure de U

"^^tav. '.^^ feuille, V\mo des deux «lacos porallelra ai

^^BSJ ■ luunic d'iu>e division sur Ia<|uelle les (titilla

^^B mobiles se projettent par leur tnncheC.

Pour la •graduation, on met l'éler.irowoi» en communication par un lonur fil mélalliqac avec un conducteur creux de petite tiuvcrtarc dans lequel on introduit une sphère i9cil<« chargée. Cette sphère est descendue jiuqu'au contact, elle cède sa charge qui m répand sur la surface extérieure du ooiiJuclcor et sur l'électroscope (765). On noie I'Ocmi de la feuille d'or. La sphère est retirée; «prt» lui avoir rendu la inèrae charge qnc yttddccnmcnt, on l'introduit de nouveau dwi I» conducteur creux jusqu'au contact, la charge de l'électroscope devient double; on note le nouvel angle d'écart. En continuant, on rend la charge de l'électroscope triple, quadruple. etc.

On peut encore faire usage d'tin ilerii'''S" cope dont la houle est creuse et inlrudi)"* dans la cavité a plusieurs reprises une boule isolée h ayant une charge constante et dont un établit le contact avec la surface interne de la sphère creuse (fig. 630|.

L'écart des feuilles, tant qu'il est petit, est sensiblement proportionnel » la charge de l'électroscope.

Kig. 630.

mFLUEMCB A L'INTÉRIEUH D'UN CONDUCTBUH FERMÉ

782. Théorème de Faraday. — La masse électrique iWt^^ sur (les conducteurs qui entourent complètement un corps êleclrisé **' ègnle k la masse inductrice et de signe contraire.

Démonstration expérimentale. — Un cylindre métallique C, is*^'*' haut et étroit, ouvert à la partie supérieure, est relié extérieuren» *"' par un fil métalliqne au bouton d'un èlectroscope E (fig. 631). introduit dans le cylindre une boule A, isolée par un fil de soi

!le 1

On el

(1) Pour plus do prijciiion, on peut vîier l'une des feuille» d'or avec on niem^'^'^ dont l'oculaire renferme une division parcourue par l'ioage de la feuille.

ÊLECTUICITÉ STATIQUE

l'ig. ijJl.

(risée positivement : les feuilles de l'électroscope divergent et la di-

ence augmente à mesure que la boule descend. Le cylindre s'est rgt- par influence : la charge îtive de la surface extérieure ^iiiidre C et de l'électroscope

égale à la charge négative la surface intérieure du cyre, car, si on enlève la boule,

> éleclrisation du système in-

diaparatt, par neutralisation charges contraires.

son ouverture est étroite, le iire peut être considéré me entourant complètement >nle lorsque celle-ci est sutïi- Inent descendue, et, à partir B moment, la divergence des ^^ les de l'électroscope ne croît

d'une façon appréciable.

b continue à faire descendre la boule, et, avant qu'elle ait gagné le

du cylindre, on touche un instant l'électroscope avec le doigt : etricité positive du système induit s'écoule dans le sol et les les tombent. Le cylindre est encore chargé, car si à ce moment étire la boule, l'électroscope se montre négatif; en faisant rentrer Bule, les feuilles d'or retombent. Si l'on éla/jltt alors le cont.tcl de «u/f et du cylindre, il n'y a aucune divergence des feuille» de tlroscope. On constate en outre que la boule, retirée du cylindre, I plus électrisée, car elle n'agit plus sur un pendule électrique. 'j a plus d'électricité sur le cylindre ; sinon, elle se porterait sur irface externe du système et chargerait l'électroscope. ilectricilé positive de la houle et l'éleclricilé négative qu'elle avait ile sur les parois intérieures du cylindre ont disparu : elles se sont i exactement neutralisées, elles étaient égale». land un conducteur est placé en présence d'un corps électrisé,

ne l'entoure pas, la charge induite sur le conducteur est inféà la charge inductrice, car c'est la charge induite sur loua les Incteurs enveloppant l'inducteur qui est égale à la charge indue-

lie d'expériences est assimilable au conducteur creux C de érience do Faraday. Un conducteur quelconque, électrisé et isolé,

COimS DE PnVSIQUE

placé dans la salle, se comporte comme la sphère A et inaiutiont i l'ensemble des conducteurs qui l'entourent une charge é^e et traire à la sienne.

783. Une enveloppe conductrice entourant des masses électrisées supprime leur action à l'extérieur. — Recoin çons l'expérience précédente en descendant la boule éleclrisée Ad le cylindre, mais sans toucher celte fois l'électroscope. LesleuiUesdo Télectroscope divergent par une charge positive, et celle divergi ne varie pas au moment du contact de la boule et du cylindre''^ distribuliun de l'électricité positive sur le cylindre et réieclroscope ne dépend donc pas des masses intérieures (charge positive de li boule et charge négative induite sur la surface intérieure dii cylindre, puisque la divergence reste la même après le contact, c'esl-à' après que ces masses ont disparu. Les masses intérieures n'ont di pas d'action à l'extérieur, en d'autres termes, l'électricité dévclop| par influence sur la surface intérieure de la cavité neutralise à l'e: rieur l'éieclricilé enveloppée.

L'expâricDce peut être variée : pendant que la Loulc descend dana^^ cylindre, on peut donner à l'tWeolroscope une charge nouvelle en le loud avec un corps électrisé; la divergence esl alors due à la superposition ( nouvelle charge et de la charge positive due ii l'influence, et, conuneJ masses intérieures n'agissent pas, la divergence ue varie pas au momea contact de la boule et du cvlindre.

784. Une enveloppe conductrice entourant des mas»^ électrisées les protège contre les actions extérieures.

Si l'on recouvre un électroscope d'une cage métallique C, les feuij ne divergent pas quand on approche un corps électrisé R, mêmfll fortement électrisé, et si l'électroscope a été préalablement oh.'irgl divergence ne varie pas. L'électricité développée par influence sil surface même du conducteur neutralise donc pour un point intérie^ l'électricité des corps électrisés extérieurs. La divergence de Vi troscope ne varie pas môme quand on vient à charger directeme cage (766).

H n'est pas nécessaire que l'enveloppe conductrice soit absolûmes)

s™ térie^

(t) La dix ergcnce positive actuelle est égale û la divergence nt^gative qu'on chargeant ndgattvoDiuDt par influouce avec la mênie boule putitivc, voiùne du foi cylindrt, le lyatinie du cylindre et iv l'iîlectroscopc.

ÉLECTHICITÉ STATIQUE

, continue pour remplir son rôle d écran électrique. Une cage en loîle mclalliqne sudil (fig. (;32).

Une plaque métallique P communiqaa.nt avec le sol, interposée entre «n corps électrisé S et un corps conducteur C, rend à peu près nuls les phénomènes d'influence produits parle corps S surleconduct«ar (fig. 633). C'est une des conséquences de l'expérience précédente; voici, d'ailleurs, comment on s'en rend compte directement. Par suite de l'influence exercée par le corps S, la plaque reliée au sol se charge «l'ëlcctricité contraire à celle de S ; sa charge est inférieure à celle de

S, mais en raison de sa moindre distance, elle exerce sensiblement la mf'me action sur le cylindre.

Hg. «32.

Fig. «33.

Une plaque métallique isolée n'exerce pas d'effet appréciable ; l'influence de S la charge, en effet, d'électricités opposées sur les deux 'aces; ces charges égales et contraires, à la même distance du cylindre, «lercent des actions qui s'annulent si la plaque est mince.

"^^5. Résumé. — Soit un corps A, électrisé positivement, placé "^'is un conducteur creux fermé et isolé B. Désignons par M la ^^-fge de A ; la charge de la surface in- **^o de B sera — M, et la charge de la surexterne sera -j- M. La distribution de

«l à la surface interne de B varie avei la

Pf.

Position de A, la distribution de -f- M sur

^ Varie en même temps. Quant à la distri-

l.*>^Hion de -{- M à la surface externe, elle

*' ia même que si les charges intérieures

"'existaient pas (fig. 634).

Fig. OU.

630 COUBS DE PHYSIQUE

Une charge extérieure agît sur la surface externe de R, mais n'agit pas à l'intérieur.

Il y a donc un champ électrique intérieur et un champ éledritfvt extérieur complètement indépendants. Ces deux champs électriques sont séparés par la matière du conducteur creux.

786. Applications du théorème de Faraday. — Par suite de l'influence exercée par un corps électrisé introduit dans le cylindre de F'araday, la charge extérieure est égale à la charge du corps l'iectrisé et de même signe. Si le corps introduit comprend deux charges égales et contraires, la charge extérieure du cylindre et aussi celle de l'éleclroscope sera nulle.

Voici, d'après cela, comment on constate que les quantités d'électricité di'veloppées par le frottement de deux corps sont égales et contraires.

Dans un cylindre de Faraday dont les parois latérales sont formées d'une toile métallique à mailles serrées, on introduit un bâton de verre non électrisé et un morceau de cuir enduit d'amalgame de zinc porté par un manche isolant ; on frotte le verre contre le cuir sans loucher les parois du cylindre, l'électroscope n'accuse aucune déviation tant que les deux corps sont maintenus en même temps dans le cylindre î on observe des divergences égales et contraires en les retirant tour à tour.

787. Action extérieure d'une couche sphériqne uniforme. — Soit une sphère conductrice S de raj( m it, et une cnveloppo sptiérique c:)DrC»>* trique de rayon R' également conductrice. Supposons la sphc-re S OlecU'i***

positivement : sa cliarge + M dtivcloppe sur la surf*<* Interne de la seconde sphère une charge ncgalivc iS — M (lig. 635) ; toute charge externe étant sans *"' fluence sur le système des deux charges + M et — ^' ces électricités sont, par raison de symétrie, unifor****' ment distribuées sur les deux surfaces sphcriq»-**** Cuinme ces deux charges se neutralisent sur un point ex- . térieur (783), si le rayon de la sphère intérieure dim« '^"^

indëLiuiment , la charge — M exerce la même aof'"' qu'une charge — M placée au centre; cela prouve qu'une couche spher»*]""" uniformément distrihuée agit sur un point extérieur de la même manière *^1"^ si elle était concentrée en son centre.

ÉLECTHICITR STATIQUE