CHAPITRE III

DE 1/ÉLECTRlClTÉ STATIQIE

S l''. Phénomènes généraux,

876. Lorsqu*on Trotte un morceau de verre , de soufre, de résine , on bâton de cire d*£spagne y avec une étoffe de laine , on remaniiie que ces corps acquièrent la propriété d'attirer les corps légers, tels que des barbes de plume, de petits fragments de papier, des feuilles d'or, etc. La cause de ce phénomène a été désignée sous le nom û' électricité, du nom grec de l'ambre (x>.ixTpcv), mbslance dans laquelle on Ta reconnue pour la première fois.

Tbalès (600 ans avant J.-C.) paratt être le premier philosophe qoi ait fait connaître cette propriété de Tamhre jaune. Avant le XTi* siècle on ne connaissait point d'autres phénomènes électriques; mais, depuis, cette partie de la physique, étudiée par un grand nombre de physiciens , s'est enrichie d'une foule de découvertes. Vûntenant Téleclricité forme une des branches les plus étendues H les plus curieuses de la physique.

877. Les attractions dont nous venons de parler peuvent se Bianifesler à des distances considérables, et ne sont point détruites parVinlerposition des corps, de quelque nature qu'ils soient ; c'est ce que Ton peut constater en plaçant des lames de différentes substaoces entre les corps électrisés et les corps légers. Ces attractions lieTiennent bien plus énergiques , et se manifestent à une bien plus grande distance , quand on emploie des corps d'une grande surface qu'on frotte très-vivement. On se sert alors de différents appareils

68 ÉLECTRICITÉ STATIQDB.

boules de sureaa et des boules é^'ales des difTérenls métaux , pleines ou creuses, avec des disques de fer el de papier. Ainsi les corps bons conducteurs n'agissent point sur réiectricité par une afRuité chimiitue ; il semble que ces corps sont des vases dans lesquels l'électricité se distribue suivant ses propres lois. Nous devons dire cependant que , si la quantité d*électncité partagée élait très-faible , on trouverait une différence très-sensible entre les parties qui se répandraient dans les deux corps en contact ; ce fait a été démontré par des expériences récentes de Peltier. Il résulte de laque la conductibilité 9 comme nous le verrons plus tard^ n*a rien d'absolu; elle dépend pour chaque corps de la tension de Téle^tricité. Lorsque cette force est très-grande, relativement à la résistance du corps au mouvement de réiectricité, tous les corps doivent sensiblement se comporter de la même manière ; mais, dans le eus contraire, il ne peut plus en être de même.

880. Tous les corps sont électriques par le frottement. Les corps que nous avons indiqués comme étant électriques par le frottement, sans être isolés, sont tous mauvais conducteurs, et c*est par celte raison qu'ils conservent le pouvoir électrique. Mais on conçoit que, si un corps conducteur était aussi électrique par le frottement, on ne pourrait pas reconnaître cette propriété en tenant ce corps à la main : car, s'il s'électrisait, l'électricité s'écoulerait à mesure dans le réservoir commun par la main et le corps, qui sont aussi de bons conducteurs; il faudrait nécessairement le tenir avec des gants de soie, ou à l'extrémité d'une tige de verre ou de résine. En opérant ainsi on a reconnu que tous les corps s'électrisaient par le frottement. On peut constater le développement de réiectricité par le frottement des corps solides, au moyen de deux plaques différentes, soutenues par des manches de verre; cependant, lorsque les corps frottés sont tous deux métalliques, il faut employer des appareils d'une plus grande sensibilité pour reconnaître la présence de réiectricité dans chacun d'eux. On constate le développement de réiectricité par le frottement des liquides contre les corps solides, en agitant du mercure dans un vase de verre; le vase se trouve électrisé : par exemple, en faisant monter rapidement le mercure dans la chambre d'un baromètre, le tube devient lumineux dans Tobscurité. On peut reconnaître l'influence du frottement des corps gazeux contre les corps solides en dirigeant le vent d'un soufflet contre une vitre : cette dernière devient électrique. Quant i l'effet du frottement des liquides et des gaz entre eux, on n'a fait

LOI DES ATTRACnOIlS ET RÉPULSIONS. 89

iQCQne expérienee; mais il est 1res- probable qa'ils doivent aussi s électriser : ainsi nous admettrons que tous les corps isolés par des eorps non conducteurs 8*électrlsenl par le frottement.

88 1 • Ltê éleciricitéi q%n n développeni dans deux corpi isolét froUû Vun contre Vautre êont de nature différente dans chacun d'eux» Les corps chargés n^ électricité de même nature se repoussent j et eciur fui êonî chargés ttélectricité de nature différente s'attirent. Lorsque deux corps isolés ont été frottés Ton contre Tautre, si OD les approche séparément du petit pendule ÂB (flg. 506) , on de raîguille horizontale (Bg. 508) , chacun attire les balles de soreau. Mais si on touche la boule du pendule avec un des corps , de manière qu*elle partage son électricité , elle sera repoussée par ce corps et attirée par l'autre. On peut faire cette expérience au moyen de deux petits pendules (fig. 510) , dont les supports AB et CD sont non conducteurs, et dont les boules de sureau a et 6 sont suspendues à des ûls conducteurs communiquant à deux tiges métalliques f terminées par des boutons m et n .* si Ton met le même oor^ électrisé en contact avec les boutons m et n, les balles a et 6 se repoussent, et si on met un des corps frottés en contact avec le booloo m et l*autre avec le bouton n, les deux balles abattirent. On constate eneure la répulsion qui existe entre deux corps éleo* Irisés de la même manière, au moyen du pendule double (flg. 5H) ^ dont les boules sont suspendues par un corps conducteur : en tou-^ chant avec un corps électrisé le bouton m, les deux balles entre lesquelles se partage rélcctricité reçue se repoussent (fig. 512). Cette répulsion se manifeste en approchant seulement le corps ëleclrisé de m ou des balles de sureau , parce que les balles sont alors électrisées par une influence à distance, dont il sera bientôt qnestion.

889. Les électricités mises en liberté sur les deux corps frottés «ml en proportions telles qu*elles peuvent se neutraliser complètement; on peut facilement vérifier ce fait au moyen de deux disques isolés et frottés (flg. sis) : si on les approche à la même dislance, et dans deux directions opposées, d'un petit pendule, il reste en équilibre entre eux ; et si on les met en contact, tout signe délcctricité disparaît.

885. Ces deux espèces d'électricité qui se développent dans les corps sont fournies par le verre et la résine frottés avec des étoffes de laine : c'est pourquoi Tune a été désignée sous le nom d'éleclrieîlé «tirée, cl l'antre à^éleetricité résineuse. Mais comme le verre ne

prend pas toujours la mèoie espèce d*électricité, même quand il est frotte avec le même corps , nous emploierons de préférence les désignations û'éleetrieUé po^itivt et û*élfcirieilé négative, attendu que ces deux espèces d*électricité jouissent de propriétés opposées, comme les expériences précédentes le démontrent.

On fait ordinairement une expérience assez cuneose, fondée sur la double électrisalion produite par le frottement. Deux personnes montent chacune sur un tabouret ù pieds de verre ; une d'elles frotte les habits de l'autre avec une peau de chat : après une légère friction, toutes deux sont électrisées, la première positivement, la seconde négativement, et toutes deux donnent des étincelles , lorsqu'on r*! approche le doigt à une petite distance.

884. I/espèce d'électricité que prend un corps par le frottement avec un autre dépend de la nature des deux corps, de la température, de l'état des surfaces, jamais de la vitesse ou de la pression, à moins que dans les variations de vitesse ou de pression il n j ait beaucoup de chaleur dégagée. Le frottenient de glissement produit aussi le même eiïet que le frottement de roulement, pourvu qu'il n'existe pas d'adhérence entre les deux corps. Nous reviendrons plus tard sur rinfluence de ces différentes circonstances, en parlant des causes du développement de l'éleclricilé.

88 iS. Lf8 allractions et les répulsions éleclrhjues suivent la lotie la raison inverse du carré des distances. C'est a Coulomb que l'on doit la découverte de cette loi importante. L'ingénieux appareil qu'il a employé est fondé sur un principe que nous avons déjà fait connaître [123] , mais que nous devons rappeler. Si un fil métallique AB (fig. 514,, suspendu par une de ses extrémités, supporte par Kaalre un levier horizontal (M), en faisant tourner le levier dans son plan, le fil se tordra, et le levier, abandonne à lui-même, reviendra, en vertu de l'élasticité du fil , a sa position initiale autour de laquelle il oscillera pendant un certain temps et à laquelle il finira par s 8^ rèter. Coulomb a reconnu, par des expériences nombreuses, que, si la torsion ne changeait pas la contexture du fil, la force avec laquelle le fil tendait à se détordre, et, par conséquent, la force qu'il fallait employer pour l'empêcher de produire cet eiïet, était proportionnent^ à l'angle de torsion, c'est-à-dire à l'angle formé par la direction (^'D' du levier avec sa première position CD.

L'appareil en question , que l'on désigne sous le nom de balance de Coulomb, est composé (fig. 515) d'un cylindre de verre ABCI) d'environ 30 centimètres de diamètre , fermé par un plateau de

LOI DES ATTRACTIONS ET RÉPULSIONS. Ûl

fore AC, percé i son centre d*une ouverture circulaire sur laquelle ^mastiqué un autre cylindre de verre EF d'un plus petit diamètre eldone plus grande hauteur; à rcxtréuiilé supérieure du cylindre EFse trouve une butte en cuivre qui ren\eloppe et peut tourner likement autour de lui ; cette botte est fernaée supérieurement par une plaque métallique sur laquelle se trouve un cadran di\ isé en 3(30 parlies égales; le centre de la plaque est percé d'une ouverture dans liqueUc s'engage a frottement libre un cylindre de cuivre, qui sert i'aie à Tai souille ab et qui est terminé supérieurement par un bou* hn destiné à le faire mouvoir. L'axe de l'aiguille porte inférieureaent une pince que Ton serre au moyen d'un anneau. Celle partie ée l'appareil porte le nom de micromètre, ( La fîg. 5iG pré^ente la nape du micromètre et sa projection horizontale sur une plus ^nde échelle.) Un fd métallique très-fin mn, fixé supérieure- Kent à la pince de Taxe de Taiguille, supporte à sa partie inférieore une petite masse métallique, à travers laquelle s'engage un fil de gomme laque cd, dont une des extrémités est armée d'une petite boule de moelle de sureau, et Tautre d'un disque de papier doré qui lui fait équilibre. Le plateau AC est percé d'une autre ouverture O par laquelle on introduit une tige i^solanle, à rextrémité de laquelle se trouve une petite boule W ; le cylindre AIU)C e.st re\èto extérieurement, à la hauteur du levier cd, d'une bande de papier divisée en 360 parties é^^ales. Le n^ouvcnienl de la boite du micromètre sert à amener le levier cd sur le zéro de la diNision de la cage ABDC y en laissant l'aiguille sur le zéro de sa di\ision.

Pour trouver la loi des répulsions électriques. Coulomb plaça l'aiguille du micromètre sur le zéro de la division, et fit tourner la boUe jusqu'à ce que la boule d, dans sa position d'équilibre, touchât la boule d^, qui se trouvait en face du zéro de la division de la cage-, ensuite il enleva de la cage la boule d', lui donna une faible tension électrique et la remit en place : la boule d, en touebaiil la boule d*, partagea son électricité avec elle et fut repous-ée; le levier ed resta en équilibre, lorsque la dislance fut telle que la force répulsive fit équilibrée la force de torsion. Dans uoe série d'expériences, l'angle du levier, avec sa première position mesurcc sur la division du cylindre ABDC, était de 30" ; en faisant mouvoir l'aiguille du micromètre de manière à faire rapprocher les boules, Coulomb reconnut que, pour diminuer de moitié hur distance, il fallait faire marcher l'aiguille de 120% et i)our que la distance des boules ne fût plus que le quart de ce qu'elle était d'abord.

63 ÉLBCTRICITÉ STATIQUE.

il fallait faire ioarner la même aiguille de S67*. Il esl évident V^i dans ces deux dernières positions d'équilibre, la torsion da 9 1 ^^ égale à récarl des deux boules, plus à Tangle décril en sei traire par le micromètre. Ainsi, dans ces trois opérations, U sions étaient 36% 18+126 et 9+567 , ou bien 36, lU et 57 ces nombres sont entre eux comme 1 , 4, 16; et comme les d ces étaient 1 , 1/2, l/{h, il en résulte évidemment la loi énc Dans ces expériences, il y a cependant trois causes d*errei première consiste en ce que la distance réelle des boules ui mesurée par l'arc qui les sépare, mais par sa corde; la résulte de ce que , la force répulsive ne s'exerçant pas perpei lairement au levier CD, une portion de cette force est ûéimiepÊf l'obliquité du levier; la troisième consiste en ce que les corps ebsP' gés d'électricité en perdent continuellement par le contact de J's^r et que, par conséquent, la force répulsive doit diminuer pendast '* durée des expériences. Les deux premières erreurs peuvent ikii^ ment se calculer, et en les introduisant dans les données deseip^ riences citées, on trouve encore l'accord le plus satisfaisant avec ^ loi en question. Quant à la dernière, elle était très-pelite lejovd^ furent faites les expériences, car les deux boules, repoussera' dislance de 30®, ne se sont rapprochés que d*un demi-degrés 2 minutes.

Soient D (fig. 517) In boule fixe, AC l'niiniille mobile. Ln force ré^Vf^ afril suivant \\C Pour la comparer ù la Corce de torsion , il faut la décompoierai deux autres : l'une agissant suivant la tangente GT, Tautrc dans la dindÎB AC; on aura seulement ù tenir compte de la première. En désignant pvf II force agissant suivant BG , et par f la force agissant suivant CT, par a l'in^ BAC , on aura évidemment

/" = /"cos ^.

En désignant par b le coefricient de torsion, par m Tanglc de torsioo,AC pur /, Tattractiou ù Tunité de distance par /, et eu admcttaat que lo foitt suive la ruison inverse du carré de la distance, on aura

AI» ultia .

Le premier uunibre de cette dernière équation étant constant . le second d» l'être également, quel que soit a. Ainsi, pour vérilier la loi en qucstioa, ï

suflil de rcconnaîti-c que le produit m I sia tang^ 1 ne change pas avec m et«.