ELECTRICITE DUE AU FROTTEMENT

platine, le bouton prend l'électricité positive, quoiqu'il s'échauffe plus que la lame ; il prend le fluide négatif avec le cuivre.

4415. Electricité produite par les métaux en limailles. — Singer avait reconnu que les limailles métalliques que Ton fait tomber à travers une capsule de cuivre criblée de petits trous, sur un plateau fixé à un électrométre à feuilles d'or, chargeaient ce dernier d'électricité positive. M. Becquerel a fait des expériences sur le même sujet1. La limaille est projetée sur une lame métallique tenue à la main (fig. 1037), et tombe ensuite sur le plateau d'un électromètre très sensible , que nous décrirons plus tard , et dans lequel une feuille d'or se trouve entre deux colonnes verticales électrisées au même degré, et d'une manière contraire. La limaille s'électrise en glissant sur la lame, qui n'est pas isolée , el apporte au plateau de l'électroscope l'électricité qu'elle a reçue.

M. Becquerel a encore opéré au moyen d'un disque horizontal tournant rapidement sur lui-même, sous l'influence d'un système d'horlogerie placé sur le plateau de l' électromètre. La limaille tombait au centre du disque et était projetée en tous sens par la force centrifuge , après avoir glissé sur la surface de ce disque, en l'électrisant.

Par ces deux méthodes, M. Becquerel a trouvé les résultats suivants : la limaille projetée sur une lame de môme métal prend l'électricité négative; l'effet est d'autant plus marqué qu'elle est plus fine et qu'elle tombe de plus haut. On peut dire, en général , que les limailles se comportent comme des corps dépolis en présence de corps polis. Les résultats sont plus prononcés avec les métaux oxydables qu'avec l'or, le platine, l'argent.

Quand la lame et la limaille sont formées de métaux différents, la tendance de la limaille à prendre le fluide négatif se manifeste encore, mais pas assez pour l'empêcher de s'électriser positivement quand le métal qui la forme prend le fluide positif lorsqu'il est en masse. Ainsi, la limaille des métaux oxydables s'électrise positivement en tombant sur les métaux les moins oxydables. Par exemple, la limaille de zinc prend le fluide positif en glissant sur des lames d'or, de platine, d'argent, de plombagine, de persulfure de fer, de cuivre et d'étain ; et le fluide négatif, sur le bismuth, l'antimoine et le fer ; elle ne donne aucun signe d'électricité sur une plaque de peroxyde de manganèse. Les oxydes et les sulfures métalliques en limaille s'électrisent négativement en tombant sur des lames faites avec le métal qu'ils contiennent.

Fig. 4 037.

' Annale* de chimie et de physique, 3* série, t. XXXV11I, p. 4 13.

sources d'électricité.

Si l'on échauffe la limaille de zinc jusqu'à 60°, elle prend le fluide négatif, avec les métaux sur lesquels elle s'électrisait positivement à la température ordinaire. Quand la lame et la limaille sont portées en même temps à 60°, le résultat est encore plus marqué. L'effet est simplement exalté par la chaleur, avec les lames sur lesquelles le zinc prend le fluide négatif à la température ordinaire.

4446. Influence des circonstance* qui accompagnent le frottement Peclet a fait des recherches importantes sur ce sujet au moyen

d'une machine électrique et d'un électrométre particuliers >. La machine élec-

Fig. 4 038.

trique (fig. 1038) consiste en un cylindre en verre, travaillé sur le tour, et recouvert d'une couche épaisse de gomme laque à ses extrémités. Ce cylindre peut tourner sur lui-môme autour dune barre de fer soutenue par des colonnes isolantes. Un frottoir F, placé à la partie supérieure du cylindre, est maintenu par des oreilles qui glissent dans les coulisses <r, c, et chargé par des poids P. Le frottoir, en bois, présente en dessous la courbure du cylindre; il est garni de quelques peaux minces et flexibles sur lesquelles on applique successivement des feuilles de papier nu, cuivré, doré ou argenté; des feuilles d'étain ; des

étoffes de laine, de soie, de coton; du taffetas gommé, de la peluche, etc

Un conducteur isolé, ak, muni de pointes a, s'électrise par l'influence du cylindre tournant, proportionnellement à la charge électrique de ce dernier. L'électricité repoussée passe, par un fil métallique recouvert de soie ke, sur la tige en cuivre ee logée dans un tube de verre, supporté lui-même par la colonne isolante /' . be est un électrométre à pendules b, formés chacun d'un brin de paille terminé par une balle en moelle de sureau. L'un des pendules est

* Annales de chimie et de physique, Se série, t. LYH, p. 337.

fixe, et l'autre mobile autour d'une tige d'acier horizontale. Un cadran n, divisé en 400 parties, sert à mesurer l'écart des pendules, qui se projettent sur lui pour l'observateur qui regarde par un petit trou pratiqué au centre du disque v, fixé à plusieurs métrés des pendules. L'état hygrométrique de l'air ayant de l'influence sur les résultats, on ne compare que ceux qui sont observés dans les mêmes circonstances atmosphériques. Pour obtenir une vitesse uniforme, Peclet faisait (aire un tour au cylindre pendant un même nombre de battements d'une montre. Voici les principaux résultats obtenus.

Iaflneaee da temps et de la vitesse. — Quand on emploie des substances frottantes qui ne s'altèrent pas, on trouve que, pour une même vitesse, la tension augmente pendant quelques minutes, et reste ensuite constante. L'augmentation qui a lieu d'abord, paratt due aux déplacements, au premier moment, des molécules de la surface frottante, et aussi, peut-être, à l'élévation de température qui accompagne le frottement.

Des expériences faites avec des vitesses correspondantes à un tour pendant 8, 4, 2, 1 battement d'une montre, et avec des cylindres de verre, de résine et de taffetas ciré, ont donné des tensions indépendantes de la vitesse, pour les grandes comme pour les petites pressions. Cependant les substances garnies de longs filaments, comme la peluche de soie, le molleton, donnent des tensions qui augmentent avec la vitesse. Cela tient à ce que les filaments neutralisent au-delà du contact, une partie d'autant plus grande de l'électricité qu'emporte le cylindre, que ce dernier tourne plus lentement. On voit, en effet, ces filaments s'agiter sous l'influence de l'électricité, et devenir étincelants dans l'obscurité. On peut du reste, dans certains cas, faire disparaître ces anomalies, en rendant lisse la partie qui dépasse le contact.

Si l'on décharge le cylindre au moyen de franges ou de pointes non isolées, la tension diminue avec la vitesse, et d'autant plus que le frottoir est plus mauvais conducteur ; c'est que l'électricité du cylindre doit, dans ce cas, se renouveler à chaque instant, et qu'elle le fait d'autant plus facilement que le fluide reçu par le frottoir s'écoule plus librement dans le sol. Si ce dernier ne se décharge pas, la quantité d'électricité conservée diminue, et on l'augmente, ainsi que la tension, en renouvelant plus souvent les frictions, c'est-à-dire en augmentant la vitesse. Quand l'air est humide, il décharge en partie le cylindre, et la tension diminue aussi avec la vitesse, mais très faiblement. Comme l'air enlève toujours un peu d'électricité au cylindre, on remarque que, pour les très petites vitesses, la tension diminue légèrement.

La quantité absolue d'électricité produite, est aussi indépendante de la vitesse, c'est-à-dire qu'elle reste la même pour chaque tour, quelle que soit sa durée. Peclet a reconnu ce fait au moyen de I'électrométre de Lane, ou de la bouteille électrométrique (1320). Le nombre des décharges était toujours le même pour un même nombre de tours, quelle que fût la rapidité du mouvement ; cependant, ce nombre augmentait avec la vitesse, quand le frottoir était mauvais conducteur.

286 SOURCES d'électricité.

Iafloeaee de la pressioa. — Des expériences faites avec différents frottoirs, sur des cylindres de verre et de résine, nus ou recouverts de taffetas ciré ou de satin, déchargés ou non par une frange, ont prouvé que pour les mêmes substances en présence, la pression n'a pas d'influence sur la tension électrique, la pression a varié de lk,2 à JO^S. Cependant, pour certaines substances, la tension augmentait jusqu'à 2 à 4k de pression ; ce qui tient probablement à ce que la surface du corps frottant touchait le cylindre par un plus grand nombre de points, quand la pression était plus forte ; c'est surtout pour la peluche et les substances d'une contexture analogue, que ce résultat était sensible. Il se présente aussi, parfois, des anomalies, que Peclet attribue à la chaleur que dégage le frottement. Cette chaleur, sensible surtout avec les frottoirs mauvais conducteurs, qui la conservent à leur surface, leur donne une tendance négative qui modifie les résultats.

Influence de l'étendu© et de la forme de la surface frottante. — L'étendue de la surface frottante n'a pas d'influence sur la tension. Pour constater ce résultat, Peclet laissait dépasser la lame mince frottante, de manière à l'appliquer sur le cylindre dans une étendue plus ou moins grande au-delà du frottoir, et il relevait l'extrémité de cette lame sur ce dernier; cette partie frottante, pressée seulement par son élasticité, produisait le même effet que la partie rigide du frottoir chargée de lûkil. 11 résulte de là, que l'électricité recueillie est produite par le bord de la surface frottante. Quand la feuille n'est pas relevée, et que son bord libre est appuyé sur le cylindre, la déviation diminue avec la surface en contact ; ce qui tient à ce que le contact n'existe réellement qu'en quelques points, à cause du faible poids de la lame, et à ce qu'il se fait des recompositions au bord de la lame. Dans ces expériences et dans celles qui suivent, les pointes a (fig. 1038) étaient placées au-dessous du cylindre tournant.

La courbure du frottoir, quand il est bon conducteur, change aussi les résultats. Pour le constater, on tend plus ou moins la lame, dans les . expériences qui précèdent, de manière à en changer la courbure au point où elle quitte le cylindre tournant. Des frottoirs, terminés par des surfaces planes ou convexes, comme /"et f (fig. 4038), et une autre plus convexe encore, ont donné des déviations de 58°, 57° et 55°. L'effet de la courbure parait dû à la décomposition par influence du fluide neutre de la partie courbe, qui, électrisée d'une manière contraire au cylindre, augmente la destruction d'une partie de l'électricité qui se porte sur ce dernier. Le cuir, quand sa surface a l'aspect de la peluche, produit un effet inverse ; c'est que les filaments dont il est recouvert neutralisent d'autant plus d'électricité du cylindre, que le frottoir est moins convexe.

Enfin, l'épaisseur du corps frottant n'a pas d'influence sur la tension, quand on ne décharge pas le cylindre ; mais, dans le cas contraire, et quand le corps frottant est mauvais conducteur, la déviation diminue quand son épaisseur augmente, le fluide qu'il reçoit ne pouvant s'écouler dans le sol.

Nature du frottement. — II y a deux espèces de frottement, l'un dit de première espèce ou de glissement, l'autre de seconde espèce ou de roulement. Peclet, ayant remplacé le frottoir de son appareil par. un cylindre creux en cuivre garni de plusieurs couches de cuir, et muni de deux tourillons qui s'engageaient dans les coulisses c, c (fig. 1038), reconnut que les variations de vitesse et de pression suivent les mômes lois que dans le frottement par glissement. Les métaux en feuilles, le papier, les peaux lisses, le satin du côté non satiné, produisent aussi les mêmes quantités d'électricité dans les deux espèces de frottement. Le satin du côté satiné en donne davantage par roulement que par glissement, ce que Peclet attribue à la faible conductibilité de la face satinée : dans le roulement, la surface de contact changeant continuellement, l'électricité qui se porte sur le rouleau est plus facilement enlevée que dans le glissement. Le molleton produit aussi une plus grande tension en roulant qu'en glissant ; c'est que les filaments qui déchargent le cylindre au-delà du contact s'en éloignent rapidement quand il y a roulement. Le taffetas ciré très sec donne les mômes résultats avec les deux frottements ; mais quand il est glutineux et adhère au verre du cylindre, l'électricité change de nature avec l'espèce de frottement ; c'est que, dans le roulement, l'électricité est produite par la séparation mécanique de deux surfaces qui adhérent, séparation qui est aussi une source d'électricité, comme nous allons le voir. Quand le cylindre est en verre dépoli ou en résine, il y a seulement diminution de tension.

On peut donc dire, en général, que les deux espèces de frottement donnent les mômes résultats quand il n'y a pas de cause accidentelle d'anomalies. Il résulte de là que l'électricité dégagée par le frottement peut ôtre attribuée à l'effet de la séparation des deux surfaces pressées l'une contre l'autre, ou à l'ébranlement moléculaire qui résulte de cette séparation.

1419. Production de l'électricité par an Jet de vapeur. — Cette manière de produire de l'électricité se rattache au frottement. Elle a été trouvée par le hasard, en 1840, à la houillère de Séghill, près de Newcastle. Le mécanicien Patterson ayant saisi d'une main le levier de la soupape d'une chaudière à vapeur , pendant que l'autre main était plongée dans un jet de vapeur, sentit des picottements particuliers, et reconnut que le levier donnait des étincelles électriques. Plusieurs physiciens s'occupèrent de ce phénomène. H. Armstrong en fit une étude attentive1, sur un grand nombre de chaudières, et notamment sur une locomotive, qu'il isola en .appuyant les roues sur des socles formés de trois morceaux enduits de poix et séparés par des couches de poix et de papier. En montant sur un tabouret isolant et plongeant dans le jet de vapeur une tige de fer qu'il tenait à la main , il tirait des étincelles , avec l'autre main , des corps voisins non isolés. La tige de fer était électrisée positivement, et la locomotive, négativement.

1 Annales de chimie et de physique, 3e série, t. VIT, p. 404.

288 SOURCES d'électricité.

Le même physicien fit ensuite des expériences au moyen d'un petit générateur en bronze construit exprès , et il constata que l'électricité prenait naissance dans la partie de l'ajutage occupée par le robinet , c'est-à-dire à l'endroit où le passage offert à la vapeur était rétréci. On avait admis d'abord que l'électricité était produite par l'expansion de la vapeur à sa sortie. M. Peltier l'attribuait au fait de la séparation de l'eau en vapeur , des matières qui se déposent en incrustations dans les chaudières. M. Gh. Schafhaeult reconnut, à la suite de recherches étendues, que la vapeur doit être mouillée pour donner de l'électricité , et il pensait que ce fluide était produit dans le conflit entre la vapeur et les gouttelettes d'eau qui s'y trouvent mêlées. Enfin, M. Faraday prouva que l'électricité se dégage dans le frottement contre les parois de l'ajutage de sortie , des gouttelettes emportées par la vapeur !.

Dans l'appareil de M. Faraday , la vapeur traversait horizontalement un ballon métallique o (fig. 1039), portant l'ajutage, et précédé d'un tube a robinet destiné à recevoir l'eau condensée dans le conduit. Quand il y avait de l'eau dans lej ballon , il se produisait beauconp d'électricité ; mais quand le

►tli*'

Fig. 4039. Fig. 1040. Fig. 4 044.

ballon était vide , et la vapeur bien sèche , il ne s'en produisait plus. La substance et la forme de l'ajutage avaient une grande influence. M. Faraday a souvent employé un ajutage évasé (fig. 1040), auquel il présentait le sommet d'un cône fait successivement avec diverses substances. Un petit tube vertical à robinet {fig. 1041 ), disposé prés de l'orifice de certains ajutages, servait à introduire différents liquides dans le jet de vapeur. Quand on introduisait de l'eau commune ou mêlée de quelque substance saline , alcaline ou acide, il ne se dégageait pas d'électricité ; tandis qu'avec l'eau distillée , il s'en dégageait beaucoup. Il en était de même quand le liquide était mis d'avance dans le ballon. Ce résultat s'explique par l'augmentation de conductibilité que les substances dissoutes communiquent à l'eau ; alors les électricités séparées par le frottement, se recombinent aussitôt. L'ammoniaque , qui n'augmente pas sensiblement la conductibilité de l'eau quand elle y est mêlée en petite quantité, n'empêche pas le dégagement de l'électricité.

L'électricité dégagée est généralement positive dans le jet de vapeur, et négative sur le corps solide qu'il rencontre, quel qu'il soit. M. Faraday a opéré

' Annales de chimie et de physique, 3« série, t. II , p. 37 et X, p. 88.

sur plus de 30 substances différentes : des métaux , des poils , différentes substances textiles, des corps isolants, divers minéraux. Ces substances, soutenues dans le jet de vapeur par un support isolant , étaient mises en communication avec un électromètre à feuilles d'or. Les fils étaient tendus sur une fourchette en métal.

Quand, au lieu d'eau, on introduit dans le jet, de l'essence de térébenthine, de l'huile, des dissolutions de résines, le jet emporte le fluide négatif, et le corps frotté prend le fluide positif. Certaines substances ont donné des résultats douteux; ce sont celles qui, en adhérant au corps choqué par la vapeur, deviennent corps frotté au lieu de corps frottant.

La quantité d'électricité produite dans un jet de vapeur mêlé de gouttelettes, est d'autant plus grande que la force élastique est plus considérable, et le choc plus intense. Les machines hydro-électriques nous offrent une application heureuse de ces phénomènes (1279).

4418. Electricité dégagée par le frottement des gax. — Divers physiciens, Wilson, Henley, Volta, Marx..., sont parvenus à électriser différents corps par le choc- d'un courant d'air ; mais les résultats étaient inconstants et souvent contradictoires , lorsque M. Faraday reconnut qu'ils dépendent de l'état de l'air : quand il est sec, il ne se produit pas d'électricité ; mais quand il est humide, ou mêlé de poussières diverses, il s'en dégage plus ou moins, dont la nature dépend de la substance des poudres. Quand l'air entraîne avec lui des gouttelettes d'eau, l'espèce d'électricité dépend de la substance du tube par lequel sort le jet d'air comprimé. M. Armstrong, en laissant sortir par un tube de verre, de l'air comprimé à 8 atmosphères dans un récipient isolé, vit ce dernier se charger tantôt de fluide positif, tantôt de fluide négatif , tantôt enfin rester à l'état neutre. C'est surtout quand l'intérieur du récipient est humide, que l'électricité se dégage abondamment; si on l'échauffé de manière à en dessécher l'air, on n'en obtient plus. On doit conclure de là que le frottement des particules d'eau se condensant dans le jet, ou des poussières mélangées, est nécessaire au développement de l'électricité par le frottement des gaz contre les corps solides.

4449. — De quelques objections & l'opinion que le frottement est ■■e source d'électricité. — Comme le frottement est accompagné d'un dégagement de chaleur, et que la chaleur est une source, d'électricité, quelques physiciens ont admis que l'électricité dégagée pendant le frottement était due à la chaleur qu'il produit. Remarquons d'abord que le frottement de roulement dégage beaucoup moins de chaleur que l'autre, et que cependant il produit autant d'électricité. M. Gaugain ' a bien, il est vrai, trouvé qu'en échauffant directement un disque métallique posé sur un second disque, autant qu'il l'était par le frottement, on obtenait sensiblement la même quantité d'électricité, ou la même déviation de l'aiguille d'un réométre. Mais nous verrons que le déga-

• Comptes-rendus de V Académie des sciences de Paris, t. XXXVI, p. Ul.

290 SOURCES d'électricité.

gement de l'électricité par la chaleur est dû aux déplacements moléculaires qu'elle produit ; alors, comme Ta fait remarquer M. de La Rive, il n'est pas étonnant de voir le dérangement moléculaire produit par le frottement des deux lames, donner autant d'électricité que ce même dérangement occasionné par réchauffement direct de Tune d'elles.

Wollaston, frappé de la grande quantité d'électricité qui se dégage dans les actions chimiques, a voulu attribuer à une action de ce genre celle qui prend naissance dans le frottement *. Il expliquait par là l'efficacité des amalgames et des autres substances très oxydables dont on recouvre les coussins des machines électriques. Ayant renfermé une petite machine électrique sous un récipient rempli d'acide carbonique, il n'obtint plus d'électricité. Il annonça aussi que des coussins garnis d'amalgame d'argent, ou d'un métal non oxydable, ne lui avaient donné aucune trace d'électricité ; d'où il conclut que l'électricité des machines était due à une oxydation. Mais on peut répondre à ces expériences, par des faits très concluants : d'abord, nous avons vu que Ton peut produire de l'électricité par le frottement dans le vide (1299). Gay-Lussac a obtenu de l'électricité dans l'acide carbonique, en ayant soin de bien dessécher ce gaz ; ce qui présente quelque difficulté, à cause de la force avec laquelle il retient

l'humidité. Plus tard , Peclet a repris cette question . Il commença par constater que la déperdition de l'électricité est la même dans l'air et dans l'acide carbonique secs. Il employa, pour cela, deux balances de torsion identiques en tout : il s'assura de cette identité, en observant la déperdition de l'aiguille mobile, Fig. 4 042. électrisée au moyen de boules isolées

également chargées. Ayant ensuite rempli l'une des balances, d'air, et l'autre d'acide carbonique bien desséchés, il constata, ce que M. Matteucci a aussi trouvé depuis (1344), que la déperdition est la môme dans les deux gaz. Cela fait, Peclet a disposé un appareil (fig. 1042) dans lequel un cylindre c, pressé par un coussin, peut être mis en mouvement au moyen d'une manivelle m. Ce cylindre est renfermé dans un vase en verre, dans lequel on peut faire le vide, et introduire différents gaz par le robinet r. Les quantités d'électricité recueillies au moyen des pointes et du conducteur e, ont été les mêmes quand le vase était rempli d'air, d'hydrogène ou d'acide carbonique bien desséchés. D'où l'on peut conclure que l'électricité développée n'était pas due à une oxydation.

Les expériences de M. E. Becquerel, citées plus haut (1412), conduisent à la même conclusion ; car , si les substances les plus oxydables donnent la plus grande tension , des substances très différentes, comme le talc, la farine,

1 Annales de chimie et de physique, 2* série, t. XVI, p. 53.