Recherches sur les déformations électriques de la tourmaline et du quartz.

EN COLLABORATION AVEC M. J. CURIE.

M. Lippmann a montré, en s’appuyant sur les deux principes de la thermodynamique et sur le principe de la conservation de l’électricité, que les corps piézo-électriques doivent se déformer lorsqu’on les place dans un champ électrique. La théorie de M. Lippmann permet de calculer la nature et la grandeur des déformations lorsque l’on connaît les constantes piézo-électriques de la substance étudiée.

Nous avons établi par trois méthodes expérimentales différentes l’exactitude de ces prévisions et montré que la grandeur des dilatations électriques qui se produisent est en accord avec la théorie. Les déformations sont proportionnelles au champ électrique.

La difficulté de cette recherche résidait dans la petitesse des déformations qu’il s’agissait d’observer. Nous avons mesuré la dilatation ou la contraction qui se produit dans une direction normale à celle du champ électrique, par une méthode directe, en augmentant seulement les déplacements au moyen d’un levier amplificateur dont on observait l’extrémité au microscope. Nous avons ensuite rendu les effets de déformation directement visibles en utilisant l’artifice employé par Bréguet dans son thermomètre métallique. Des lames de quartz sont collées l’une sur l’autre ; les orientations sont telles que l’une des lames se raccourcit tandis que l’autre s’allonge sous l’action d’un champ électrique que l’on crée en établissant une différence de potentiel entre les deux faces argentées de cette bilame. Il en résulte que la bilame se courbe sous l’action électrique.

Enfin, nous avons étudié l’effet de déformation, encore beaucoup plus petit, qui se produit dans le sens du champ électrique par un procédé indirect extrêmement sensible et qui pourrait recevoir d’autres applications. Ce procédé repose sur la remarque suivante : Supposons qu’un corps solide, un prisme de verre par exemple, ayant 1 de base, éprouve sous l’action d’un agent physique quelconque une variation égale à un millionième dans sa longueur ; cette quantité sera difficilement constatable par un procédé direct. Mais si l’on s’oppose, d’une manière absolue, à ce que cette variation de longueur se produise, en maintenant les deux extrémités du prisme entre deux pièces indéformables, l’action de l’agent physique sera d’accroître considérablement la pression. Cette variation de pression serait de 1 dans l’exemple que nous avons choisi.

Les blocs de quartz a′, b′, c′ (fig. 3) sont maintenus serrés dans une presse et séparés par des plateaux métalliques entre lesquels on établit une différence de potentiel électrique au moyen de la machine électrique M. Fig. 3.
Pour déceler la variation de pression, on utilise les phénomènes de la piézo-électricité elle-même. Trois lames de quartz a, b, c, serrées dans la même presse, donnent, lors d’une variation de pression, un dégagement électrique que l’on utilise pour faire dévier un électromètre e. Des écrans métalliques T, T′ séparent, au point de vue électrique, les diverses parties de l’appareil. Le dynamomètre piézo-électrique ainsi constitué est capable de déceler un effort de quelques grammes.