Décharges électriques dans les isolants

HAL Id: jpa-00237431

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Submitted on 1 Jan 1878

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Décharges électriques dans les isolants

W.-C. Röntgen, A. Potier

To cite this version:

W.-C. Röntgen, A. Potier. Décharges électriques dans les isolants. J. Phys. Theor. Appl., 1878, 7

(1), pp.302-310. �10.1051/jphystap:018780070030201�. �jpa-00237431�

cité

dynamique emmagasinée

par les batteries

secondaires,

^{et de}

connaitre

approximativement

^le

temps

nécessaire pour ^en

épuiser

la

charge complète,

^sous forme d’effets

statiques.

^{Entre autres}

expériences ^faites, je

citerai la suivante : Une batterie secondaire de

4o couples,

sans aucun résidu de

charge antérieure,

^{mais toute}

prête

^à

emmagasiner

le moindre travail

chimique

^d’une

pile pri- maire,

^{a été}

chargée, pendant quinze ^secondes,

par deux éléments de

Bunsen.,

^et mise ensuite ^en action sur la machine

rhéostatique.

On ^a dû tourner alors

l’appareil pendant plus

^d’un

quart d’heure,

pour

épuiser

^cette

charge,

^en illuminant un tube de Geissler. Il en

résulte

qu’avec

^la

quantité

d’électricité

prise

par ^la batterie secon-

daire

pendant

^une dizaine de minutes

(ce qui

^{est à} peu

près

^le

temps

convenable _{pour y}

accumuler,

^sans

_perte sensible,

^{le travail}

de la

pile primaire),

^on

pourrait

rendre lumineux ^un tube à air raréfié

pendant plus

de dix heures.

DÉCHARGES ÉLECTRIQUES DANS LES ISOLANTS

(1) ;

PAR M. W.-C.

RÖNTGEN.

(Traduit par M. G. DAGUENET.)

Ce Mémoire contient les résultats

d’expériences

^commencées

depuis longtemps,

^mais

plusieurs

^fois

interrompues,

^{sur la dé-}

charge disruptive

^{à travers} les corps isolants. Je ^me

proposais

^de

chercher s’il existe une relation entre les

propriétés physiques

^des

corps ^et la différence de

potentiel

^{ou les}

quantités

d’électricité nécessaires pour que la

décharge puisse

^se

produire.

Les

expériences

^sur les corps solides

qui

^ont

porté principale-

ment sur les cristaux taillés en

plaques

minces n’ont pas donné de résultats

satisfaisants ;

^{celles sur les}

liquides

^sont

trop

^incom-

plètes

pour

pouvoir

^être

publiées.

Pour les _gaz,

j’ai

^{choisi la}

décharge

^{entre une}

pointe

^{très-fine et}

une

grande plaque plane,

^{avec une}

pression

moyenne du

gaz ; j’at-

tribue à ce choix du mode de

décharge

^{le succès de mes}

expé-

riences.

(1) Nachrichten ^der Gesellschaft ^der Wissenschciften ^zit Gôttingen, p. 390; I878.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018780070030201

La méthode est la suivante : ^un moteur

hydraulique

^{de Schmidt}

communique

^{une vitesse constante aux}

plateaux

d’une machine de Holtz dont l’une des électrodes est reliée aux conduites de gaz ; la seconde

communique

^{par un fil recouvert de}

gutta-percha

^avec

l’armature interne de deux bouteilles de

Leyde

construites

d’après

la méthode de

Thomson,

^{avec du verre} bien isolant et de l’acide

sulfurique ;

l’armature externe

communique

^avec le sol. Ces bou-

teilles, qui

constituent un réservoir d’électricité d’une

capacité considérable,

diminuent les variations de

potentiel

résultant des

irrégularités

^dans

le jeu

de la machine.

Le conducteur

partant

des bouteilles ^se

bifurque :

^{l’une des}

branches

plonge

^{dans un tube de verre étroit}

rempli

^de

glycérine qui

^sert de rhéostat dont on

peut

faire varier à volonté la résis-

tance en y

enfonçant plus

^{ou moins une}

tige métallique

^communi-

quant

^avec le sol. L’autre branche est réunie d’abord à la

pointe

de

l’appareil

^de

décharge, puis

^{à un} électromètre construit

spécia-

lement pour ^ces

expériences (analogue

^à

l’appareil Thompson).

L’appareil

^de

décharge

^se compose d’une

tige

verticale de laiton terminée _par ^une fine

aiguille

^{à coudre}

dorée ;

^cette

tige

bien isolée

traverse la tubulure d’une cloche

posée

^{sur la}

platine

^{de la ma-}

chine

pneumatique.

Sous la cloche ^on

place

^une

plaque polie

^de

laiton de I32mm de

diamètre;

^{la distance entre la}

pointe

^{et le}

centre de

laplalue

^{est de}

Igmm, 3,

^{et un} fil réunit cette

plaque

^{à un}

galvanomètre très-sensible,

dont l’autre bouton est en communi- nication avec les

tuyaux

de gaz. Une pompe ^{à air} convenable-

ment

disposée permet

d’introduire dans la cloche divers _gaz ^sous des

pressions

^mesurées par ^{un manomètre.}

Je

remarquai

bientôt que la

première décharge correspond

^tou-

jours

^{à une} différence de

potentiel

bien déterminée.

Au commencement de

l’expérience

^on rend presque nulle la résistance du rhéostat : la déviation de l’électromètre et du

galva-

nomètre sont alors

très-faibles ;

^on

augmente

peu ^à peu ^cette résis-

tance. L’électromètre

indique

^{d’abord une}

augmentation

^continue

du

potentiel qui

^{atteint une valeur}

déterminée ;

^{à ce} moment, la résistance du rhéostat restant constante, ^une déviation

brusque

^et

relativement forte du

galvanomètre indique

que la

décharge

^s’est

produite.

^On peut alors diminuer peu ^à peu la résistance du rhéo-

stat et par suite la différence de

potentiel;

^la

décharge

^diminue

304

aussi d’une manière continue sans

cependant

^devenir

^{nulle ;}

^elle

cesse

complétement

pour ^une différence de

potentiel

notablement inférieure ^à celle

correspondant

^{à la}

première décharge.

On remarque de

plus

que le commencement de la

décharge dépend

^de

plusieurs

circonstances

extérieures,

^entre autres, du

temps plus

^{ou moins}

long

^écoulé

depuis

^la

décharge précédente ;

les

poussières

^en

suspension

^{exercent une} influence bien

marquée.

Au

contraire,

les différences de

potentiel

pour

lesquelles

^{la dé-}

charge

^cesse de passer ^sont

très-concordantes,

même pour des ex-

périences séparées

^{les unes des autres} par ^un intervalle de

temps

considérable. J’ai

porté

^{toute mon attention sur cette}

différence, que j’appellerai

^{le minimum de}

potentiel

^et que par abréviation

je représenterai

par MP.

L’instant où cesse la

décharge

^{est facile à} constater : la déviation très-faible du

galvanomètre, 2°-4°,

^devient

brusquement

^{nulle si}

l’on diminue d’une

quantité

très-faible la résistance du

rhéostat ;

c’est alors

qu’on

^mesure MP : l’électronlètre donne la valeur moyenne du

potentiel.

^{J’ai aussi constaté} par d’autres méthodes le

moment où la

décharge

^{cesse. Pour}

^cela, j’augmente beaucoup

^la

sensibilité du

galvanomètre,

^en le rendant presque

complétement astatique ;

^{la déviation devient nulle} exactement pour la ^même dif- férence de

potentiel

que dans les

expériences précédentes.

Si l’on

remplace

^le

galvanomètre

par ^un

électroscope,

^{il ne se}

charge

pas, ^et enfin le

point ^lumineux,

visible dans

l’obscurité, qui

caractérise la

décharge, disparaît quand

^{on obtient} la valeur IkIP.

Dans les

expériences suivantes,

la distance de la

pointe

^{à la}

plaque

^reste constante ; dans celles dont on comparera ^les

résultats,

la

température

^{est la}

même,

^{enfin la}

pointe

^est

toujours

+, sauf in- dication contraire.

Malheureusement

j’ai

^dû

interrompre

^les

expériences,

^d’abord

parce que le

printemps

^{et l’été ne sont} pas des saisons commodes pour les

expériences

d’électricité

statique,

ensuite parce que la construction de certaines

pièces

^de

l’appareil,

^{entre autres l’élec-}

tromètre, exigerait

^{un certain} temps. Parmi les nombreuses

questions qu’on peut

^se poser relativement aux

phénomènes qui

^nous

occupent, je

^ne

puis

^{donc en résoudre}

qu’un petit

nombre.

1 °

Quelle

^{est la relation} pour ^un gaz donné ^entre la

pression

^et

MP? J’ai fait

plusieurs expériences

^{sur de l’air sec débarrassé}

d’acide

carbonique

^et

j’ai

^{trouvé :}

On voit que, pour des

pressions supérieures

^à

^200mm, l’augmen-

tation de

pression

^{est à}

très-peu près proportionnelle

^à

l’augmen-

tation de

NIP ;

^{au delà de cette}

limite,

^MP diminue relativement

beaucoup plus

^{vite. Les autres gaz} donnent les mèmes résultats.

20 Pour un gaz ^{sous une}

pression ^donnée, quelle

^est la relation

entre la

quantité

d’électricité

qui

passe dans la

décharge

^{et la dif-}

férence de

potentiel

^{entre la}

pointe

^{et la}

plaque?

J’ai étudié l’air

sec débarrassé d’acide

carbonique

pour des

pressions

La

plus grande

différence de

potentiel

que ^mon

appareil puisse

mesurer est

2684

^unités

( b

^{unités = 5}

Daniell),

^la

plus grande quantité

d’électricité est un peu

supérieure

^à 5oo unités arbi- traires. Dans les tableaux

suivants,

^la

première

^{colonne con-}

tient les difl’érences de

potentiel,

la deuxième les

quantités

^d’élec-

tricité

qui passent

^{dans la}

décharge,

^la troisième la

quantité

que

j’appellerai diffèrence disponible

^de

potentiel7

^et

qui

^{est la}

difl’érence entre les nombres de la

première

^{colonne et} la quan- tité MP

correspondant

^{à la même}

pression (pour laquelle

^cette

quantité

^est

nulle).

J’ai calculé cette difl’érence et

je

l’ai ainsi

nommée,

_parce

qu’on peut

admettre que MP ^est nécessaire pour vaincre la résistance et que ^cette différence

disponible

^{mesure la}

quantité

^{de fluide}

qui

constitue la

décharge; je

^la

représente

par DP.

3° Comment varie pour ^un gaz donné et une différence de po- tentiel déterminée la

quantité

d’électricité

qui

passe dans la dé-

charge lorsqu’on

fait varier la

pression

^du

gaz?

J’ai étudié l’air sec

débarrassé d’acide

carbonique,

^{avec une} différence de

potentiel

3684.

Les autres gaz ^se

comportent

^{de la même manière.}

Dans ces

expériences,

la différence de

potentiel

^{reste constante;}

et

puisque, d’après (10),

^la

décharge

^sous différentes

pressions

^cesse

ou commence par des valeurs différentes du

potentiel,

^{les valeurs}

de DP ne sont pas les ^mêmes. On

peut

^{alors se} demander s’il

n’y

a pas

quelque

^relation

simple

^{entre la}

pression

^{et la}

quantité

d’électricité

lorsqu’on

^{maintient constante} la différence

disponible.

La

réponse

^{à cette}

question

^{nous est} fournie par les nombres de

(2°), d’après

l’examen des courbes

représentant

^ces

expériences.

J’ai

calculé,

^en

_supposant

^{DP =} I o00, les nombres :

307 On ne voit aucune relation

simple

^{entre ces}

^nombres,

^{mais on}

peut

remarquer que , pour les

quatre

^dernières

expériences,

^le

produit

^{de la}

pression

par la

quantité

d’électricité est très-sensi- blement constant; la

pression 3g

¹ donne seule une différence no-

table. Pour résoudre

complétement

^les

questions

^{2 et}

^3,

^{il serait}

nécessaire de faire des

expériences

^sur différents gaz ^entre des limites

plus

étendues de

potentiel

^de

pression

^{et de}

quantités

d’électricités.

4°

Peut-on établir ^une relation entre la différence minima de

potentiel

^{et la nature} du gaz dans

lequel

passe la

décharge?

^Les

divers gaz étudiés ^{sont tous amenés sous} des

pressions

^à peu

près égales

^{à 205mm et J 1 omm;} il m’était

impossible d’opérer

^{sous des}

pressions plus ^fortes,

parce que l’électromètre ^ne

pouvait

^mesurer

les différences de

potentiel correspondantes

^{dans ce cas à}

quelques-

uns des gaz.

Remarquons

que ^ces

expériences

^{ne sont} pas directe-

ment

comparables

^{avec les}

précédentes :

Le tableau suivant contient les valeurs moyennes déduites d’un certain nombre

d’expériences

concordantes.

Les gaz ^sont

rangés,

^{dans ce}

tableau,

dans l’ordre des valeurs croissantes de

MP;

si l’on compare ^cette liste à celle

qu’on

^{a ob-}

tenue en rangeant ^les gaz

d’après

^les valeurs décroissantes des chemins parcourus par leurs molécules dans ^un

temps donné,

l’ordre est le même dans les deux cas.

Comme cette différence minima de

potentiel

^{mesure le}

pouvoir

isolant du _gaz, on

peut

dire que les gaz

possèdent

^un

pouvoir

^solant

d’autant

plus grand

que la vitesse de leurs molécules ^est

plus petite.

La vitesse est d’autant

plus petite

que les molécules ^sont

plus

grosses ; il en résulte que les gaz ^sont d’autant

plus

isolants que leurs molécules sont

plus

^grosses.

L’accord est encore

plus

évident si l’on calcule le

produit

^{de MP}

par le

chemin parcouru par les molécules.

Produit de MP pour ^le chemin parcouru.

Les chemins parcourus ^sont tirés des

expériences

^{de Graham}

sur la

transpiration,

^et de la théorie des gaz de O.-E.

JB1eyer;

^{on a}

supprimé partout

le facteur ^{I I04}

Il résulte de ce calcul que dans les deux séries le

produit

^{du che-}

min parcouru ^et de la différence minima de

potentiel

^{sous la même}

pression

^est sensiblement le même pour ^tous les gaz.

Stefan ^a établi une relation entre le chemin parcouru ^et l’indice de réfraction du gaz ;

d’après

^les

expériences

^de

Boltzmann,

^{la con-}

stante

diélectrique

du gaz ^est liée à l’indice de réfraction par ^une relation déduite de la loi de

Maxwell ;

^mes

expériences

établissent

une relation entre le

pouvoir

isolant des _gaz et ces trois

quantités.

Le

pouvoir

isolant d’un gaz ^est d’autant

plus

faible que ^son pou- voir

dispersif

^est

plus grand

^ou inversement.

Les mêmes relations

simples

existent aussi entre les vitesses des molécules et

l’IP,

pour ^un même gaz soumis à des

pressions

^va-

riables

(n° y.

^La

règle

^ne

s’applique

pas ^au gaz oléfiant

pour lequel

les

produits correspondant

^aux

pressions

^{203 et i 1 o sont}

I49

^et

123 ; je

n’attache pas ^une

grande importance

^{à cette}

exception,

parce que la

dééharge

^{dans ce gaz}

présentait

^des

phénomènes

^par-

ticuliers

qu’on peut

^{attribuer à une}

décomposition partielle.

^Pour

l’air

humide,

^MP et, par

suite,

^le

pouvoir

^{isolant sont}

beaucoup plus grands

que pour l’air ^sec.

D’une série

d’expériences

^{faites sur l’air et}

l’hydrogène,

^{on con-}

clut que

MP

^{dans les mêmes}

circonstances,

^est

plus petit lorsque

^la

pointe

^est

négative

que

lorsqu’elle

^est

positive ; je

n’ai pas ^encore pu déterminer si ^cette circonstance influe ^sur la différence de po- tentiel

correspondant

^au commencement de la

décharge.

^{Je me}

propose ^de

reprendre

^{et de}

compléter

^ces recherches l’hiver pro- chain.

309

E. RIECKE. - Versuch einer Theorie der electrischen Scheidung ^durch Reibung

’ (Essai ^d’une théorie de la séparation électriquepar ^le frottement); ^{Ann. der} Physilr,

nouvelle série, ^t. III, p. 4I4, 1878.

K. SCHERING. - Ueber die Reibungsstrôme (Sur ^{les courants} engendrés par le

frottement) ^{Ann. der} Physik, ^nouvelle série, ^t. III, p. l65, 18,8.

Si l’on admet que, lors du frottement d’un corps

(frottoir)

^sur

un autre

(isolant),

^la

quantité

d’électricité

produite

^{dans un}

temps

très-court est

proportionnelle

^à l’étendue des surfaces frottantes

et à la vitesse relative des deux corps, mais

qu’en

^même

temps

^les deux électricités

séparées

^se recombinent avec une vitesse propor- tionnelle à la différence des

charges

des surfaces

frottantes ,

^on

peut

calculer la

quantité

d’électricité

dégagée

par le frottement

pendant

^un

temps quelconque,

^ou

plutôt

par le frottement de deux surfaces d’étendue

déterminée,

et, ^03B1

priori,

^{il est} évident que ^cette

quantité

d’électricité sera donnée par ^une

expression

de la forme

A2013B-s,

^{si s est} le chemin parcouru

par le frottoir, supposé

^infi-

niment

étroit ;

^{il est} clair aussi que la

quantité

d’électricité ne

doit pas ^croître

proportionnellement

^{à la}

largeur

^du

frottoir ,

^les

parties postérieures

du frottoir ^se trouvant en

présence

^de

parties déjà chargées

de l’isolant. Ces résultats avaient été obtenus

expé-

rimentalement par M. Riess.

De ^ces

hypothèses

^résultent

également

^{les courants} obtenus par M.

Züllner,

^en

réunissant,

_par ^{un circuit}

métalliques,

^la

partie

^an-

térieure et la

partie postérieure

^du

^frottoir;

^et si l’on suppose que

l’espace

parcouru par le frottoir ^{est assez}

grand

pour

qu’il

^{ait at-}

teint son état

permanent,

^une formule de la forme

liera l’intensité y du ^{courant à} la distance x des deux

pointes

^mé-

talliques

insérées dans le

frottoir;

^ou encore, ^{avec une}

approxima-

tion

suffi sante,

_y ^{= b x e -’l.}

L’intensité des courants observés satisfait à peu

près

^{à la for-}

mule

ci-dessus,

^{ou encore à} la formule

équivalente

de sorte que ^cette concordance a une faible valeur

théorique,

c étant

toujours petit.

L’intensité de ces courants, observée par M.

Schering,

aug-

mente

beaucoup quand

^on-

^soutire,

^au moyen d’un

peigne,

l’électricité du corps isolant.

On ne sait pas encore avec certitude

quel rapport

^{existe entre}

ces courants et ceux observés par MM. Zôllner ^et

Quincke.

A. POTIER.

EM. LESS. 2014 Ueber die Wärmeleitungsfâhigkeit schlechtleitender Körper, ^insbeson-

dere der Gesteine und Hölzer (Sur la conductibilité calorifique des corps

mauvais

conducteurs, ^en particulier ^{des minéraux et des} bois); ^{Thèse de Doctorat,} Berlin, I878.

L’auteur

rappelle

^les recherches de

Despretz (1 ), Tyndall(’), Pfaff ( 3 ),

^{Herschel et Lebour}

(4), Hopkins (5) ,

^Neumann

(6), Ang- strom (7).

^Il

adopte,

^en

principe,

la méthode de

Hopkins,

^en

observant l’état stationnaire des

températures

^{dans un}

disque

^{de la}

substance à

examiner,

^{chauffé sur l’une de ses faces au} _moyen

d’une source constante de

chaleur,

l’autre face

rayonnant

^{dans une} enceinte

également

^à

température

constante, ^et il

applique

^{la for-}

mule déduite de la théorie de Fourier. Toute la difficulté consiste à mesurer avec

précision

^les

températures

des deux faces et à écar- ter certaines causes d’erreurs accidentelles.

L’appareil

^{de l’auteur}

présente

^une

grande

ressemblance

avec l’ap- pareil

^{bien connu} que MM. Wiedemann et Franz ont

employé

^dans

leurs recherches ^sur la conductibilité des corps bons conducteurs.

L’enceinte est un vase

cylindrique

^A

(fig. i ),

^en

^cuivre,

^de

^{om, 16}

^de

diamètre et de

om,

^{16 de}

hauteur, auquel

^est

mastiquée

^{une cloche}

de verre B de même

diamètre,

^de

om,

^{5 de}

longueur,

^{fermée à sa} par- tie inférieure. Sur A est un couvercle nn’ à

vis,

^{et le tout est}

porté

par ^{un anneau} de fer muni de trois

pieds.

Autour de l’enceinte AB

(t) ^{Annales de Chimze et de} Physique, ^{2e série, t.} XXXVI, p. 422.

( 9 ) Philosophical Jlagazine, 4a série, ^t. V, p. 138.

(8) ^{Ann. de} Pogg., ^t. CXIII, p. 617.

(4) Rep. ^{Brit. Assoc.,} I873, p. 223.

(5) Philosophical Transactions, J 857, p. 805.

(6) Annales ^{de Chimie et de} Physique, ^3e série, ^t. LXVI, p. I83.

0 ^{4nn. de} Pogg., ^t. CXIV, p. 5I3.