Conductibilité, en courant continu, d'isolants liquides, dans le cas d'électrodes recouvertes d'une faible couche d'isolant solide. Comparaison avec la conductibilité habituelle des isolants liquides et solides

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Conductibilité, en courant continu, d’isolants liquides,

dans le cas d’électrodes recouvertes d’une faible couche

d’isolant solide. Comparaison avec la conductibilité

habituelle des isolants liquides et solides

R. Guizonnier

To cite this version:

121 A

CONDUCTIBILITÉ,

EN COURANT

_CONTINU,

D’ISOLANTS

LIQUIDES,

DANS LE CAS

D’ÉLECTRODES

RECOUVERTES D’UNE FAIBLE COUCHE D’ISOLANT SOLIDE. COMPARAISON AVEC LA

CONDUCTIBILITÉ

HABITUELLE DES ISOLANTS

LIQUIDES

ET SOLIDES.

Par R. GUIZONNIER.

Faculté des sciences, Bordeaux.

Sommaire. 2014

Influence de la nature des électrodes et de celle du _liquide isolant. Étude détaillée dans le cas du tétrachlorure de carbone et _{de l’huile pour transformateurs T.} 40 : formation d’une différence de potentiel résiduelle comme dans le cas des isolants _solides, étude de la _charge et de la décharge des _électrodes, influence de la différence de _{potentiel appliquée,} de la température.

PHYSIQUE SUPPLÉMENT N° 11

PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME _17, NOVEMBRE _1956, PAGE 121 A.

Objet

et [conditions de

cette étude. - Il est bien

connu _que

_lorsqu’on

_soumet,

_pendant

un certain

temps,

à une différence de

_potentiel

_constante,

un

isolant

_solide,

on

_recueille,

entre les

_électrodes,

après

passage du

courant,

une différence de

poten-tiel résiduelle

_[1].

Cette dernière est

_capable

de

fournir,

si l’on met alors les électrodes en

court-circuit,

un

_courant,

et l’on

_obtient,

à la

_décharge,

une

_quantité

d’électricité

_égale

à celle

_qui

est

_passée

durant la

_charge,

cette

_quantité

étant de

_beaucoup

supérieure

à la

_charge

du condensateur _{réalisé par}

les deux électrodes

_plongeant

dans l’isolant. Dans

le cas des

_liquides,

avec électrodes

ordinaires,

on

n’obtient _{pas, dans les mêmes}

_conditions,

de

diffé-rence de

potentiel

résiduelle. Il nous a _paru intéres-sant d’étudier le cas intermédiaire en

lequel,

dans

le cas d’un isolant

_liquide,

les électrodes sont

recouvertes d’une mince couche d’isolant

solide.

LIQUIDES

UTILISÉS. -

L’étude de la

_répartition

des

_charges

_spatiales

dans les

_liquides

_{isolants que}

produit l’application

d’une différence de

_potentiel

constante,

nous a

déjà

conduit

[2] [3]

à classer ces

liquides

en deux

_{catégories :}

_ceux, en

lesquels,

sous

l’influence d’une différence de

_potentiel

_continue,

se

groupent,

auprès

de

_{chaque électrode,}

des

_charges

de

_signe

contraire à celui de l’électrode

_(liquides

à

hétérocharges) ;

ceux

_{qui contiennent, uniquement,}

des

_charges

du

_signe

de l’électrode

_qui

_{n’est pas} au

sol

_{(homocharges) (1).}

L’expérience

montre _{que, dans le} cas d’électrodes

recouvertes d’une mince couche d’isolant

_solide,

après

application

de la différence de

_potentiel,

seuls

les

_liquides

à

_{hétérocharges}

fournissent une diffé-rence de

_potentiel

résiduelle et obéissent à des lois de conductibilité bien définies. Les

_liquides

à

homo-charges (huile

de

_paraffine,

de vaseline

_blanche,

huile pour transformateurs Diala

902)

avec de

telles

_électrodes,

donnent un courant très faible

qui

ne

_paraît

_{pas, à}

_première

_vue, suivre des lois

définies et l’on n’obtient

_jamais

de différence de

potentiel

résiduelle. Nous

_{n’indiquerons}

donc ici que les résultats obtenus avec les

liquides

à

hétéro-charges ;

nous avons surtout étudié le

tétra-chlorure de

carbone,

le

_benzène,

l’huile «

Trans-former 40 ».

(1) Ces termes sont _empruntés à la _technique des électrets.

NATURE DES ÉLECTRODES ET DE LA COUCHE

D’ISOLANT SOLIDE. - Les électrodes

métalliques

(cuivre, laiton, fer,

cuivre

_nickelé)

étaient des

plaques

de dimensions 6 cm X _{5 cm,} distantes de

_0,5

_{cm ; des électrodes} en

_platine,

de

_plus

faibles

dimensions,

ont

_également

été mises en

_expérience.

Il a été formé tout

d’abord,

sur les

_électrodes,

une couche de

plexiglass

obtenue par

_évaporation

d’une solution de

_plexiglass

dans le

_benzène,

mais les courants obtenus étaient très faibles. Le vernis

à _{la gomme}

_laque

a donné entière satisfaction et a été seul utilisé.

Au début de l’étude il a semblé _que la nature du

métal influait sur les résultats

obtenus,

mais cela

résultait du fait que,

lorsque

la surface des

élec-trodes est

_polie,

le vernis n’adhère

_pas

suffisamment et la résistance est

_trop

_grande.

Il convient de

dépolir,

au moins

_{légèrement,}

la surface des

élec-trodes avec de.la toile

émeri,

alors l’adhérence est

satisfaisante : tous les métaux utilisés nous ont

donné,

toutes choses étant

_égales,

des résultats

comparables.

Le

_benzène,

au bout d’assez peu de

_temps,

pénètre

sous la couche de

_vernis,

la soulève ce

_qui,

lorsque l’expérience

dépasse quelques

heures,

perturbe

les

_phénomènes

étudiés. Les courbes _que

nous donnerons ne concernent _{que le} tétrachlorure

° de carbone pur pour

analyses

et l’huile «

Trans-former 40 » utilisée dans des conditions très

diffé-rentes de

_champs

_{électriques,}

ces derniers ne

dépassant

pas

cependant

2 kilovolts

/cm

et

d’épais-seurs de couches de vernis

_{diverses, quoique}

toujours

très

_faibles,

de l’ordre de

_quelques

dixièmes

de millimètre.

1.

Évolution

de la

différenee

de

potentiel

résiduelle

et des courants de

charge

et de

décharge,

en fonction du

temps

d’application

de la différence de

potentiel

utilisée.

a ) Étude expérimentale

Différence

de

_{potentiel | résiduelle.}

--° COURBES

OBTENUES. - La différence de

potentiel

utilisée V étant

_appliquée,

de

_temps

en

_temps,

on la

_supprime,

pour mesurer à l’électromètre la différence de

potentiel

résiduelle v. On _{obtient des courbes des}

122 A

variations de v en fonction du

_{temps, analogues}

à

celles de la

_{figure 1,}

montrant _{que v,} en

_chaque

_cas,

tend vers une valeur limite vm. Comme nous le

préciserons

par la

suite,

vm, toutes choses étant

égales,

croît avec la différence de

_potentiel

V.

L’influence de

_{l’épaisseur}

_{de vernis n’a pu}

systéma-tiquement

être

_étudiée,

mais si la couche est

d’épaisseur

trop

faible

_(solution

_trop

étendue de gomme

laque

dans l’alcool

_absolu)

la différence de

potentiel

résiduelle v est

_également

faible. Il convient que la couche ait une

_épaisseur

suffisante

(solution

concentrée de gomme

laque)

et l’utili-sation de 2 à 3 couches

_{superposées,}

chacune étant

étendue

_{après séchage}

de la couche

_{précédente,}

conduit à des valeurs limites _vM,

_qui

tendent à se

rapprocher

de la valeur V utilisée.

E’ QUATION

DES COURBES. - Les courbes de la

figure

1 ressemblent à des courbes de diffusion

FIG. 1. -

Variations, en fonction du _temps de la différence de

_potentiel

résiduelle v, pendant la _{charge ;} Tr : huile pour transformateur ; V = différence de potentiel

appliquée. Dans le cas de l’huile : _épaisseurs diverses de

vernis ; dans le cas de CCl4 même couche.

concernant le cas où une couche 1 de hauteur

_h,

de

solution de concentration initiale _{ao; diffuse le corps}

dissous dans une couche 2 de solvant pur, de

hauteur

_{H, qui}

lui est

_{superposée. L’équation}

de

Fick fournit

_{l’expression}

de la

_{concentration,}

à l’instant t et à distance x du début de la couche de

concentration,

initiale ao : nous en avons

_déjà

déduit dans un

_précédent

mémoire

[4]

la

_quantité

de matière A

_qui,

à l’instant _03C4, est

_passée,

_par

diffusion,

de la couche 1 dans la couche 2 et nous

°

avons construit la courbe A =

/(03C4).

On

peut

aussi

utiliser les nombres _{fournis par les} tables de

Kawalti,

complétées

par

Tubandt,

Reinhold et

Jost

_[5].

Cette courbe A =

f (T)

est

représentée,

avec des échelles

convenables,

en traits

pointillés

sur la

figure 1 ;

elle

s’apparente

bien à l’ensemble

des courbes de cette

_figure.

Mais il est

_remarquable

qu’en multipliant

les seules ordonnées de

_chaque

courbe de la

_{figure 1,}

_par un coefficient constant

pour une même courbe nous

_obtenions,

comme

l’indique

la

_{figure 2,}

la coïncidence de chacune de

ces

_courbes,

avec la courbe A =

f (T) représentée

en traits

_pointillés

sur cette

_figure.

FIG. 2. -

Figure déduite de la _figure 1 ; « a » _indique

l’échelle choisie, en _chaque cas, pour la dift’érence de potentiel résiduelle v.

V = différence de potentiel appliquée.

Courbe de diffusion en _pointillés.

En ce

_qui

concerne les

_solides,

l’évolution de v en

fonction du

_temps

_{d’application}

de la différence de

potentiel

ne semble _{pas avoir} été

_{étudiée ;}

il est

vrai que cette

_évolution,

en ce _cas, est très

_rapide,

ce

_qui

rend les mesures

_{électrostatiques}

difficiles.

Courant de

_charge.

- ALLURE _{DES COURBES.}

-La différence de

_potentiel

utilisée étant

_appliquée

de

_temps

en

_temps,

le courant de l’ordre de 10-9 à

10-10

_ampère

était mesuré _{par la méthode de}

_zéro,

que nous avons

déjà exposée,

au

_sujet

de l’étude de la conductibilité-des isolants

_liquides

_[6],

mettant à

profit

la

_grande

sensibilité des courants de

_plaque

des

_lampes

_{thermoioniques,}

à tout

_apport

de

_charge

même minime sur la

grille.

La

_figure

3 montre les courbes obtenues en

diverses conditions. Il a été vérifié _{par la}

méthode

_[7]

_que nous avons utilisée dans l’étude

des isolants

_liquides,

que ce sont des

_hyperboles.

Si

iF

est la valeur finale du

_courant,

_ro et K des

constantes _pour

_chaque

_{hyperbole :}

’

Considérons successivement chacune des courbes obtenues. La valeur finale du courant étant

_ip,

portons

en ordonnées les valeurs

(i

-

iF),

en

abscisses le

temps,

nous obtenons alors un réseau de courbes non

_figuré

ici. Si nous

multiplions

les

ordonnées de chacune de ces courbes _par un

dA

(fig.

4)

avec la courbe

dA /d03C4=f(03C4)

_marquée

en

poin-tillés sur cette

_figure.

COMPARAISON AVEC LES SOLIDES ET LES _LIQUIDES

ISOLANTS. -- Les

figures

3 et 4 contiennent des

FIG. 3. -

Courant de charge.

, Tr : Huile _pour transformateurs.

V : Différence de _potentiel utilisé.

Cire de Carnauba 580 : échelles _{particulières} à droite.

FIG. 4. En _pointillés

dA

en fonction du _temps.

d-r

LF = valeur finale du courant de charge.

i = valeur du courant à l’instant « a _{» indique} l’échelle choisie en chaque cas.

Huile pour transformateurs

courbes,

relatives à la cire de

_Carnauba,

à

_580,

dont les éléments ont été tirés d’un mémoire de Gross et Denard

_{[8], qui}

sont

_analogues

à celles

que nous avons obtenues. Divers

_auteurs,

en

parti-culier

_{Voglis [9],}

ont _{montré que,} dans le cas des

solides,

les courbes de variations du courant de

charge,

en fonction du

_temps,

sont des

hyperboles,

mais le

courant iF

est nul : z

== -20132013201320132013. 17 étude

(T+To)"

sur la conductibilité des isolants

_liquides,

avec des

électrodes

_{métalliques ordinaires,}

a conduit

éga-lement à des

_hyperboles

de formule

Étude

de la

_décharge.

- COURBES

OBTENUES.

-La

_{ValeUr 1»}

étant

_atteinte,

on relie entre elles les

électrodes,

et l’on

_recueille,

en sens inverse du

courant de

_charge,

un courant

_qui

décroît lentement

en fonction du

_{temps ;}

_§ on

_peut

ainsi suivre la

décroissance de la différence de

_potentiel

rési-duelle v en fonction du

_temps,

mais c’est surtout

FIG. 5. - Courant de

décharge pour différentes épaisseurs de vernis et des différences de _{potentiels appliqués} variées.

dA En _pointillés

dA -

_f(fl. , Huile pour CCl4 transformateurs ’ Fixe. 6. -

QABCMA à la _{charge égale} sensiblement _QDOFNL

à la décharge. *

Huile T 40. V == _{400 volts.}

1 1 re _charge et ’11’e _décharge.

2 2e charge et 2e _décharge consécutives aux _précé-

’

124 A

aux

valeurs

du courant de

décharge

_que nous nous sommes intéressés.

Si l’on choisit

_{respectivement,}

_{pour les}

_courbes,

des échelles telles _{que les} ordonnées à

_l’origine

soient

_égales

entre

_elles,

on

_obtient,

comme le montre la

_figure

_5,

la coïncidence de ces courbes

entre

_{elles ;}

la courbe moyenne se _superpose assez

bien avec la courbe

dA

= f(03C4)

_marquée

en

poin-tillés.

Il a été

_vérifié,

mais l’étude n’a été conduite

qu’en quelques

cas

_seulement,

_que la

_quantité

d’électricité

_{Q’ = 1000}

id-r libérée à la

_décharge

est

o

grossièrement égale

à la

_quantité

Q = 1,00

_{( 1 - iB)d«}

M-1

9

que l’on

peut

déduire des courbes de

charge

corres-pondantes.

C’est ce _{que l’on}

_{peut vérifier,}

_par

exemple

sur la

_figure

6 : la courbe de

décharge

_peut

être obtenue _{par translation de la} courbe de

_charge

d’où

_Qcharge

=

Q’décharge

·

.

COMPARAISON AVEC LES SOLIDES ET LIQUIDES

ISOLANTS. - L’étude des isolants solides conduit

à des courbes de

_décharge

_analogues

à celles _que

nous avons

obtenues ; mais,

à

_température

ordi-naire,

la décroissance est

_beaucoup

_plus

_rapide.

Nous avons _pu tracer des courbes de

décroissance,

aussi

_rapides

_que

_{celles .qui}

concernent les

_solides,

en utilisant des électrodes recouvertes d’une dizaine de couches successives de vernis. Le mémoire de Gross et Denard fournit tout un réseau de courbes

de

_décharge

concernant la cire de

_Carnauba,

à

diverses

_{températures, supérieures}

à la

_température

ambiante,

bien

_{qu’inférieures}

à la

_température

de

fusion,

mais les valeurs initiales du courant ne sont

pas

précisées.

Nous avons utilisé la courbe con-cernant des mesures faites à

58°,

en

_essayant

d’extrapoler grossièrement

la courbe

_jusqu’à

l’axe

des ordonnées

et,

nous avons

_retrouvé,

comme

l’indique

la

_{figure 5,}

la concordance avec la

dA

courbe

d7 - /(-r)

concernant les

_phénomènes

de diffusion.

Dans le cas de

liquides isolants,

avec électrodes

métalliques

ordinaires,

il

_n’y

a _{pas de} courant de

décharge

appréciable ;

mais nous avons

_montré,

dans un mémoire

_précédent

_[10],

comment les

charges

spatiales,

quand

la différence de

_potentiel

V

est

_supprimée,

se

_{répartissent}

très lentement dans le

_liquide

suivant la loi habituelle de la diffusion.

D’ailleurs,

la valeur

zF

étant atteinte et la différence de

_potentiel

V

_supprimée,

_{si, après}

avoir relié les électrodes entre _{elles pour}

_décharger

le

condensateur

_{qu’elles forment,}

on réunit l’une d’elles à

_l’aiguille

d’un

_{électromètre,}

l’autre étant au

sol,

on constate que

l’électromètre

se

charge

très lentement.

b ) Expériences précisant

la nature des

_{phénomènes ;}

interprétation

des résultats obtenus. Différence de

_potentiel

résiduelle. - 1.

Exis-TENCE DE CHARGES DANS LES COUCHES DE VERNIS.

-

Si,

dans le cas d’électrodes

_vernies,

la valeur

finale du courant, étant

_atteinte,

on

approche

respectivement

chaque

électrode d’une lame

métallique isolée,

reliée à

_l’aiguille

d’un

électro-mètre,

on _{constate que la couche de vernis de}

l’électrode

_qui

était réunie au

pôle

_positif

du

géné-rateur est

_chargée

_{négativement,}

_{tandis que la}

couche de vernis de l’autre électrode contient

des

charges

positives.

On

_peut

d’ailleurs détacher

quelques

parcelles

de vernis des

_plaques

et

cons-tater,

en les recueillant dans un

_petit

cylindre

métallique

/relié

à

_{l’électromètre,}

_qu’elles

sont

for-tement

_chargées,

avec les

_signes

_respectifs

_que nous

venons

_{d’indiquer.}

2. PREUVE INDIRECTE DE L’EXISTENCE DES

CHARGES. -

Nous avions eu

_déjà

une _preuve indi-recte de l’existence de

_charges

dans la couche de

vernis,

en étudiant la

_répartition

des

_potentiels

entre deux électrodes recouvertes de vernis

plon-geant

dans un

liquidé

isolant et soumises à une

différence de

_potentiel

continue. La chute accentuée

de

_potentiel,

suivant la faible

_épaisseur

des

_couches,

montrait bien l’existence de

_charges

dans la couche

de vernis

_[11].

3.

éPUISEMENT

DES CHARGES DANS LE _LIQUIDE

ISOLANT. -

Puisque

les couches de vernis

con-tiennent ainsi des

_{charges qui, vraisemblablement,}

FIG. 7. -

Épuisement

des charges dans un _liquide isolant.

La courbe 1 étant obtenue, à l’aide d’électrodes vernies,

on _remplace ces _{dernières par de nouvelles électrodes vernies}

sèches, on obtient 2 ... ainsi jusqu’à 5.

existent dans le

_liquide

isolant,

on doit

pouvoir

progressivement

extraire de ce

_liquide

les

_charges

qui s’y

trouvent.

En

_effet,

réalisons iine

_première

fois pour un

liquide

isolant

donné,

avec des électrodes

_vernies,

la valeur finale

iF

du

_courant,

_puis

retirons les

électrodes du

_liquide

et

_{remplaçons-les}

_{par de}

nouvelles valeurs du

_courant,

dans le _passage du

courant initial au courant

_final,

sont

_{beaucoup plus}

faibles que

précédemment.

Si

nous

_remplaçons

ainsi, successivement,

3 à 4 fois les

_électrodes,

nous

finissons par obtenir des courants très faibles. La

figure

7

_indique

les courbes obtenues en ces

condi-tions avec l’huile « Transformer 40 ».

4. INTERPRÉTATION. - On

peut ,penser

que les

particules

électriques

contenues dans le

_liquide

isolant

_pénètrent,

sous l’influence du

_champ

élec-trique,

dans les _pores du vernis. Une

_partie

de ces

’ charges

restent dans le

_solide,

sans

_pouvoir

se

décharger :

leur

_présence

_produit

la différence de

potentiel

résiduelle v. La

_{pénétration}

des

_charges,

sous l’effet du

champ électrique,

s’effectue de

_façon

analogue

à la

_{pénétration}

sous

l’effet

des forces de

diffusion,

d’un corps dissous dans _{du solvant pur,}

quand

on met la solution en contact avec le solvant.

Dans le cas des isolants

solides,

on

_peut

attribuer la

différence de

_potentiel

résiduelle à des

impu-retés

_{[12] qui, chargées,}

se

_dirigent

vers les élec-trodes au

_{voisinage desquelles}

elles demeurent sans

pouvoir

se

_décharger.

Dans le cas des

_liquides,

avec électrodes

ordi-naires,

on

n’obtient

_{pas de différence de}

_potentiel

résiduelle car les

_particules,

non

_{déchargées qui,}

dans le cas d’une couche

_solide,

adhérant aux

élec-trodes, pénétraient

dans le

_solide,

demeurent dans

le

_liquide,

soumises à

_{l’agitation thermique,}

formant,

sans adhérer aux

_électrodes,

_{d’épaisses}

couches de

_charges

_{spatiales dispersées.}

Courant de

_décharge

et courant de

_charge.

-1. LE COURANT DE DÉCHARGE NE SE PRODUIT _QUE DANS UN MILIEU _QUI CONTIENT DES PARTICULES

ÉLECTRISÉES. -

Quand

la valeur finale

iF

du

courant est

_atteinte,

donc la différence de

poten-tiel

_VM

_réalisée,

sortons les électrodes du

_liquide,

égouttons-les

et mettons-les dans une deuxième

huile « Transformer 40 _», nous

obtenons,

tout de

suite,

comme si le second

_liquide

avait contribué à

charger

les

_électrodes,

le courant de

_{décharge. Si,}

au lieu de

plonger

les électrodes dans l’huile «

Trans-former 40 _», on les

_plonge

dans l’huile de

_paraffine,

on n’obtient aucun courant de

_décharge.

Nous

avons

déjà

été conduits à _penser

[13]

que l’huile de

paraffine

ne contenait pas de

charges,

tandis que

l’huile « Transformer 40 » avait des

particules

chargées

des deux

_signes.

D’où la

_nécessité,

_pour obtenir le courant de

_décharge,

d’avoir un

liquide

à

particules

chargées.

2. DÉCHARGE DES ÉLECTRODES PAR DES IONS

GAZEUX ; ; NATURE ’

ÉLECTROSTATIQUE

DE LA

DÉCHARGE. - La différence de

_potentiel

résiduelle

atteinte,

sortons du

_liquide

isolant l’électrode

_qui

était,

par

exemple,

réunie,

durant la

charge,

au

pôle positif

du

_{générateur,}

fixons-la sur un

_support

isolant et relions-la à l’extrémité d’une résistance R

de

_quelques

dizaines de

_mégohms,

dont l’autre extrémité est au sol.

Disposons alors,

face à l’élec-trode et dans son

_voisinage,

un émetteur de rayons a, de

façon

à ioniser l’air

qui

entoure l’élec-trode. Nous constatons alors

_qu’un

courant circule

dans la résistance

_R,

_que nous _{pouvons évaluer}

par la méthode de mesure des faibles courants

déjà

utilisée pour étudier les courants de

_charge

et de

_décharge.

A

_partir

de la courbe de

_décharge

i =

f( 03C4),

_nous

pouvons calculer la

quantité

d’élec-FIG. 8. -

QDOEND égale sensiblement la moitié de Q ABOMA.

1. _Décharge normale.

2. _Décharge d’une seule électrode par ions gazeux.

tricité

_passée

ainsi durant la

_décharge

d’une seule électrode et constater _que cette

_quantité

_est,

à _peu

près,

la moitié de _{celle que} nous aurions _pu recueillir

avec les deux électrodes

_chargées

dans les mêmes

conditions,

mais laissées dans le

_liquide

isolant

(fig. 8).

,

3. APRÈS LA DÉCHARGE

_:LES

PARTICULES,

QUI

ÉTAIENT

_BLOQUÉES

DANS LES COUCHES DE _VERNIS, SE RETROUVENT DANS LE _LIQUIDE ISOLANT.

-Quand

la

_décharge

est

_achevée,

on mesure de

nouveau, dans le cas de la même différence

_de

potentiel

V _{utilisée pour} une

_{première charge,}

le

courant initial et l’on constate

_qu’il

a, à peu

près,

la valeur

_qu’il

_atteignait

au début d’une

_première

charge.

Sur la

_figure

6 les

_points

concernant une

première

charge

suivie de la

_décharge,

sont

repré-sentés par de

petites

croix ;

ceux

_qui

concernent une deuxième

charge

consécutive à la

première,

suivie de la

_décharge,

sont

_marqués

_{par de}

_petits

cercles.

4. INTERPRÉTATION.

_{-Décharge. -}

L’ensemble

de nos

_expériences

nous conduit à concevoir le

mécanisme suivant : au moment de la

décharge,

des

_particules

électrisées venant du

_milieu,

en

lequel

se trouvent les

_électrodes,

neutralisent les

charges

bloquées

dans les couches de

vernis ;

ces

dernières, neutralisées,

libèrent les

_charges

de

_signe

contraire au

_{leur, qu’elles retenaient,}

_{par influence}

électrostatique,

sur les

électrodes ;

ces

_charges,

libérées,

constituent le courant de

_{décharge ;}

les

126 A

isolant,

la cause encore inconnue

_qui

les avait

chargées

une

_{première fois, les charge}

de _nouveau, elles sont ainsi

_prêtes

à contribuer à la formation d’un nouveau courant initial.

Le

_{charge dq,}

libérée

_{pendant d«,}

donne un courant

dq/d03C4;

il est aisé de _{penser que} ce courant

d03C4 p q

puisse

avoir une allure de

_variation,

en fonction

du

_{temps, analogue}

à celle du taux de matière en

fonction du

temps, dA

_{p ’} suivant

_lequel

un _corps

d03C4 q p

dissous diffuse dans du solvant _pur.

Charge.

- Dans le

cas d’un isolant à l’état

_solide,

où les valeurs finales du courant sont nulles et où

l’on retrouve à la

_décharge,

une

_quantité

d’élec-tricité

_égale

à _{celle que la}

_décharge

a

_fournie,

l’explication

semble aisée. Les

_particules

d’un certain

_{signe, qui}

se

dirigent

vers l’électrode de

signe opposé

au

_leur,

à travers les interstices du

solide

_isolant,

ne

_{peuvent arriver}

à se

_décharger

et

demeurent au

voisinage

immédiat de l’électrode.

Auprès

de l’électrode

_négative

_par

_exemple,

_quand

une

charge

_{+ q}

est ainsi

_bloquée,

_{par influence elle} forme _{- q} sur

l’électrode,

tandis _que, selon les

termes de la

_{physique classique,}

la

_{charge + q}

correspondante

est

_renvoyée

dans le circuit où elle

contribue à former le courant de

_décharge.

Ces

charges

telles

_{que +}

_{q, ainsi}

_{bloquées qui,}

au

_total,

quand

iF

est

_atteint,

ont une valeur

₍₊

_Q)

ont

fourni,

à la

_charge

dans le circuit

_{+ Q}

= 100

i dT.

0

Quand

elles seront neutralisées durant la

_décharge

elles

_donneront,

_{selon le mécanisme que} nous avons

indiqué

plus haut,

une

charge

(-

Q)

d’où,

comme

l’indique

l’expérience,

un courant de

décharge

en

sens inverse du courant de

_charge

et le fait _que l’on

_retrouve,

durant la

_décharge,

une

_quantité

d’électricité

_égale

à celle

_qui

a été mise en oeuvre

durant la

_charge.

Dans le cas d’un

_liquide

_isolant,

avec électrodes

recouvertes de

_vernis,

les

_phénomènes

se

_passent

de

façon analogue,

mais

iF

n’est pas nul. Cela semble

dépendre

du fait que

l’épaisseur

de vernis est

faible ; ainsi, quelques

particules

chargées,

à travers

la couche de

vernis,

peuvent

atteindre

_{l’électrode,}

constituant le courant

iF.

Si,

en

effet,

on utilise des

_épaisseurs

de vernis de

_plus

en

plus fortes,

on constate _{que la}

valeur iF

tend alors vers zéro.

Il

est

aisé de

_comprendre

_{que la}

_quantité

d’électricité

mesurée à la

_{décharge égale la}

quantité 100

_{(i - iF) d03C4}

0

que l’on calcule à

partir

de la courbe de

charge,

les

particules

qui

constituent

iF

n’ayant

pas été

bloquées

dans la couche de vernis.

Dans le cas d’un

_liquide

isolant avec électrodes

ordinaires les

_{charges groupées près}

des

_électrodes,

soumises à

_{l’agitation}

_thermique

du

_liquide,

sont

dispersées

et

_ainsi,

relativement distantes les unes

des

_autres,

ce n’est, _qlle

_lentement,

au bout de

quelques jours,

comme nous l’avons montré

_[14],

qu’elles

se

_{répartissent}

uniformément dans le

liquide.

En ces

_conditions,

les

_charges

_{libérées aux}

électrodes,

par

seconde,

ne sont _pas suffisantes _pour

constituer un courant mesurable.

2. Influence de la différence de

_potentiel

_{appliquée v,}

sur la différence de

_potentiel

résiduelle

_{limite v,}

et sur _{le courant final iF,}

Étude

expérimentale.

- 1. Les courbes 9

con-cernent les variations de v en fonction de V. Si l’on

FIG. 9. -

Variations de la différence du

_potentiel

rési-duelle v en fonction de la différence de potentiel appliquée V.

Fie. 10. - Vérification

de v

_{= a} + bV.

12

v

fait le

quotient !::::,

_q on obtient des droites

(fig. 10).

v _F

(

g

)

On

_peut

donc écrire v

=V/a+bV.

Sur les mêmes

graphiques

sont

_{respectivement}

tracées les courbes

et les droites

_{correspondantes}

relatives à un solide

isolant,

l’azotate _{de sodium par}

_{exemple [15].}

La concordance entre les lois de

variation,

dans le cas

des

_liquides

et dans le cas des

solides,

n’oblige

pas à

penser

qu’il

y a, dans les deux cas, une similitude

dans la nature et le mode de formation des

parti-cules électrisées.

2. Les courbes 11 montrent les

_variations,

en

fonction de

_V,

du courant final

iF

et de

_{( V -}

_v),

rapportant

à

(V - v)

est tirée de la courbe 1 du

graphique

9.

En ce

_qui

concerne les

_solides,

certains

_auteurs,

en

particulier Poole,

ont étudié l’influence de la

FIG. 11. - Variations de la valeur finale du courant en

fonction de la différence de _{potentiel appliquée.} Similitude

avec _{( V - v)} = f V) tirée de la courbe 1 de la

figure 9.

différence de

_potentiel

_appliquée

V sur

iF,

mais

avec des

_champs

_moyens

beaucoup

_plus

intenses

que ceux _que nous avons utilisés. Poole

_[16]

a trouvé que si _{V n’est pas}

_trop

_faible,

on

_pouvait

vérifier la relation

_{log iF}

= A +

BV,

A et B étant

des constantes _pour un même

échantillon,

mais il _{n’a pas}

_interprété

les résultats obtenus. Les

courbes de la

_{figure 11,}

_{pour V} > 200

_volts,

conduisent

_également

à une relation de cette forme.

Interprétation.

2013 1. On

_peut

_poursuivre

la

com-paraison

avec les

phénomènes

de diffusion. Dans le cas d’un _gaz diffusant dans un solide _poreux

[17]

la

quantité

de matière

_qui

diffuse

dans le

_solide,

pendant

un

_temps

donné,

est reliée à la

_pression

du gaz par la formule

Il n’est pas déraisonnable de penser à une

_analogie

entre le

_champ

_{électrique qui,}

au

_voisinage

des

électrodes,

fait

_pénétrer

les

_particules

dans le solide

et la

_{pression qui}

contraint les molécules à

_pénétrer

dans le solide. 1

2. La ressemblance des courbes de variation de

_{(V -}

_v)

et de

_iF,

en fonction de

V,

montre _que

lorsque

iF

est

_atteint,

la loi d’Ohm est

_{applicable :}

( V -

v)

=

RiF

et que,

par

suite, malgré

la for-mation des

_{charges spatiales,}

la résistance du

liquide

isolant est

_pratiquement

constante. En un

seul cas concernant le tétrachlorure de

carbone,

il a été étudié

simultanément iF

et _v, en fonction

de

_{V ;}

en

_appliquant

la loi d’Ohm ci-dessus on constate bien _{que R} est une constante.’ Ainsi

s’explique

aisément le lien entre

iF

et

_V,

sans

recourir à une relation

_analogue

à celle de Poole.

3. Influence de la

température

sur les valeurs

du courant initial et du courant final. Loi

_{exponentielle.}

-

Dans le cas d’isolants à

l’état

_liquide

_(liquides

à

_{hétérocharges),}

avec

élec-trodes

_{métalliques ordinaires,}

nous avons

déjà

trouvé

_[18]

à

_partir

de nombreuses

_substances,

un

lien entre le courant

_{initial io}

et la

_température

absolue T :

FIG. 12. -

Vérification de la _{relation io} =

Ae- "0/kt.

La droite AB résulte de deux séries consécutives d’expé-riences dans les mêmes conditions. 1 re série : _petits cercles ;

2e série : _petits cercles barrés.

W0 FIG. 13. -

Vérification de la _{relation iF} =

Ae- W0/kT.

Droite AB : même remarque que figure 12 et échelle à

droite du _{graphique ;} sauf en ce _qui concerne AB, les données iF ne _{résultent pas} des _{expériences qui} ont fourni les valeurs de _io.

Wo

Nous en avons déduit la formule :

_io

= Ae_ kT avec, en _moyenne,

_Wo

=

0,41

électronvolt. Une

128 A

finales

iF

du courant et la

_{température absolue,}

également,

lan lien de la _forme

₍₁₎

avec

_Wo

=

0,45

électronvolt.

Ce

_lien,

comme

_{l’indiquent}

les

_figures

12 et

_13,

se conserve dans le cas d’électrodes

_vernies,

aussi bien pour les valeurs finales _{que pour les valeurs} initiales du

_{courant ;}

en _moyenne ces courbes

conduisent à

_Wo

=

0,45

électronvolt.

L’influence de la

_température

sur la

conduc-tibilité des isolants solides a fait

_l’objet

de nombreux

mémoires,

mais dans des intervalles de

tempé-rature

_beaucoup

_plus

_grands

_que ceux _que nous

avons considérés. Le

_plus

souvent le lien entre le

courant et la

_température

absolue est la somme de

deux

_{exponentielles,}

_Wo

est

_toujours

de l’ordre de

l’électronvolt _pour

_{chaque exponentielle.}

Interprétation.

- Dans le

cas d’électrodes,

vernies,

comme dans le cas d’électrodes

_ordinaires,

les

_particules

_qui

contribuent à former le courant

initial,

ou le courant

_final,

sont celles

_{qui reçoivent}

une’énergie qui

leur

_permet

de franchir une barrière

de

_potentiel

voisine de

_0,45

électronvolt. 4. Conclusions

_générales.

1. Dans le cas d’électrodes

_vernies,

seuls les isolants

_liquides

en

_lesquels

se

_forment,

_par

appli-cation d’une différence de

_{potentiel continue,}

auprès

de

_chaque

_électrode,

des

_charges

de

_signe

contraire à celui de cette électrode

_(liquides

à

hété-rocharges)

conduisent à des lois bien définies. Ces lois ont été mises en évidence à

_partir

du

tétra-chlorure de carbone _{pur pour}

_analyses

et de l’huile pour

transformateurs

(T. 40).

2. Toutes les lois obtenues sont

_analogues

à celles

qui,

respectivement,

concernent les isolants solides.

L’application

d’une différence de

_potentiel

V

_forme,

entre les

_électrodes,

une différence de

_potentiel

résiduelle v. Les courbes de variations de _v, en

fonction du

_temps

_{d’application}

de

_{V, peuvent}

coïncider,

avec un choix convenable des

_échelles,

avec la courbe de

_variation,

en fonction du

_temps

_r,

de la

_quantité

de matière A

_qui

diffuse d’une

solution,

dans une couche de solvant pur,

qui

lui

est

_superposée.

Les variations du

_courant,

durant la formation de v et durant la

_décharge,

obtenue en

utilisant la cuve à électrodes

_polarisées

comme un

générateur,

sont

_{représentées}

_{par des courbes}

d’allure

_{hyperbolique, comparables}

à la courbe

dA

dA =

_{f( 03C4).}

L’étude de l’influence de V sur v montre

dr

f(03C4 )

V

que 2013

est fonction linéaire de V et

_peut

être

q v

rapprochée

de l’étude de l’influence de la

_pression

sur la

_quantité

de gaz diffusée dans un solide

poreux.

3. Les lois concernant la formation de la dif-férence de

_potentiel

résiduelle

_{s’expliquent}

_par

l’accumulation,

dans la couche de vernis

_qui

recouvre

_{chaque électrode,}

de

_charges

de

signe

contraire à celui de cette électrode. Le courant de

décharge

est dû à la neutralisation de ces

_charges

par des

particules

contenues dans le

_liquide

isolant. 4. Dans le cas d’électrodes

_vernies,

comme dans

celui d’électrodes

_ordinaires,

les valeurs du courant

initial et celles du courant final

_sont,

respec-tivement,

reliées à la

_température

_{absolue par des} lois

_{exponentielles}

de même

_forme,

avec même

valeur

_{numérique d’exposant.}

On en déduit que,

dans les deux _cas, les

_{particules qui}

contribuent à

la formation du courant initial et à celle du courant

final,

sont celles

_qui

_reçoivent

une

_{énergie qui}

leur

permet

de franchir une barrière de

_potentiel

voisine de

_0,45

électronvolt.

Manuscrit _{reçu ,le} 21 mai 1956.

BIBLIOGRAPHIE [1] En particulier SCHUMAN, Z. _{Physik, 1932, 79,} 532.

JAFFÉ, Ann. _{du P., 1932, 16,} 217. _JOFFÉ, ROJANSKY

(D.) et SINJELNIHOW _(K.), Z. _{Physik, 1930, 66, 143.} [2] GUIZONNIER

_(R.),

Étude des _{charges spatiales} dans les huiles isolantes. Rev. Gén.

_Élect.,

avril _1954, 489-500.

[3] GUIZONNIER

_(R.),

Étude en courant continu de la conductibilité du tétrachlorure de carbone, du

ben-zène, du sulfure de carbone, d’isolants solides à

l’état _liquide et de la répartition des _potentiels en

liquides

(champs

inférieurs à 2 _kV). Revue

Géné-rale de

_{l’Électricité,}

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[4] Étude de la conductibilité des huiles isolantes. Rev. Gén.

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[9] VOGLIS _{(G. M.),} Z. _{Physik, 1938, 109,} 12.

[10] Étude de la conductibilité des huiles isolantes

_(op.

cit.,

p. 253).

[11] GUIZONNIER _{(R.), Répartition} des _potentiels dans le tétrachlorure de carbone soumis à une

diffé-rence de potentiel constante (champs inférieurs

à 1 500 V : _cm). J. _{Physique Rad.,} 16 _juillet 1955,

58-60.

[12] SMEKAL, Z. Physik, 1935, 36, 742.

[13] GUIZONNIER (R.), Étude des charges spatiales dans les huiles isolantes soumises à une différence de

poten-tiel continue. Conclusions sur la conductibilité de ces huiles. Rev. Gén.

Élect.,

1954, 63, 498.

[14] Étude de la conductibilité des huiles isolantes (op. cit.,

p. 253).

[15] HOCHBERG et _JOFFÉ, Z.

_Physik,

1930, 66, 172.

[16] POOLE, Phil. Mag., 1921, 42, 488.

[17] JOST _{(N.), Diffusion, p. 303,} courbes d’après BARRER et IBBITSON.

[18] GUIZONNIER _(R.), Étude de l’influence de la

tempé-rature sur la conductibilité des isolants à l’état liquide. C. R. Acad. Sc., 1955, 421, 670-672.

[19] Étude faite en collaboration avec M. MONSONEGO