Sur les électromètres de thomson

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Submitted on 1 Jan 1875

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Alfred Angot

To cite this version:

Alfred Angot. Sur les électromètres de thomson. J. Phys. Theor. Appl., 1875, 4 (1), pp.297-304.

�10.1051/jphystap:018750040029700�. �jpa-00237090�

297

SUR LES ÉLECTROMÈTRES ^DE THOMSON;

PAR M. ALFRED ANGOT.

Les instruments de mesure que sir William Thomson a intro- duits en électricité ont réalisé un tel

progrès

^{sur tout ce}

qui

^avait

précédé,

que ^leur

emploi

^est bientôt devenu universel. Bien que les

principes

^sur

lesquels

^{ils reposent soient}

aujourd’hui parfaitement

connus de tous, les détails

particuliers qui

^les rendent si

précis

^{et si}

commodes sont souvent encore

ignorés.

^{L’auteur a donné une des-}

cription complète

^{de ses} instruments

(1) ;

^{mais elle est}

quelquefois

un peu

pénible

^à

comprendre,

^{car il}

s’y

^{est attaché à suivre l’ordre}

même des idées par

lesquelles

^{il a}

passé

lors de leur

Invention,

donnant à leur date les dii~érentes additions

qu’il

^{leur a faites suc-}

cessivement. Il peut ^{donc être de}

quelque

^utilité de revenir sur cette

question.

Les instruments définitifs

proposés

par ^sir lvilliam Thomson pour satisfaire ^aux différents besoins de l’électricité

statique

^sont

au nombre de

six,

^{mais se} ramènent à deux classes

principales :

^les

électromètres de

torsion,

dérivant des balances de Coulomb ^et de

Hankel,

^et les électromètres

absolus,

^{où l’on}

pèse

réellement l’élec- tricité en déterminant directement en unités de forces, gramme ^et

milligramme,

^{la valeur} de l’attraction ou de la

répulsion électrique.

Les types ^{de ces deux}

catégories

d’instruments _sont, pour la pre-

mière,

l’électromètre it

~zcccclnnnts,

pour la

seconde,

^{le nouvel}

électromètre absolu. C’est _par ce dernier que nous commence-

rons, certaines de ses

particularités

^{étant utiles} à connaître pour l’étude de l’électromètre à

quadrants.

I. ^-

Électromètre

absolu.

’ Le modèle

primitif

^de l’électromètre absolu était une

simple

^ba-

lance : à la

place

^{d’un des}

plateaux

^était

suspendu

^un

disque

^métal-

lique communiquant

^{avec une des sources} d’électricité dont on

e) Report of Papers ^on Electrostatics and Jlagnetism, p. 26o à 310.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018750040029700

potentiel ;

relation avec un second

disque placé

^en dessous du

premier.

^En

mettant des

poids

dans le second

plateau

^{de la}

balance,

^on

pouvait équilibrer

l’attraction des deux

disques

^{et les ramener à une dis-}

tance fixe connue. Si les dimensions des

plateaux

^sont

grandes

par rapport ^{à leur}

distance,

^on peut ^leur

appliquer

les formules de l’at- traction de deux

plans infinis ;

^en

appelant

^V leur différence de

potentiel,

^{D leur}

distance, S

leur surface et F l’action

électrique qui

^{s’exerce entre eux,} le calcul conduit à la formule

Le

procédé

^{était assez délicat} pour que, ^dans les

expériences

^de

M.

T11o111SOI1,

l’attraction

produite

^{à une} distance de i millimètre

entre les deux

plateaux

pour ^une diliércncc de

potentiel égale

^à

celle de mille élément Danicll fùt de

5gr,

7o pour

chaque

^décimètre

carré de surface.

Cet instrument était

incommode,

^car il fonctionnait dans une

position d’équilibre instable ;

^de

plus

il n’était pas

permis

^{de lui}

appliquer rigoureusement

les formules des

plans ^infinis,

^{car cellcs-ci}

supposent ^{une densité}

électrique

^{constante sur le}

plateau,

^ce

qui

^est

loin d’avoir lieu

quand

^on

approche

des bords. Aussi l’un des per- fectionnements les

plus remarquables

que lui ^ait

apportés

^{31. Thom-}

son a été l’invention du

plateau

^de

garde (guard plate) qui

^ramène

l’appareil

^aux conditions

théoriques.

^Le

disque supérieur

^mobile

sur

lequel

^{s’exerce l’action est}

petit,

^mais peut ^{se mouvoir sans frot-}

tement dans une ouverture circulaire

pratiquée

^{au centre d’un}

grand plateau

^avec

lequel

^{il est en} communication

métallique,

^et

qui

^{constitue le}

plateau de 8’arde .; quand

^le

pctit disque

^{se trouve}

dans le

plan

^du

plateau

^de

garde,

^{il en} forme l’élément

central,

^et

sur cet élément les formules des

plans

indéfinis deviennent

appli-

cables en toute

rigueur, puisque

la densité

électrique

dans les par- ties centrales d’un

disque

est constante et ne varie que

très-près

des bords.

Au lieu de conserv er pour lc

disque

^{mobile la}

suspension

^{de la ba-}

lance, :B1.

Thomson y ^a substitué une

disposition plus commode, qui

consiste à le porter par des ^ressorts

d’acier,

^{attachés eux-mèmes à}

l’extrémité inférieure d’une vis

micrométrique

^{à tête divisée.}

Quand

299 le

disque

^est

^attiré,

^{les ressorts} fléchissent et, ^au moyen de la

vis,

on ramène le

disque

^{dans le}

plan

^du

plateau

^de

garde ;

^{on lit alors}

non pas la valeur de la

furcc,

^mais la flexion des ressorts, ^{en tours} de vis et fractions de tour. Pour

graduer l’appareil

^{et elle déduire}

des mesures

absolues,

^il

suffira,

^{tout étant à} l’état neutre, ^de

charger

le

disque

^{mobile de}

poids variables

^{et de lire à}

chaque

^{fois la valeur}

de la flexion.

Dans la

fig.

^1,

qui représente

l’ellsclnble de

l’appareil,

^{on aper-}

çoit,

^{au centre du}

plateau

^de

garde B,

^le

petit disque

^mobile

porté

Hg. ^{1 .}

par les

ressorts S ; la vis,

^{dont la tète divisée C se trouve à la}

partie supérieure

^de

1 instrument,

^{donne les fractions} de tour, les ^tours entiers étant

indiqués

par ^une échelle que le couvercle

empêche

^de

voir. De

plus,

pour ^{éviter toute} influence des corps extérieurs ^sur

partie supérieure disque

portions

^{de boites}

métalliques D,

^en communication avec le

plateau

de

garde,

^{et dont l’une des deux a été}

rejetée

^{sur le côté} pour laisser v oir le

disque

^mobile.

Le

plateau attractif A,

^un peu

plus petit

que ^le

plateau

^de

garde B,

est

porté

par ^un

pied

^isolant terminé par ^une vis

micrométrique

dont le bouton ^se voit en

C~,

^{à la}

partie

inférieure de

l’appareil.

En m se trouve une échelle avec vernier

qui

donnera la distance des deux

plateaux.

^{Comme il serait} difficile d’obtenir ex actement cette

quantité

^{en valeur}

absolue,

^{on ne} déterminera que les ^difl’é-

rences des distances de la manière suivante. Le

plateau

^de

garde

^B

et le

disque

^{mobile sont mis en} communication permanente ^avec

une source d’électricité à

potentiel

^{constant, tandis} que le

plateau

^A

est réuni nécessairement par l’intermédiaire d’un ^{fil r et} d’une

tige métallique

^{ou électrode}

^E,

^{avec les} deux corps dont ^{on veut mesu-}

rer la dnierence de

potentiel.

^{La vis}

supérieure

^{C étant}

placée

^à

une

position convenable,

^{on ramène le}

disque

^{mobile dans le}

plan

du

plateau

^de

garde

^en

déplaçant

convenablement le

plateau

^at-

tractif A.

Soient D, ^la distance des deux

plateaux quand

^{cette condition}

est

réalisée, ^{V, le} potentiel

^{commun au} corps étudié ^{et à}

A, V

^le

potentiel

^{constant du}

plateau

^de

garde

^et F la force

qui

^s’exerce

alors,

^{et dont la valeur est} donnée par l’échelle

supérieure

^{et les}

divisions de la tête de vis

C ;

^{on a entre ces}

quantités

la relation

Dans la seconde

expérience, quand

^{on fait}

communiquer

^{A avec le}

second corps, ^{on a} de même

de ces deux

équations

^{on déduit}

La différence cherchée

V~

^- V 2 ^{est ainsi} déterminée au moyen de

quantités qui

peuvent être mesurées très-exactement.

301

Telle est la marche

générale

^des

expériences,

^{mais on} voit que, pour

appliquer

^ce

procédé,

^{le seul}

rigoureux

^et

commode,

^{il faudra}

ajouter

^à l’instrument ^un certain nombre de

pièces accessoires ;

^ce

sont :

1 ° Un

appareil

pour

indiquer quand

^le

disque

^{mobile se trouve}

exactement dans le

plan

^du

plateau

^de

garde ;

2° Une bouteille de

Leyde qui

^{donne au}

plateau

^de

garde

^{et au}

disque

^le

potentiel

^constant

V ;

3° Une

jauge

^ou

rnescLneun ~ it~iostatie gauge),

^{sorte d’électro-}

scope

qui indique

^{si le}

potentiel

^V

supposé

^{constant ne} varie pas ; 4° ^{Enfin un}

j~e~~j~odzccteicr

^de

clz~cJ~~, e ~ replcnishen ~,

^{servant à}

augmenter ^ou à diminuer la

charge

^du

plateau

^de

garde,

^de

façon

^à

le ramener

toujours

^au

potentiel

^V.

Pour vérifier que le

plan

^du

plateau

^de

garde

^{contient exacte-}

ment le

disque mobile,

^celui-ci porte ^{à sa}

partie supérieure

^{un che-}

vell tendu liorizontalement. Au moyen d’une

loupe, figurée

^en

l,

ce cheveu vient donner une

image

réelle dans le

voisinage

^des pa- rois de la _cage, entre deux

repères

verticaux V

portés

par le

pla-

teau de

garde

^et très-voisins l’un de l’autre. On peut ^{observer cette}

image

^{avec une}

loupe 1’ placée

^{en dehors de la} cage, ^et les

repères

ont été

réglés

^de

façon

que

l’image

^{du cheveu soit}

juste comprise

entre eux

quand

^le

plateau

^de

^garde

^{et le}

disque

mobile forment

un même

plan.

La bouteille de

Leyde qui

maintient le

plateau

^de

garde

^{et le}

disque

^au

potentiel

^{V est} formée par la cage elle-mêrne. Celle-ci

est

cylindrique

^et faite d’un flint blanc

particulier, fabriqué exprès

à

Glasgow, très-peu hygrométrique,

^et

possédant

^des

propriétés

isolantes

remarquables.

^{Les deux} surfaces de ce

cylindre

^{de verre}

sont couvertes à une certaine hauteur de deux bandes d’étain : l’une intérieure forme l’armature interne de la bouteille et

communique

avec le

plateau

^de

garde ;

^l’autre extéricure

communique

^{avec le}

sol. Les feuilles d’étain sont, ^du reste,

percées

^{d’oun ertures}

qui

laissent _passer la lumière et perlnettent d’observer les

pièces

^inté-

rieures. On

charge

^cette

bouteille,

^{soit avec un}

électrophore,

^soit

avec une lame de caoutchouc durcie et frottée avec de la peau de chat. L’intérieur de la _cage

conticnt,

^en outre, ^{de la}

pierre

ponce

imprégnée

^d’acide

sulfurique

pour dessécher

l’air,

et,

gràce

^{à ces}

précautions,

et surtout à la nature du _verre, la perte ^de la bouteille

très-faible,

peut pas

dépasser vingtième charge

huit

jours.

^La

qualité

^{du verre}

joue

^{donc un rôle}

prépondérant

^sur

lequel

^{il est utile} d’insister, ^{bien des} insuccès,

quand

^{on a voulu}

imiter les

appareils

^de

31. Thomson,

^{étant dus}

simplement

^{à cette}

cause..

La

jrzl~bP qui

permet de vérifier si la

charge

de la bouteille ^a

changé

^{est une} véritable balance

électrique, représentée

^{en J sur la}

figure générale,

^{et dont} les détails sont donnés dans la

fig.

^2.

Fig. ^2. Fiv. ^3.

Elle se compose ^d’une

petite plaque

^carrée d’aluminium _{p, dis-}

posée

horizontalement au-dessus d’un

disque

^{en relation} perma-

nente avec le

plateau

^de

garde

^{B. Ce}

disque

^est

^caché,

^{dans la}

figure générale,

par le couvercle de la cage, mais ^on

aperçoit

^{sur la droite}

la

tige qui

^{le relie au}

plateau

^{B. La}

plaque

^{p est 111unie d’une}

longue

queue

lz, également

^en

aluminium,

^et portant ^{à son extrémité un} cheveu horizontal. Le tout est

suspendu

^{sur un fil de}

platine f qui

passe par deux

petits

^trous

percés

^{dans la}

plaque,

^{et entre}

lesquels

celle-ci est

repliée

^{en forme de}

gaufrage,

^de

façon

que le fil ^reste

toujours

^{tendu et ramène la}

plaque

^{dans une}

position

déterminée.

Quand

^le

disque

^inférieur

F, qui communique

^{avec le}

plateau

^de

garde B,

^est

électrisé,

^{il attire la}

plaque

¹⁾

qui communique toujours

avec le sol. Pour que dans les dinerentes

expériences

^le

potentiel

^V

soit le même, ^{il faut} que l’attraction exercée sur p amène le

cheveu, porté

par la _queue

h,

^{entre deux}

repères,

^ce que l’on ^{observe avec} la

loupe

^1.

L’appareil

porte ^{en outre} deux butoirs

qui empêchent

la

jauge d’éprouver

^{de trop}

^grands déplacements

^et le cheveu de

303 sortir du

champ

de la vision. Enfin le tout est recouvert d’une

plaque métallique

^formant

couvercle,

^et

communiquant

^{av-ec le sol}

pour

prévenir

^{toute influence} des corps électrisés extérieurs sur la

jauge.

La dernière

pièce

^{est le}

reproducteur

^de

charge ~re>>lenis7zeo),

^’)

petite

^machine

électrique

^{à influence}

qui

^{amène le}

plateau

^de

garde

à la valeur constante que doit marquer la

jauge ;

^la

place

^{en est}

indiquée

^{en R}

(fig. 1 ~

^{et les détails se trouvent dans}

la . fi~ .

^3.

Il se compose de deux conducteurs courbes A et

B, coupés

^dans

un même

cylindre ;

^{l’un A}

communique

^avec l’armature interne de la bouteille de

Leyde

^{et le}

plateau

^de

garde,

^{l’autre B est relié au}

sol. En leur centre ces deux

cylindres

portent ^{deux ressorts métal-}

liques

^a,

^b, commurliduant respectivement

^avec chacun d’eux et

qui

" débordent à l’intérieur. Deux autres ressorts C et D sont

comprise

entre les deux conducteurs A et

B ;

^{mais C est} très-voisin de

B,

^et

D de

A ;

^de

plus

^{ces deux derniers} ressorts sont reliés entre eux par

un fil

métallique,

^{mais sont isolés du reste de}

l’appareil.

^{Enfin deux}

plaques

^{de métal}

P, Q

^sont

portées

^{au centre de tout le}

système

par

un axe isolant T de caoutchouc

durci,

^terminé par ^{un bouton}

E, qui

^{sort de la} cage, ^et permet ^{de faire tourner les deux}

plaques P, Q qui,

^{dans leur mouvement de}

^rotation,

^{viennent toucher les} quatre

ressorts a,

b, C,

^D.

Supposons

que le conducteur

A, qui communique

^{avec le}

plateau

de

garde

^et l’armature interne de la

bouteille,

^soit

chargé

d’électricité

positive ;

^{le ressort D}

qui

^{en est le}

plus

^{v oisin se}

charge négative-

ment par influence ^et C devient

positif.

^{Faisons tourner} le bouton E de

façon

que les

palettes P, Q

viennent toucher successivement

D, b,

^C

puis

^{cc. En touchant}

b, qui communique

^{avec le}

sol,

^les

palettes

^{sont ramenées à l’état neutre ; au contact de C elles se char-}

gent

positivement

^et arrivent ainsi au ressort 7;

là,

^{comme elles se}

trouvent dans l’intérieur du conducteur

A,

^elles

perdent

^{leur élec-}

tricité, qui

^{va se} porter ^{sur la} face extérieure, et, par

suite,

^{sur le}

plateau

^de

garde

^dont elle augmente la

charge.

^En

D,

^elles prennent de l’électricité

négative,

^{mais la}

perdent

^sur b pour recommencer

de nouveau.

Ainsi,

^à

chaque

^{tour de}

bouton,

^{on a}

augmenté

^la

charge

de

l’appareil

^{de la}

quantité

d’électricité

qu’ont prise

^{les deux}

palettes

^{P et}

Q.

Si l’on faisait tourner le bouton E en sens inverse, ^{il est bien clair}

qu’on

par suite ^on diminuerait la

charge

^de l’instrument.

Malgré

^les

petites

dimensions de ^ce

reproducteur,

^{il donne assez}

d’électricité _pour permettre ^de rattraper ^en

quelques

^{tours les} pertes de la

bouteille,

très-faibles du reste, ^{comme nous} l’avons _vu,

quand

le verre de la bouteille est de bonne

qualité.

Tel _{est, dans} tous ses

détails,

l’électromètre absolu de )1. Tllonlson.

Pour déterminer ^avec lui la différence de

potentiel

^{de deux sources,}

la marche serait alorsla suivante : on commence par

charger

^l’arma-

ture interne avec un

électrophore

^{ou une lame de} caoutchouc

frotté;

puis,

^au moyen ^du

reproducteur

^{et de}

I a ~ auge ~

^on

amène,cette charge

à la valeur constante

qu’elle

^doit

toujours

^{avoir. On se} donne ensuite

une

position

arbitraire de la vis

qui

porte ^le

disque mobile,

^cette

position

^étant choisie seulement de

façon

telle que la distance des deux

plateaux,

^{lors de}

l’équilibre,

^{ne soit ni} trop

grande,

ⁿⁱ trop

petite; puis

^{on fait}

communiquer

^le

plateau

^{inférieur avec l’une des}

sources en faisant varier sa

position jusqu’à

^{ce que le}

disque

^mobile

ne forme bien

qu’un plan

^{avec le}

plateau

^de

garde. On»obtient

^ainsi

la force F

qui

^{s’exerce entre les deux}

plateaux

^{et leur distance D~ .}

On recommencera de même avec la seconde _source, et, ^au moyen de la formule donnée

plus

^{haut, on en déduira} immédiatement la dif- férence de

potentiel

^{en unités absolues.}

Cet instrument servira surtout à comparer ^{entre eux tous} les électromètres à échelle arbitraire et permettra ^{de tirer}

d’eux,

par

exemple

^de l’électromètre à

quadrants,

des indications

comparables

les unes aux autres et

exprimées également

^{en unités absolues.}

Les

dispositions générales

^de l’électromètre absolu se retrouvent

dans un

grand

nombre d’autres instruments

proposés

par sir W. Thomson. Citons _par

exemple

l’électromètre

portatif (portable e/?c/7~7~?tey’),

convenable _pour les recherches d’électricité atmo-

sphérique

^en voyage ; l’électJ~on~ètJ~e ^il

grande

^course

(long

range

electronteten ~ , qui

permet ^{de mesurer le}

potentiel

^des

plus puis-

santes machines

électriques,

^etc.

~~ suivre.)