HAL Id: jpa-00238094
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Submitted on 1 Jan 1883
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Sur la résistance électrique du verre aux basses températures
G. Foussereau
To cite this version:
G. Foussereau. Sur la résistance électrique du verre aux basses températures. J. Phys. Theor. Appl.,
1883, 2 (1), pp.254-266. �10.1051/jphystap:018830020025400�. �jpa-00238094�
254
SUR LA RÉSISTANCE ÉLECTRIQUE DU VERRE AUX BASSES
TEMPÉRATURES;
PAR M. G. FOUSSEREAU.
1.
l~ts~~osLttom
des~>x~I~éi°Le~c~.~.
-Quand
on veut déterminerla résistance de substances très
isolantes,
comme le verre, la né- cessité de maintenir les surfaces dans un état t de siccitéparfaite en1pèche,
engénéral, d’opérer
sur des échantillons d’unegrande
dimension. Il est donc
indispensable d’employer
une méthodet rès sensible. Dans l’état actuel de la
Science,
cellesqui
sont fon-dées sur
1’tisa-@e
dugalvanomètre
nepermettent
pasd’apprécier
laconductibilité du verre aux basses
tenlpératures,
les résistances effectivesqu’il s’agit
de mesurer directementatteignant quelque-
fois IJ ou 20 millions de
mégohms. Mais,
si le courantqui
Ira-verse une
pareille
résistance nepeut communiquer
à uneaiguille
din1antéc une déviation
perceptible,
il est néanmoinscapable
defournir à la
longue
unequantité
d’électricité suffisante pour don-nier aux armatures d’un condensateur de
capacité
connue une dif- férence depotentiel appréciable.
Un électromètre sensible pourramesurer cette différence et donner ainsi une mesure de la résis-
tance cherchée.
~Ies
expériences
ont été exécutées avec des tubes àréaction,
yFig. j.
fermés par un
bout,
de diamètre de i à 2(’m etd’épaisseur
bien ré-gulière.
Le tube T contenantjusqu’à
une llauteur de 3 à6~"’,
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018830020025400
255
un
liquide
conducteur -§plongeait
dans uneéprouvette E,
conte-nant une
seconde
masse A’ du mêmeliquide jusqu’à
la même hau-teur. Le
pôle positif
d’unepile
P était mis en communicationavec le
liquide
extérieur A’. Leliquide
intérieur 4 communi-quait,
d’unepart,
avec des armatures L d’un condensateurLL’,
d’autre
part
avec le mercuresupérieur
81 de l’électromètre. Lepôle négatif
de lapile
était relié au mercure inférieur ~I’ et à la seconde armature L’ du condensateur. L’électricité de lapile
traversait donc
l’épaisseur
du tube de verre pour se rendre de là dans le condensateur et l’électromètrequi
sechargeaien t
simulta-nément.
Le mercure de l’électromètre se
déplaçait plus
ou moins lente-ment vers la sortie et l’on arrêtait
l’expérience quand
cedéplace-
ment avait atteint une
grandeur
déterminée par un micromètre etcorrespondant
à une différence depotentiel
que l’on avaitpréala-
blement observée. La durée de la
charge
était mesurée danschaque expérience
par les battements d’un métronome.La
pile employées
était unepile
de Volta de 3 à 100 élémcnts.La différence de
potentiel développée
dans le condensateur et l’élec-~ volt
tronlètre
était,
engénéral,
voisine de 20132013? 100 cequi
estlargement suffisant, puisque
l’électromètreLippiiiaiin
est sensible à Iouoo10000de volt. Cette variation de
potentiel
était doncnégligeahle
parrapport
à la force électromotrice de lapile.
Lacapacité
du con-densateur
employé
était ordinairement i microfarad. Le conden-sateur et la
pile
étaientportés
sur dessupports
isolants pour éviter toute communication indirecte d’électricité à l’électro- m è tre .Quand
onopérait
à destempératures
nedépassant
pas 60" ou80%
leliquide
conducteur était de l’acidesulfurique
concentréqui
servai t en même temps de matière desséchante. Les deuxmasses d’acide étaient reliées aux autres
parties
du circuit par des fils deplatine
contenus dans des tubescapillaires
en verrejusqu’au voisinage
de leur extrémité. Ces fils étaient ainsicomplètement
isolés des
parois
des vases. Tout cetappareil
était entouré d’unmanchon de verre
qui
neprésentait
que les ouvertures nécessairesau passage des fils conducteurs.
On ne
commençait
lesexpériences
queplusieurs
heuresaprès
l’installation. L’air intérieur du manchon et les
parois
des vasesétaient alors bien desséchés. On le reconnaît
à
la concordanceparfaite
des résultats obtenus aux mêmestempératures
à desjours
différents. J’ai encore obtenu des résultats
identiques
en faisantvarier dans le
rapport
de 10 à 1 la hauteur de laparoi
libre dutube
qui
surmontait les deux couchesliquides,
cequi
n’aurait pu avoir lieu dansl’hypothèse
d’une conductibilitésuperficielle.
Pour
opérer
auxtempératures supérieurs
àSo°,
où l’on n’aplus
à craindre l’humiditésuperficielle, j’ai
reconnuqu’il
était tavantageux
deremplacer
l’acidesulfurique
par du mercure, parce que l’acide commence, à cestempératures,
à se volatiliser assezvite pour
déposer pendant
la durée del’expérience
une coucheliquide
continue sur lesparois supérieures
auliquide.
Je mesuis
du reste, assuré de l’identité des résultats obtenus en
opérant
suc-cessivement avec ces deux
liquides
entre4o’ eu
80°.Pour obtenir une
températur e
uniforme et lentementvariable,
on installe la base de
l’appareil jusqu’à
un niveau notablement su-périeur
à celui duliquide
dans un bain d’huile entouré lui-même d’un bain de sablequ’on peut
échaufferprogressivement.
Pour les’températures
inférieures à latempérature ambiante,
onremplace
le bain de sable par un
mélange réfrigérant.
Certains verres ont tpu être ainsi étudiés
jusqu’à - i ~°.
II. Déternlinatioll de la résistance. -
Désignons
parE la force électromotrice de la
pile;
pi et P2 les rayons intérieur et extérieur du
tube ;
fi la hauteur du
liquide;
r la résistance
spécifique
du verre par centimètrecube;
c la
capacité
du condensateur et c’ celle del’étectromètre ;
e la différence de
potentiel communiquée
àl’électromètre.
La
quantité
d’électricité transmise dans letemps
0 à travers le tube de verrecylindrique
estD’autre
part, _cette quantité
étantégale
à lacharge (c
-E-c’~e,
257 reçue par le condensateur et
l’électroolètre,
on en déduitPour calculer la
résistance,
il faut connaître lacapacité ajoutée
au condensateur par l’électromètre. Cette
capacité
esttoujours
assez
grande
avec l’électromètreLippmann.
On
commençait
par déterminer lacapacité
de l’électromètreaprès
une minule decharge.
Pourcela,
onchargeait
le condensa-teur seul
pendant
une minute à une difl’érence depotentiel
con-nue
V, puis
on mettait ses armatures en communication avec les deux mercures de l’électromètrependant
une autre minute. L’in- dication de ce dernier étantnotée,
on cherchait ensuite directe-ment à
quelle
valeur V’ dupotentiel
ellecorrespondait.
La quan- tité d’électricité étant restée lamême,
on a la relationci’oii l’on tire
D’autres
expériences
ont été exécutées endisposant
en cascadele condensateur et l’électromètre. On
développe pendant
une mi-nute, entre les deux extrémités de la
cascade,
une différence élec-trique
totaleV,
et l’onobserve,
dansl’électromètre,
une différenceplus petite V28
Il est facile de voir que cesquantités
SOn t liées par la rela tionCes deux méthodes donnent très sensiblement le même résultat
f moyen
omf, 24.
Les écarts entre lesexpériences
faites à desjours
différents ne
dépassent
pasomf,o l, quand
on asoin,
ayantchaque
séance,
de faire rentrer un instant le mercure de L’électromètre pour le mouiller sur unelongueur
déterminée.Mais la
capacité
de l’électromètre augmente lentement avec letemps
decharge, grâce
à unedépolarisation progressive.
La ca-pacité
ducondensateur,
moinssu jette
àvariation,
ne reste pas nonplus
absolument constante. Ilimporte
d’éliminer ces causes d’er-reur. Pour étudier les variatj ons de la
capacité
totale c + c’ = (1,on la
charge pendant
une minute à unpotentiel U 1, puis
on oL-serve les
positions
de la colonne mercurielle de l’électromètreaprès
2,3,
... minutes. On détermine lespotentiels
correspon- dantsU2, U;~,
....Désignons
parCI, C~, ~3, ...
lescapacité,
totales aux mêmes
instan ts ;
on aet
puisque C,
vautImf,24,
on en déduira facilementGz, CI’...
Un
procédé analogue
a étéemployé
pour les durées decharge
inférieures à une minute. On
peut
donc dresser une Table ration- nelle des corrections àapporter
à lacapacité
suivant la durée de lacharge. Après 2
minutes decharge,
parexemple,
lacapacité..
totale s’est élevée de
Jmf,24
à1 "’f, 28 ; après
3 minutes ài"~,3j ;
;après
3osecondes,
elle n’est que1~,21.
Nous avons
supposé,
dans le calcul de larésistance,
que le verre traverséprésentai t
la formecylindrique.
Il n’en est pas ainsi pour le fond dutube,
dontl’épaisseur
nepeut être,
du reste,supposée
uniforme. Pour éliminer cette
incertitude,
onopérait plusieurs
fois sur le même tube aux mêmes
températures,
enchangeant
lihauteur des masses
liquides
conductrices.Désignons par Z
et l’ les hauteurs desparties cylindriques
occt,-pées
par leliquide
dans deuxexpériences différentes,
et par x la hauteur d’un tube C)lindrique
de .111ênle rayon eu de mêmeépai~-
seur, dont la cond uctibili té serait
égale
à celle du fond. Les quan- tités d’électricité transnlises dans l’unité detemps
à la même1 1 x
température
sont entre elles dans lerapport y2013 .
i’ =x Onpeut
doncdéuerminer x et, par
suite,
la hauteur It = 1 + x à introduire dans la formule.Au moment oû l’on établit le
circuit,
le tube de verre secharge
,d’abord comme un condensateur. Ses couches intérieures absor- bent ensuite peu à peu une certaine
charge électrique
nécessairepour les amener à l’état déhnitif
qui correspond
à la chute de po- tentiel établie entre les faces. Pendant cet étatvariable, plus
oumoins
prolongé
suivant la nature du verre, mais nedépassant ja-
mais
quelques minutes,
les effets de lacharge
du verre se super-posent
à ceux de la conductibilité. On commence les observations259
quand
letemps
decharge
de l’électromètre apris
une valeur con- stante.J’ai observe aussi
qu’un
échauiementrapide
détermine un ac-croissement
apparent
de conductibilitéplus grand
que l’accroisse-ment
nôrmal;
de même un abaissement detempérature rapide
donne naissance à une résistance
exagérée.
Cesphénomènes
sontd’autant
plus
accentués que les variations detempérature
sont lplus rapides.
Ilsdisparaissent quand
on maintientquelque temps
la même
température
et ne seproduisent
pas sensiblement si le;variations de
température
sont lentes. Cesperturbations paraissen
idues aux variations que subit le
POUB oir diélectrique
du verresous l’influence de la
température.
Pour les éviter on a exclusive-ment conservé les observations faites
pendan t
lerefroidissement,
qu’on peut toujours
rendre très lent dans les conditions del’expe~-
rience. Ces observations fournissent des résultats
parfaitement concordants,
cequi
n’a pastoujours
lieupendant
lapériode plus rapide
destempératures
ascendantes.Le 7 juillet 1882
un échantillon de verre a étéporté
en 27 mi-nutes de
27°
à40°; puis, après
avoir atteint le maximum de4~? ~ ln i s ~ h
2- à redescendre de4o"
à270.
Dans cesconditions, on
a obtenu les résultats suivante~ ~ar.j~:~~ J.
A mesure
qu’on
serapproche
du maximum detempérature,
l’ascension devient
plus
lente et lesrésultats,
d’abord très dille-rents de ceux de la
période descendante,
s’enrapprochent
deplus
en
plus.
III. Résultals: JJIesllres absolues. - JBIes
expériences
ont eud’abord pour but des mesures absolues sur la résistance des
prin- cipales
variétés de verre. J’ai ensuite étudié l’influence de latrelnpe
sur la conductibilité d’un même verre.L’élévation de
température produit toujours
un accroissement trèsrapide
de conductibilité. Les fonctionsexponentielles
sontcelles
qui
seprêtent
le mieux à lareprésentation analytique
desrésul tats. Les formules à deux termes sont
insuf’fisan tcs,
parcequ’aux
bassestempératures
l’accroissement de résistance est, engénérale plus rapide qu’aux températures plus
élevées. On a doncreprésenté
lesexpériences
par desexpressions
de la formeQuand
onopère
sur divers échantillons d’une mêmeespèce
deverre, les résultats ne diffèrent pas
plus
entre eux que les résul-tats fournis par un même
tube,
pourvu que ces échantillons n’aient subi aucunetrempe
ou aient étésoigneusement
recuits.Quand
lacomposition
semodifie,
onvoit,
engénéral,
la résistance augmen-ter si l’on passe d’ un verre à un autre de la m ême classe et de den- sité
plus
forte.Mais,
d’une manièregénérale,
les verres à basede
plomb
sontbeaucoup plus
isolamts que les verres à base de chaux.Les résistances de ces deux classes de verre aux mêmes
tempé-
ratures sont, entre
elles,
dans desrapports
de l’ordre de1 °1° o.
Leverre de Bohême est, au
contraire,
engénéral,
de 5 à 2o foisplus
conducteur que le verre ordinaire.
Le Tableau II résume les observations faites sur des échan- tillons de chacun de ces trois verres. Les nombres
qui
y sont con-signés représentent
les résistances observées par centimètre cubeen millions de
mégohms.
Les résistances les
plus considérables,
enparticulier
celles duverre ordinaire aux
températures
inférieures à 0°, ont été mesu- rées avec l’élecuroiiiètreseul,
sans l’assistance d’tin condensateur.Malgré
cette diminution dans lacapacité réceptrice,
letemps
decharge
atteintplusieurs
minutes. Ces résultats doivent donc être considérés comme donnant uneapproximation plus grossière
que les autres. La résistance du verre à-17° représente
à peuprès
deux fois celle d’un fil de cuivre de 1 mmq de
section,
allant de la Terre à Sirius.261 Pour les résistances des verres à base de chaux, à
partir
de 10°,et du
cristal,
àpartir
de’700 environ,
les résultatsreprésentent
fidèlen1ent la marche du
phénomène. L’approximation pouvant
at- teindre aisément110
des chiffresobtenus,
alors que la variation de résistance pour 10 C.dépasse
cettefraction,
onpeut
dire que latempérature correspondant
àchaque
résistance est évaluée à 1°près.
-1 TABLEAU II.
Les résultats obtenus sur le verre ordinaire
peuvent
ètre re~.~rc- sentés par la formuleLe terme du second
degré
étant trèspetit,
les valeurs delog ~
sont
représentées
par uneligne
peu difl’érente d’une droite. La résistance varie à peuprès
de9
de sa valeur pardegré
detempé-
rature.
Le formule est, pour le verre de
Bohême,
et, pour le
cristal,
IV.
Influence
de latrempe. -
La résistance d’un échantillon de verre ne reste invariable que s’il conserverigoureusement
lemême état moléculaire. Toute modification de cet état entraîne des altérations considérables dans les
propriétés électriques.
Cesaltérations sont surtout sensibles
quand
on fait subir au verre unetrempe plus
ou moinsénergique.
Mes
expériences
à cesujet
ontporté
sur le verre ordinaire etsur le cristal
trempés.
Les échantillons observés étaient depetits gobelets cylindriques
oulégèrement coniques,
deo"Bo5
à0~,06
dehauteur.
Après
unepremière
série de mesures, on les chauffait dans un bain de sablependant
un certaintemps
à unetempéra-
ture
plus
ou moinsélevée, puis
on les laissait se refroidir lente-ment, et l’on
répétait
sur cesobjets
une nouvelle série de mesures aux mêmestempératures
que lapremière.
Comme on ne sepréoc-
cupe pas ici
*
de déterminer la résistance en valeur
absolue,
nouspouvons
prendre
pour mesure letemps
nécessaire pourcharger
lecondensateur à un
potentiel
déterminé.Les
expériences
ont conduit aux résultats suivanLs :i° La
trempe
diminue dans unrapport
considérable la résis-tance
électrique
des différents verres.Le Tableau III se
rapporte
à un échantillon de verretrempé
àbase de chaux que l’on a recuit
pendant
6 heures à 500°.Ainsi,
par suite durecuit,
la résistanceprimitive
a été multi-pliée
par2, 3..
,Pour le cristal
trempé,
les variations sont encoreplus frap-
pantes.
Le Tableau IV est relatif à deux échantillons de cristal : l’untrempé,
l’autre nontrempé, provenant
de la même cuite et263
du même creuset et recuits ensemble dans les conditions
précé-
dentes(’ ~.
TABLEAU 111.
Ainsi,
tandis que la résistance est devenue onze foisplus grande
pour le cristal
trempé,
elle est restée presque stationnaire et a rnêmelégèrement
diminué pour le cristal nontrempé,
comme sice dernier avait
pris
unetrempe
trèslégère parsuite
de son échauf- fement.D’autre
part,
les résistances des deux échantillons sont deve- nues sensiblementidentiques après
le recuit. La difl’érence assezlégère qu’on
observe encore tient à ce que lesparois
de l’échan- tillontrempé
étaient un peuplus épaisses
que celles de l’autre.2~ Un recuit modéré
capable
de fairedisparaitre partiellement
l’élasticité due à la
trempe
ne détruitqu’en partie
son action sur(’ ) Les éléments suivants sont entrés dans la composition de ce cristal :
264
la résistance
électrique.
Le Tableau V fait connaître les résul-tats des
expériences
sur un échantillon de cristaltrempé qui
aété
porté
à 26o, dans unpremier recuit, puis
chauffé de nouveauà
450°
eu maintenupendant 3
heures à cettetempérature.
TABLEAU I~’.
Force électromotrice : IOOBolts, o.
TABLEAU V.
265
Entre les deux
premières
séries iln’y
a pas eu de recuit. La résistance est demeurée sensiblement invariable. Lalégère
aug- indentation de résistancesignalée,
si elle n’est pas due entière-ment aux erreurs
d’observation, peut
être attribuée à unpremier
recuit très
faible,
y le vaseayant
été unepremière
fois chauffé à1 ?ao°.
Après
l’échauffement à260°,
onobserve,
aucontraire,
un accroissement notable de la résistancequi
devient en moyenne1, 8
de sa valeur
primitive. Après
l’échauffement à450°,
la résistance s’est accrue dans lerapport beaucoup plus
considérable de 1 à 7, 2.3° La résistance d’un verre récemment recuit continue
d’aug-
menter lentement
pendant quelque temps,
comme s’il se rappro- chait peu à peu d’un étatd’équilibre
définitif.Les résultats suivants
(Tableau~’I)
concernent un vase de cristalprimitivement trempé, puis
recuit le 28 novembre1889-,
à 400°.TABLEAU VI.
Au bout de neuf
jours,
la résistance du vase recuit s’est doncaccrue de la moitié de sa valeur
initiale,
le travail moléculaire ayant continué de s’effectuer.TABLEAU VII.
4~
La résistance d’un verretrempé
ou nonqui n’a pas
été chauffédepuis longtemps
demeure invariable. En cequi
concerne lesverres non
trempés,
y ce fait est établi par la concordance des ré- sultats obtenus sur les diverses variétés de verre. Le Tableau ~11 donne les résultats fournis par un même vase de cristaltrempé,
à
cinquante-deux jours
de distance.De 1"ensemble des résultats fournis par ces
recherches,
on peutconclure,
aupoint
de vuepratique,
que les meilleurs isolateurs enverre sont donnés par les verres à base de
plomb,
etqu’il
convien-dra de recuire avec
beaucoup
de soin lespièces qui
constituentces isolateurs.
SUR LA PUISSANCE DES APPAREILS DIOPTRIQUES;
PAR M. ADRIEN GUÉBHARD.
La
hcczssance
d’unappareil diop trique
étantdéfinie, d’après Verdet,
comme la~~rcc)Zdeur
a~l.~~r~e~2 te de Z’ zcl2zté de lon- gueur del’objet,
a pourexpression P # £ H , si l’on appelle
H et
Il deux ordonnées
correspondantes
delainage
et del’objet,
et Dl’abscisse du
plan
del’ilnage
parrapport
aupremier point
nodalde l’oeil
(1 ).
Soient alors 1 l’abscisse de cepoint
nodal etf
celle duFig. 1.
deuxième
plan principal
de l’instrument parrapport
au deuxièmefoyer
de celui-ci : l’abscisse del’image H,
parrapport
à ce mêmefoyer,
seraD -1- ~,
et la formule fondamentale des instruments( 1 ) Plaçant l’oeil à la gauche de la fibure, nous prenons pour direction positive
celle du regard et, pour direction négative, celle de la lumière incidente, confor- mément aux conventions habituelles de la Géométrie.