HAL Id: jpa-00241122
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00241122
Submitted on 1 Jan 1906
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Contribution a l’étude des diélectriques liquides
G. Gouré de Villemontée
To cite this version:
G. Gouré de Villemontée. Contribution a l’étude des diélectriques liquides. J. Phys. Theor. Appl., 1906, 5 (1), pp.403-420. �10.1051/jphystap:019060050040301�. �jpa-00241122�
403 à la condition que les variations du corps troublant soient assez lentes pour que l’équilibre statique ait le temps de s’établir, parce que c’est seulement dans ce cas que nous pouvons affirmer que cette entropie grossière diminue. Elle s’applique au contraire
sans restriciion à l’entropie fine, qui reste constante dans tous les cas.
Le même raisonnement peut être appliqué aux ;az ordinaires, et
orl fait ainsi disparaitre une des difticultes qui ,iil>,1>taieiit elcore
dans la théorie cinétique des gaz.
CONTRIBUTION A L’ÉTUDE DES DIÉLECTRIQUES LIQUIDES;
Par M. G. GOURÉ DE VILLEMONTÉE (1).
Les recherches faites jusqu’à présent sur les diélectriques liquides peuvent être groupées de la manière suivante :
1. Mesure du pouvoir inducteur spécifique:
II. Coexistence du pouvoir inducteur spécifique et de la conducti- bilité ;
III. Conductibilité.
I. l’l~est.cre des Z~oz~cz ©irs i~zdzceteurs s~éci~r~ues. - Le pouvoir induc- teurspécifique a été déterminé dans le but de vérifier le i~i, i i 1 la théo-
rique de Maxwell K= n2 en employant foies courants alternatifs j2 j ;
(l) Communication faite à la ~(J11L’t( française le 1>11,x ,;,j ,
BTi. l’ 1 1¡lt,
N’ l’I,1 1 Nl ’i’, ltnr~ri. 1 /«, , t. XXXiIII, j>, ili1 1 1889:et././’/’A’/. t l X, l~. ~ f ;~ , 1"’11 , - 1>1>’1.1 , tt lt>~/. _ 1 nl~.. t . X. j> il)1
’
’ 1, 1/1’ JI, Ij. ’ ~ 7 . 1 ~’~~~ . - 1.~ ~ ~~ ~ 1 lt’ll . 1 /I ll. , t _· 1.1 1 . , j . 1 t /
3° ’1 rit t 1. j>
’ 1 ’
~ : - Ni’Fii"F:1, lt~~Erll..~lm ’
1 B / "’ /1/1/(B , ~. 13 ~ 1~9i: - ~Ec:~c~:a~~
1). ;)0"1 ~ ; 1"" - ,> ’[ ,b F, .‘~Ilt~lL’It’ JJ%1l~.Slt’t)-(,’lti~il y r , m.OSt , l..B..B.1’, l,’" t- .
et J. ~l~ Pli ,1’,1. 1 L S~’~C/~ /~/.’~C~-C/t~tfy«t /f/.~.’«. t..B.B.t~ . 3" série, etj. /p PA .. t. H. p. :~UL 18’’:: : 2013 STSCHEGLiAEFF. ~. f/t’~A~/s.,3’ série, 1. I, Il, 9", t .%rllll lllll tIP /11 ~ ~ t’ lrllllB!r’tr-r’~llmrmll>> ~ 1 IH..P i B’B!N
’~l~~~t~()1 I , .Irl!!l’II
’
f~ . :t~ } ../’.//r/~// ’ i
’
°1°ii,i,> ii, lt rt’,/..1/
t 1 B ) ’~~ ~ . isii ; --
: - 1 :, ’I!, t 1 B _ ~.t.H. t B Il,
,
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019060050040301
404
2° les oscillations de Hertz ’); 3° les courants continus fournis par
une pile (2).
La durée de charge n’était pas comptée dans les expériences pré-
cédentes. )1. Pérot, qui en a cherché l’influence sur la benzine pure et l’essence de pétrole C!), a trouvé que le pouvoir inducteur de ces liquides, voisin de l’unité au début de la charge, varie d’abord rapi-
dement et atteint, après un temps inférieur à une seconde, une va- leur fixe « indépendante de la durée et du potentiel de charge >>.
Il résulte de l’ensemble des expériences que la relation K = n2, vérifiée dans quelques cas, est souvent en défaut. Le désaccord tient à plusieurs causes :
1° La mesure des pouvoirs et la détermination des indices ont été rarement faites sur le même liquide ;
2° D’après M. Mascart (1) : « La théorie (électromagnétique de la
« lumière) ne s’applique qu’à des phénomènes oscillatoires dont la
« période est comparable à celle des vibrations lumineuses. On ne
« peut donc rien conclure, à ce point de vue, des résultats pratiques
« obtenus dans la plupart des cas. » Cette seconde remarque exclut
un grand nombre des expériences citées précédemment ;
3° Souvent les liquides étudiés n’étaient pas purs; dans ce cas, le
pouvoir inducteur varie avec l’échantillon et avec la durée de charge.
Le pouvoir inducteur n’est plus une constante. La comparaison du pouvoir inducteur avec le carré de l’indice n’a plus de sens.
II. Cnndz~c~til~iLité et constante diélectrique. - 1B1~1. (àolin et
Arons (~’) font une première tentative pour rechercher si les liquides diélectriques possèdent à la fois le pouvoir inducteur spécifique et
une conductibilité propre.
Les auteurs admettent la transmission de la charge par deux effets
superposés : une charge brusque suivie d’un régime permanent sou-
mis à la loi d’Olim.
1 ~;f mB1~1 mt..%. rie l’fi,i/s,, 13° série, 1. l, p. 1(1"7: 1«’ù ; - ,1. Tm~!s"B. ~’W W f’r’rÏ-
~Itl~~ 11/ 1/>, 1:, ~-/e/v. 2(1 ~111I1 l~~f~) ; - 1,y.ciii ii~ ~Il=t(lWlWr’l i~ ’>1» n. 1;ii,, ,i/,i- rlt’mrrt’ rJ. 11 t.~w·Wu ltt~fJo)t tit li~ttW : i~’111: t~t ~i rr’7/. 1 1/1/.. t ’ 1,1 1 . j > 1 ’1 .2 1B’~1 :- 1,m>i iii. ti~·nrlm,rjtli ~Ir’ilrr IL 1.. r/r’c l.rrn ,", ~i ~tn m, t 111 j> 1> l’ii .
~’IIB1 IW,. l’Itr° i’ltl/vit rtl 1:/’1 1’li , i, Il, JI, :3’, , 1" ¡’[. ¡’I 1 1’ j’Jr l/v., :;° sr;l’le, t.
p. :!~j: tS~I:1.
- ’ " ’
11.N"1, !). ’ ’ - 1,1 t t:l.~’11I, p. ~06 : 1~ i6.
t B. II, 1
. LI ~ m·7 v "1 - , 1 1 t . el li~ Ilsrl , 1, .. .. 1 j19, .
(b) ih°tP/, ,1/1/1., t. A Xi’III, j. À’>1- iîî 1 1B:o....G: 1 - t~t .1. rlr’ l’Ic y·.. _’~ -·’rtr’, t. B I.
p. 516. 18~.
405 Deux constantes figurent dans les formules, la constante diélec- trique, la conductibilité ou son inverse la résistance spécifique.
MM. Cohn et Arons déduisent par l’expérience les constantes des
équations.
Deux critiques sont à faire : Les constantes ne sont pas liées aux données expérimentales par des relations simples, il est impossible
de fixer avec précision l’approximation des résultats. En outre, les
auteurs ne montrent pas que les constantes trouvées par eux soient
indépendantes de l’épaisseur du liquide interposé entre les arma-
tures et ne tiennent pas compte de la durée de charge. La question
n’est pas résolue.
M. Bout Y (1) reprend le problème par une méthode directe.
Un liquide diélectrique placé dans une auge entre deux armatures
métalliques portées à des potentiels différentes pendant des intervalles de temps très courts, de 0SeC,00i à 01,03, se comporte comme un con-
densateur à lame isolante et comme un électrolyte.
1B1. Bouty conclut à la coexistence du pouvoir inducteur spécifique
et de la conductibilité électrolytique sensible des substances étudiées et donne les valeurs de la constante diélectrique et de la résistivitc
en ohms du sulfure de carbone, de l’essence de térébenthine et due la benzine à ~U°.
Ilertz (~) mesure la charge transmise par la benzine placée entre les
armatures d’un condensateur et en déduit la résistance du liquide et
le résidu. La benzine du commerce a une résistance faible et un résidu élevé. La conductibilité et le résidu sont dus à des impuretés. Le cou-
rant prolongé purifie la henzine et en fait un isolateur presque’ parfait.
Le résidu est dîi à une polarisation et n>n à rapport d’élet’ t rit’ i II" libre.
I~1. Curie (3) montre l’accroissement général de des diélectriques liquides sous l’action dos rayons du radium et des rayons de Rontgen et donne « la .>ii1icti;ii,> prUB(HI11t (’ >
1 dl’ le
, rayonnement d’un sel de radium, évaluée en molis pour 1 c’!iti-
Itu tne, cube. du sulfure de carbone, de l’utl~er de pétrole, de 1’aIl1,"-
ltotc, tlL1 chlorure de carbone, de la benzine, au lair liquides, de
1’liuile de vaseline » .
(’ lrmt. rf~~ ~’lm,,,. ~~I ~It’ l’!m; , f~~ ‘yt~if~. t BBB’11.1’ t, r . !"’I~: - et J. rla J’lrr~~.~
3" ~~~ri~=. t. 1. p. t t’" 1 ’J2,
(~ 11 ,~~ ~ 1 l~~j~.. 1. 1B. I~ - ~ t .l mfs l’f~~,, , -~ ~~ nit=. t. Ill. I~ 1. 1 : 1
lRR~
l’ 1 . 1 ~ 11 f~;mr~r 1’~~ _’ t t B B B 1 B ;jt~
406
De nombreux faits particuliers qui fournissent des résultats quali-
tatifs plutôt que des données quantitatives sont contenus dans des
mémoires de Quincke (1).
31. Eg-on ~·. Sch~~-eiler (2~ étudie le cas d’une lame diélectrique,
couche de toluène, avec armatures intercalées dans le circuit d’une
pile avec un galvanomètre. Le courant ne suit pas la loi d’Ohm, l’intensité n’est pas proportionnelle à la force électromotrice. L’au- teur croit voir une analogie avec les phénomènes produits par les gaz ionisés et cherche à mettre en évidence l’existence de charges électriques libres dans le cas du diélectrique.
Il faut ajouter à cet ensemble, incomplet malgré son étendue, la question très controversée, étudiée dans le cas des solides, ébau- chée seulement dans le cas des liquides par Koenig ( 3) et Quincke ( "),
de l’hystérésis électrique et de la viscosité.
M. Hess (1) résume et discute l’ensemble des travaux de Stein-
metz (6), M. Arno (7),1B’1. E,ving et lBliss Klaasen, M. Janet (~), M. Bry-
linski ~9 j, MM. Porter et Morris (~O).
M. Hess rejette l’hypothèse de l’hystérésis et de la viscosité et soutient l’idée de la dissipation d’énergie dans les particules con-
ductrices du diélectrique hétérogène et en déduit l’explication des
faits observés de la théorie de Maxzvell.
M. Beaulard (11) abandonne également l’hypothèse de l’hystérésis,
et, après avoir discuté l’hypothèse de la viscosité, se rattache à l’idée
émise par M. Bouty à la suite de l’étude du mica (’ 2) : « retard de la
« polarisation analogue aux retards que l’on observe pour d’autres
« phénomènes physiques, en particulier dans l’étude de l’élasticité ».
En résumé :
(1) Wied. Ann., t. XX~’III, p. 529; 1886.
(~) Dj’ude’s .~ o lr . rlh~’ l’Iz~~.si~, t. IY ; 1901; - et J. de Phys., 3e série, t. X, p. 3.~~ ; i i90i .
(3) ~~~tPt~. ~~ Ittt ., t. 1~‘ . p, (;24: 1885.
(4) It’iPtl. _lmz., t. L X II. y. i-13: 1 ~ ~ 1 . (5) F , ",,( i > 1jue, t. IY’l" 2U3: 1895.
(6) A : W’~1’-i Oi’i~. l~~J2.
(7) ~elt ~l f ~’W t l l r(t’~l~l 1.’. -1~ 1/;’1 l.l ll (,’~’l ~ 1892; - et la L11))2ZC’I’C-’ E.’le1‘~)’2C~?1C’,
t. XLVI, 1’. 537.
(~) ~;t,"~l,f~» ~. ~ 1" > , 1 ~ ~ ~~ it’rcce.s: 1~392; - et J. de Phys., 3° série,
t. 11, 1~. :;:
(~ j Lu ¡.i¡ ~ , (1~) The i~’f~a Jnr~’t~m : t2 li’"l’Il 1 ~~~,~.
(~i) J. cit3 l’lt!y.. , ·~ ne. t. IX, Il 42L) 1900.
(i‘’) J. de f’’~ay, f 11, il 293; 1890.
407 I. Les charges sont de très courte durée :
1 ° Par courants alternatifs ; 2° Par oscillations hertziennes ;
li° Par interrupteur pendulaire (de O~e~,0U01 à 01,03), expériences
de 81. Bouty.
II. Le régime permanent est à peine étudié. 6 III. Le mode de propagation de ces charges reste inconnu.
Les expériences suivantes ont été entreprises en vue :
De chercher : 10 quelle est l’influence des temps décharge ;
2° S’il existe un régime permanent ;
3° De découvrir le mode de propagation.
Fui. 1.
La première disposition a été la suivante :
Deux lames de laiton a et b (fig. 1) sont montées verti~w 1 ~ ~ rm~rlt dans une auge en face l’une de l’autre. a est reliée à une dériva- tion Ca prise sur le circuit d’une pile constante, b est en communi- cation avec le mercure de la pointe d’un électromètre capillaire. Le
mercure de la cuvette de l’électromètre est relié à l’extrémité d une dérivation C~ prise sur le circuit d’une seconde pile constant’ .
1. L’auge est remplie de pétrole. On porte a à un poteiit 1>1 .>iiiiii V;
le ménisque dévié tend vers une position d équilibre ~ si l’on clierche
à le ramener au zéro en faisant varier le potentiel de ~1, on trouve
que le retour au zéro n’est pas réalisable.
IL Lorsque les lames a et b sont séparées par une ( mch’ d air : il les déplacements du ménisque sont réguliers pt suivant t i m
diatement les variations du potentiel de a ; 2° on rum 1, IIH’lll""qlle
au zéro en établissant en hl un potentiel égal à celui qui existe en a.
408
L’influence du temps, lorsque les armatures sont séparées par du
pétrole, est prépondérante et compliquée.
J’ai cherché à soumettre le liquide à un régime permanent dans des conditions nettement définies. J’ai évité remploi de courants
alternatifs et l’usage de toute formule théorique pour suivre la pro-
p#gation de l’électricité dans la masse. J’ai appliqué la méthode adoptée par 1I. J. Curie pour l’étude des corps cristallisés (1 B.
Un condensateur constitué par un tube cylindrique et une tige de
laiton dont les axes coïncident est monté à l’intérieur d’un vase de
verre isolé rempli du diélectrique à étudier.
On mesure la charge de l’armature interne, dans les conditions qui
sont développées plus loin. L’évaluation est faite en cherclant la
quantité d’électricité qu’il faut dégager par traction, sur un quartz
pic~~iJ-électrique, soit pour produire une déviation égale à celle que détermine la décharge sur un électromètre, soit pour compenser la
charge développée sur l’armature interne (méthode de zéro). Le poids
tenseur du quartz est proportionnel à la quantité d’électricité
dégagée.
. FI(" 2.
Le produit de ce poids par la constante du quartz permet d’obtenir
les charges électriques en unités absolues.
La disposition employée est représentée par le scliéma (li/. 2) : C, condensateur; 1, interrupteur; Q, quartz piézo-électrique; E,
électromètre.
(1) Ann. le Ch, et ,le l’lr., 6~ série, t. XB’11. p. 38J; 1889.
409 L’exactitude des résultats exige :
1 L ne grande précision dans la détermination de la durée de
charg e ;
‘?° Une grande rigueur dans l’évaluation des poids tenseurs du quartz ; *.
3° Un réglage très exact de l’électromètre et l’invariabilité du zéro
quand l’électromètre est ouvert.
Ila rapidité des charges et des décliarges et la précision dans la
mesure des durées de charge ont été obtenues en employant pour commutateurs la branclie horizontale d’un pendule de torsion 1 ’ ).
Deux fils partant respectivement des armatures du condensateur aboutissent a deux fils de nickel maintenus dans des mâchoires de mica recouvertes de gomme laque et fixées sur la barre horizontale du
pendule. De petites cuvettes métalliques remplies de mercure,
montées sur des plaques de paraffine, sont reliées au sol, à la pile
de charge, à l’électromètre. Les fils de nickel des équipages mobiles
labourent à leur passage les ménisques de mercure et étahlissent ou
suppriment les communications à des intervalles dctcmp- 11,, --,-()urts.
La durée de charge est déduite de la durée de l’oscillation du pen- dule et de la longueur du ménisque traversé. Des arrêts permettent de prolonger les durées de charge. Une lame élastique culbutée par le pendule arrête la harre horizontale à la fin de la première oscilla-
tion et empêche les communications inverses.
l~prés des essais avec 1"électromètre Ilaiikel, j’ai cml~luv~~~ seiile-
ment l’électrométre à quadrants avec amortissement par des aimants, chargé par une pile de 100 éléments Gouy.
La sensibilité a été rendue aussi grande que p>nil>lv , n dill1illU.lIlt le poids de l’aiguille, en allongeant le fil de suspension et eii obser-
vant les déviations par réflexion sur un miroir. Le poids de l’aiguille,
(le la tige qui la soutient et du miroir est de 0~, fi9.
L’ensemble est suspendu à un fil d’argent de O1ll1ll,U3 de diamètre et 30 centimètres de long environ.
l.’I’t’l1elle sur laquelle on lit les 1li iatillBl"" B’",,1 ¡tldB’t’I’ il 1 I!lI’tl"’.
l’ ,;~~. produit une déviation de 1’1~ millimètres. 1 >u 1>r~nt appncujr
facilement le centième de volt et même le ~.(K)5. L ï Il V d l’ i a 11 il i t l ’ de
l’image au moment oit l’on isole les pil’I’l’’’’’ cil’ l’lldl’~ll Ut’ 1B.1"B’11’B ’II!B tl’è, l’invariabilité du zéro, lorsque l’électrunmtre reste ouvert, sont obte- (1~ L’emploi des pendules de torsion comme comnutateurs a été indiqué par ,1. I~"ut~- (Anu, de Ch. et ~ls~ /1/¿" G" série. t XXIB", p. 39i~.
410
nues par le soulèvement cl~LlI1 talon de platine posé sur une lame de
. platine et par l’emploi d*écrans recouverts de feuilles d’étain reliées
au sol, qui entourent les appareils.
La déperdition, diminuée autant que possible en garnissant les tiges de verre et les lames de mica des différents supports avec de la
gomme laque appliquée avec un fer chaud et en plaçant de la chaux vive dans les caisses où sont enfermés les appareils, n’a cependant
pas pu être annulée.
Toutes ces précautions prises, les résultats ont été corrigés des
faibles effets de la variation du champ intérieur et de la déperdition qui n’avaient pas pu être évités.
Les expériences sont partagées en trois séries :
PREMIÈRE SÉRIE : ~Ies2~re des charges prises par 1"arniature interne dans les conditions suivantes: ’1° le condensateur est cllargé en portant l’armature externe au potentiel V, l’armature interne au sol
pendant le temps t ; 2° les armatures sont isolées; 3° l’armature interne est reliée à l’électromètre, l’armature externe au sol.
Un premier ensemble de rechercles a été fait avec un condensa- teur cylindrique (armature externe 60 millimètres, armature interne
5 millimètres, hauteur i1 centimètres) rempli de pétrole.
Le potentiel de charge produit par 10 éléments Daniell était : 1 OV, 9.
La compensation des charges, estimée avec un électromètre Han-
kel, a été obtenue par les tractions suivantes :
Première série..
La difficulté du réglage, jointe à la déperdition, permet seulement
de déduire de ces nombres la marclie générale du phénomène.
Un groupe d’expériences beaucoup plus étendu qui a été fait avec
l’huile de paraffine a donné des résultats plus précis.
411 Un condensateur arinature externe 10 centimètres, armature interne 6 millimètres, hauteur 18 centimètres i a été rempli d’huile
de paratline. La hauteur du liquide était environ 16 centimètres.
Le potentiel de charge 19’,~6 a été produit par 11 éléments Gouy.
Les durées de charges ont été :
Les températures ont été 21~6-~4~6 C.
Les mesures ont été faites avec l’électromftre à quadrants.
1° leésitliats qualitatifs: Le signe de la charge trouvée sur l’arma-
ture interne est contraire au signe de la charge communiquée direc-
tement par la pile à l’armature externe.
2° llésultats qicantitati fs : Le but était de comparer les variations de charge de l’armature interne après les durées croissantes de
charge de l’armature externe. Si Qt représente la charge produite
par une différence de potentiel V maintenue pendant le temps t, p le poids tenseur du quartz qui compense la charge, K la constante du
quartz : - -
d’où, en rapportant les charges à l’unité de potentiel et à l’unité de
temps: -
Les nombres suivants, empruntés à une série d’expériences, per- mettent de se rendre compte de la marche du phénomène et de l’approximation avec laquelle les résultats ont été obtenus :
TABLEAU 1.
412
Les poids sont déterminés à 10 gran1mes près, les potentiels
à 0",0i , les temps comptés en secondes avec une approximation ~u- périeure à 1 (~ 0 de leur valeur.
L’erreur relative dans l’évaluation des quotients est inférieure
à 0,03.
On voit immédiatement que les charges varient très rapidement pendant les premières fractions de seconde. La construction d’une courbe en portant en abscisses les temps et en ordonnées les valeurs des quotients ~ limiterait à un intervalle extrêmement restreint la
VI
représentation des variations les plus intéressantes. Afin d’élargir
la partie de la courbe qui correspond aux durées les plus faibles, j’ai pris pour abscisses les logarithmes des temps t et pour ordonnées les logarithmes des quotients £ ( fc~. 3). Dans ce cas, l’évaluation de l’erreur maxima commise sur chacun des facteurs montre que les deux premières décimales des logarithmes sont exactes.
On a ainsi le tableau II.
TABLEAU I I .
Les ordonnées diffèrent d’une constante de celles qu’auraient
données les quotients 2013’ .
N’ t
La ligne obtenue est une droite dont le cocC(icient angulaire est : -.
On en déduit, en désignant par l~ une constante, la relation
413
générale :
ou
et en posant :
1?1,. 3.
Si on appelle inlensité le quotient ’ l’intensite, ii~>, 1-1 l’~ t litle au début, diminue très rapidement avec la durée des cliarges. La valeur
initiale très élevée de l’intensité correspond a ce que l’on nomme la
charge instantanée. Un fait intéressant à noter est l’iclentitt~ du résultat avec celui des expériences de I~~. 1. Curie sur la COJldul’- tibilité des cristaux. D’après 11.,1. Curie, la fonction qui relit, ~ïlltl’Il- sité du courant au temps est :
La courbe du logarithme de l’intensité en fonction du loga-
ritlme du temps est une droite entre certaines limites.
~I. IIess a obtenu le même r(’...., tIlt, tt avec la ~utta, la 1)~-irafiiiii~ et
le caoutchouc (’ ).
-- --- -
l . l’~,~~... :;~ scrie. t. 11. p. i 1’) i~’.13..
