Rétro 1900: l'ABC de la Physique

Rétro 1900: l'ABC de la physique

Ce dossier nous présente les connaissances de base dans plusieurs domaines de la physique dans les années 1900, de l'optique au magnétisme, de la thermodynamique (alors appelée calorique) à l'électricité, de la mécanique à l'acoustique. On notera l'absence de théories compliquées, l'orientation volontairement pratique des descriptions et l'amalgame constant entre la science et la technologie de l'époque.


Les textes et illustrations utilisés pour la rédaction de ce dossier sont entièrement extraits de documents originaux d'époque.

L'auteur est Michel, que vous pouvez retrouver sur le forum.


Avertissement: Ce dossier rétro retranscrit des connaissances scientifiques des années 1900, et contient donc volontairement les incertitudes et erreurs d'époque.

Sources et illustrations pour tout le dossier:

Almanach Hachette 1902 &
Les Sciences Physiques et Naturelles du Certificat d'Etude. Hatier v.1895

Lumière

Elle est produite par des vibrations rapides, et plus ou moins intenses de l'éther, milieu infiniment élastique dont les phénomènes lumineux nous ont démontré l'existence. Un corps lumineux émet une lumière qui lui est propre, comme le Soleil, la bougie, la lumière électrique.


Un corps éclairé est celui qui peut devenir lumineux lorsqu'une lumière le frappe; comme la Lune, éclairée par le Soleil. Les corps transparents (verre, eau, etc.) permettent de percevoir à la fois la lumière et la forme des objets, tandis que les corps translucides (verre dépoli, par ex.) ne laissent passer qu'une lumière diffuse.


Corps opaques

Ce sont ceux à travers lesquels la lumière ne passe pas. Ils sont peu nombreux: les récentes découvertes de Léonard et de Roentgen, du Dr Le Bon, etc., ont démontré que des rayons lumineux émis soit par l'ampoule de Crookes, soit par une flamme de lampe à pétrole ou de gaz, traversent parfaitement un grand nombre de corps considérés jusqu'alors comme opaques.


Ombre et Pénombre

Un corps opaque interposé entre une lumière et un écran intercepte plus ou moins les rayons lumineux. La partie obscure est l'ombre; les parties indirectement éclairées constituent la pénombre.


Propagation de la Lumière

Dans un milieu homogène, la lumière se propage toujours en ligne droite.


L'expérience bien connue de la chambre obscure (fig. 1) en est la preuve. L'image se présente renversée et colorée comme l'objet lui-même, parce que les rayons, suivant une ligne droite, se croisent devant l'ouverture de la boîte.


Vitesse de la Lumière

La lumière se propage à raison de 300,000 kilomètres environ par seconde, c'est-à-dire beaucoup plus vite que le son. C'est ce qui explique pourquoi on voit parfois un éclair longtemps avant d'entendre le bruit du tonnerre.


Réflexion

Un rayon lumineux, rencontrant une surface polie, est renvoyé en formant un angle d"incidence égal à l'angle de réflexion.


Miroir

Toute surface réfléchissant la lumière est un miroir, certains d'entre eux (les glaces, par ex.) donnant parfois plusieurs images, lorsque le corps réfléchi ne se trouve pas placé juste en face.


Miroirs courbes

Les rayons lumineux tombant sur un miroir concave (fig. 2) parallèlement à l'axe sont réfléchis en un point appelé foyer (endroit où se rejoignent les lignes obliques sur 1a fig. 2). Par réciprocité, une lumière placée au foyer est réfléchie en rayons parallèles à l'axe, etc. Application de ce principe est faite dans les réflecteurs, etc.

Sur les miroirs convexes, l'image apparaît droite et fortement réduite, ses dimensions étant d'autant moindres que l'objet est plus éloigné.

Les miroirs ondulés, mi-concaves et mi-convexes, réfléchissent des images fantastiques en partie grossies, en partie rapetissées.


Réfraction

Lorsqu'un rayon lumineux passe d'un milieu transparent dans un autre, le rayon incident et le rayon réfracté sont dans le même plan perpendiculaire à la surface réfringente. Quelle que soit l'obliquité du rayon incident, le sinus de l'angle d'incidence et celui de l'angle de réfraction sont dans un rapport constant (Loi de Descartes).

Loi facile à vérifier par l'expérience dite du bâton brisé. Un bâton droit plongé dans l'eau semble être brisé, la partie immergée formant un angle avec la partie sortant de l'eau. On nomme angle limite l'inclinaison au-delà de laquelle la réfraction cesse.


L'aurore, le Crépuscule et le Mirage sont des phénomènes de réfraction du soleil sur les couches d'air.


Lentilles

Tout le monde connaît les verres grossissants, ou lentilles biconvexes. Si cette lentille est exposée à la lumière solaire, les rayons réfractés se concentrent en un point (foyer) où se dégage une forte chaleur. Si on place un objet entre la lentille et le foyer, l'image virtuelle apparaît, fortement amplifiée.


Réciproquement, si la lumière est placée au foyer, les rayons suivent une direction parallèle à l'axe (lentilles des phares, des lanternes, etc.).

Les lentilles concaves, an contraire, rapetissent les objets.


Prisme triangulaire

Les rayons solaires frappant un prisme triangulaire de cristal sont réfractés, la lumière se décomposant en 7 couleurs (spectre solaire de Newton), placées toujours dans le même ordre (fig. 3): violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge.


De même l'arc-en-ciel est le résultat de la décomposition de la lumière solaire sur les prismes formés par les molécules de l'eau de pluie.


Couleurs

Elles sont produites par des ondulations rapides de l'éther, dont la longueur est évaluée en millionièmes de millimètres:
Violet, 423 ondulations ; indigo, 449 ; bleu, 475 ; vert, 512: jaune, 551 ; orange, 583; rouge, 620.

Newton démontra que les corps ne sont pas colorés par eux-mêmes, mais par l'espèce de lumière qu'ils réfléchissent. Un objet parait blanc lorsqu'il renvoie à notre oeil les 7 couleurs; noir lorsqu'il les absorbe toutes. Un objet quelconque, vert, par ex., nous paraît ainsi parce qu'il absorbe les 6 autres couleurs.

Deux couleurs sont dites complémentaires lorsque, superposées, elles reproduisent la lumière blanche; ainsi le bleu est complémentaire de l'orange; le violet, du jaune; le vert, du rouge.

Dans le spectre, outre ces 7 couleurs, figurent un certain nombre de raies obscures, plus ou moins larges; ou en a compté jusqu'à 4000. Ces lignes caractérisent les métaux en ébullition; chaque métal brûlé dans une flamme ardente marque sa présence par ces raies, toujours semblables et placées au même endroit, sur le spectre. De là est venue l'Analyse spectrale.


Photographie

Nous avons vu que dans la chambre noire (fig. 1), l'image d'un objet apparaît sur une des parois; sachant que la lumière exerce une action décomposante sur certaines substances, Daguerre eut l'idée de remplacer cette paroi de bois ou de verre dépoli par une plaque de verre recouverte d'une mince conche de gélatine ou de collodion mêlé à de l'iodure d'argent. La lumière noircit par décomposition toute la partie occupée par l'image. On obtient ainsi un cliché négatif.


Vision

Divers instruments sont des auxiliaires de notre oeil ; les microscopes amplifient l'image des objets; les jumelles, longues vues, lunettes astronomiques, télescopes, rapprochent les objets éloignés.

Pesanteur

La force qui attire tous les corps vers la terre est appelée Pesanteur et comme tous les corps sont soumis à son action, on dit qu'ils sont pesants.


Si nous laissons tomber d'une même hauteur et en même temps une balle de plomb, un bouchon de liège et une feuille de papier, tous ces corps tomberont comme attirés par cette force invisible. Tous ne toucheront pas le sol en même temps, la balle de plomb arrivera la première, puis le bouchon, puis le papier. C'est qu'il leur faut traverser de l'air qui présente une certaine résistance à leur passage.

Mais, s'il n'y a eu aucune résistance à vaincre, tous trois seraient arrivés en même temps: dans un gros tube de verre privé d'air, une balle de plomb, un morceau de liège, une plume d'oiseau tombent à la même vitesse et arrivent au fond du tube au même instant.



Verticale

Tout corps en tombant d'un même point suit toujours le même chemin en ligne droite: cette droite est dite Verticale ; elle est indiquée par tout fil qui soutient un plomb ou une pierre.


Au contraire, l'eau d'un lac est dite Horizontale ; sa direction est perpendiculaire à la verticale.

Leviers

En s'aidant de machines très simples, on peut arriver sans peine à produire des effets considérables.


Leviers du premier genre


Pour soulever une grosse pierre, on peut engager l'extrémité d'une barre de fer sous la pierre, approcher sous la barre une bûche de bois le plus près possible du bloc à soulever et appuyer sur l'autre extrémité.


Levier du deuxième genre


Une autre façon de soulever la pierre est d'appuyer en terre une extrémité de la barre et de soulever l'autre extrémité, le bloc se trouvant cette fois entre le point d'appui et l'extrémité soulevée.


Levier du troisième genre


Quelquefois, la disposition du levier est telle que, au lieu de faire gagner de la force, il fait gagner de la vitesse ; ainsi, alors que le pied du rémouleur se déplace très peu, il fait produire un plus grand trajet à l'extrémité de sa pédale qui, dans son mouvement, fait tourner la roue qui aiguise le couteau.


Balances

Les corps n'ont pas tous le même poids, il n'est pas également facile de les empêcher de tomber au sol. L'appareil qui permet de mesurer combien un corps pèse de kilogrammes ou de grammes est la Balance.


La balance est une barre horizontale, un levier, appelé encore fléau, soutenu juste en son milieu et portant à chaque extrémité des plateaux en cuivre supportés par des chaînettes. Quand les plateaux ne portent rien ou quand ils sont chargés de poids égaux, le fléau doit être bien horizontal, on dit qu'il y a équilibre ; mais si l'on vient à ajouter le plus petit poids d'un coté, le fléau doit s'abaisser du coté surchargé.

Le levier d'une balance n'est pas toujours visible ; telles sont les balances des commerçants qui n'ont jamais de gros poids à supporter ; la balance est moins encombrante ; elle est dite de Roberval.


Au contraire, dans les gares de chemins de fer où l'on doit peser de très lourds fardeaux, la balance affecte une toute autre disposition: c'est la bascule.

Pesanteur des liquides

Vases communicants

Lorsqu'on verse de l'eau ou un liquide dans plusieurs vases qui communiquent entre eux, on voit le liquide se répandre dans tous les vases, et le niveau se maintenir partout à la même hauteur. Une ligne qui réunirait les différentes surfaces serait horizontale: les surfaces libres d'un même liquide dans plusieurs vases communicants sont sur une même ligne horizontale.


C'est ce qui explique l'élévation de l'eau dans le jet d'eau ; on trouve là un réservoir élevé, un tuyau de communication entre le réservoir et le bassin ; si l'on ouvre le robinet, l'eau jaillit et tend à s'élever aussi haut que l'eau du réservoir. Elle ne va pas aussi haut parce qu'elle doit traverser l'air qui résiste à son élévation.



Corps plongés

Il est plus facile de soulever un corps lorsqu'il est dans l'eau que lorsqu'il est dans l'air. C'est qu'en effet l'eau résiste à sa chute et le pousse de bas en haut alors que la pesanteur le fait tomber de haut en bas. On dit alors, avec Archimède, que tout corps plongé dans un liquide reçoit une poussée de bas en haut égale au poids du volume de liquide qu'il déplace.


Ainsi pour soulever dans l'eau un pavé de 1 décimètre cube et qui dans l'air pèse 5 kilogrammes, nous ne devons déployer un effort que de 4 kilogrammes: le volume d'eau déplacé est de 1 décimètre cube dont le poids est de 1 kilogramme, l'eau pousse donc le pavé vers le haut avec une force de 1 kilogramme.

Le pavé n'a pas perdu de son poids lorsqu'il a été plongé, mais pour le soulever, nous nous sommes trouvés deux, l'eau et nous-même, de sorte qu'il nous a semblé moins lourd.

Pesanteur de l'air

L'air lui-même, au milieu duquel nous vivons avec une telle aisance, est pesant: 1 litre d'air pèse même 1gr, 293.


Atmosphère

Comme il y a sur le terre un volume d'air formidable, on voit que la pression de cet air, de cette atmosphère, comme on l'appelle, peut être considérable. Elle est telle, en effet, que notre corps supporte une pression d'environ 15,000 kilogrammes. Si nous ne somme pas écrasés sous cette pression c'est qu'elle nous presse également de toutes parts, de haut en bas, de bas en haut, de gauche à droite etc. Comme nous sommes dans un bain de pression uniforme, il n'est pas de coté plus pressé qu'un autre.


Pression atmosphérique

On en démontre l'existence de différentes façons. Fermons un large manchon de verre d'une part par une peau de vessie tendue et posons l'autre bout sur la table d'une machine pneumatique ; à mesure que nous retirerons l'air du manchon, nous verrons la peau se creuser et bientôt se crever.


Si la peau était primitivement horizontale, c'est parce qu'elle était également pressée sur ces deux faces, d'une part par l'air intérieur au manchon, d'autre part par l'air atmosphérique. Si l'on admettait qu'on pût faire exactement le vide dans le manchon, à ce moment la membrane supporterait le poids d'une colonne d'air ayant pour base le cercle du manchon et pour hauteur 15 à 16 lieues !


Pipettes et seringues

C'est la pression atmosphérique qui empêche un liquide de s'échapper d'une pipette d'abord ouverte à ces deux extrémités et plongée dans le liquide, puis soulevée en maintenant bouchée avec le doigt l'extrémité non immergée. C'est cette même pression atmosphérique qui fait monter l'eau dans la seringue quand nous tirons sa tige.



Siphon

Si, au lieu d'élever un liquide, on veut le faire descendre, on se sert d'un siphon. C'est un tube recourbé à deux branches inégales: la plus petite plonge dans le liquide à siphonner, la plus grande est au-dessus du vase qui doit recueillir le liquide.


Il suffit d'aspirer l'air du siphon avec la bouche placée à l'extrémité du grand tube pour que le liquide s'engage dans le siphon et continue à s'écouler tant que les deux niveaux seront inégalement élevés.


Ballons

De même qu'un bouchon placé plongé dans l'eau s'élève, en vertu du principe d'Archimède, de même un corps plongé dans l'air s'élèvera, si son poids est inférieur à celui du volume d'air qu'il déplace.

Une montgolfière est une cage en brindilles d'osier recouverte de papier, laissant seulement au bas une ouverture libre. En chassant l'air intérieur en le chauffant, cette cage va s'élever.


Plus moderne, le ballon est au contraire constitué d'un sac contenant un gaz plus léger que l'air, l'hydrogène, ou le gaz d'éclairage. On peut alors obtenir un gros volume, plus léger que l'air qu'il déplace et qui s'élève emportant avec lui nacelle et aéronautes.


Quand le ballon flotte dans l'air, si l'on désire que le ballon monte encore, il faut diminuer son poids en jetant du sable fin qu'on avait eu soin d'emporter au départ. Si, au contraire on veut descendre, à l'aide d'une soupape on laisse échapper peu à peu le gaz qui gonflait le ballon, celui-ci diminue de volume, il déplace alors moins d'air et se trouve moins poussé.

On considère la chaleur comme due à un mouvement vibratoire, de très faible amplitude, mais très rapide des molécules d'un corps. Ce mouvement est transmis à distance par l'intermédiaire de l'éther.

Sous l'influence de la chaleur, les corps se dilatent, puis deviennent fluides ou gazeux.


Dilatation

Tous les corps se dilatent, c'est-à-dire augmentent de volume; les gaz sont très dilatables, les liquides le sont moins, les solides moins encore.

Thermomètres

Instruments destinés à mesurer la température, et basés en général sur la dilatation des liquides.


Thermomètre à Mercure, Centigrade

On fait le vide dans un fin tube de verre dont la base est formée d'une cuvette et qu'on remplit de mercure. On gradue ensuite le tube de 0°, point de contraction du mercure plongé dans la glace fondante, à 100°, limite qu'atteint la colonne de mercure, lorsque le tube est plongé dans l'eau bouillante.


Thermomètre Réaumur

Même système sauf que l'échelle est graduée de 0° (glace fondante) à 80° (eau bouillante).


Thermomètre Fahrenheit

Même système encore; mais l'échelle marque déjà 32° pour la glace fondante, et atteint 212° pour l'eau bouillante.


Thermomètre à Alcool

Même graduation que le centigrade, mais le mercure est remplacé par de l'alcool coloré en bleu ou en rouge.


Thermomètre de Rutherford

A maxima et à minima. Indique la plus haute et la plus basse température en 24 heures; composé de 2 thermomètres courbés. Dans l'un (supérieur) un petit cylindre de fer est repoussé par la colonne de mercure lorsque celui-ci se dilate et reste au dernier point qu'il a atteint. L'autre thermomètre à alcool, contient un index d'émail; l'alcool se contractant sous l'influence du froid, l'index, par suite de l'adhésion de l'émail avec l'alcool, recule également et reste au degré le plus bas marqué par le thermomètre.

On remet, après lecture, les index en place en frappant légèrement la planchette qui supporte les 2 index.


Thermomètre différentiel de Leslie

Destiné à faire connaître la différence de température entre deux points voisins, et démontrant la dilatation d'un gaz.


Dans un tube en U à colonnes graduées de 0 à 10 et terminées par deux ballons remplis d'air se trouve de l'acide sulfurique. Lorsqu'un des ballons est chauffé, l'air se dilate et chasse la colonne d'acide dans l'autre branche du tube.

Fusion

Passage d'un corps de l'état solide à l'état liquide, par suite de l'augmentation de la température. La chaleur, comme nous l'avons déjà dit, produit un mouvement vibratoire qui vainc la cohésion et qui permet aux molécules de rouler librement les unes sur les autres.

Sous une pression constante, tout corps entre en fusion à une température déterminée, invariable pour chaque substance.

Quelle que soit l'intensité de la source de chaleur, dès que la fusion est commencée, la température du corps cesse de s'élever, et reste égale jusqu'à ce que la fusion soit complète.


Fusion aqueuse ou dissolution

Un corps se dissout lorsqu'il se liquéfie par suite de l'affinité exercée entre ses molécules et celles du liquide.

En général, et surtout pour les sels, il se produit un abaissement de la température au moment de la dissolution.


Solidification

Passage d'un corps de l'état liquide à l'état solide, à une température fixe qui est celle de la fusion. On nomme congélation la solidification de l'eau, et cristallisation la solidification d'un corps en fragments aux formes géométriques régulières, les cristaux. La neige est une cristallisation de l'eau.


Détente

Lorsqu'on soumet un gaz à une forte pression, le volume diminue et la température augmente. Mais si la pression cesse brusquement, il se produit un énergique abaissement de la température.


Force expansive de la glace

Lorsque l'eau se prend en glace, son volume augmente d'un onzième, c'est-à-dire si l'on a 11 litres d'eau, on aura 12 litres de glace.

L'augmentation de volume produit une force telle que des canons épais remplis d'eau et exposés à une basse température éclatent ou se fendent comme du verre; de même que les conduites d'eau, etc.


Propagation de la chaleur

On nomme bons conducteurs, les corps qui transmettent facilement la chaleur, comme les métaux, les corps mauvais conducteurs ceux qui arrêtent la chaleur sans la transmettre, comme le bois, la laine, l'étoupe, etc.


Les liquides sont mauvais conducteurs, de même que les gaz qui ne transmettent la chaleur que par suite de courants qui s'y établissent grâce à la différence de densité.


Rayonnement et absorption

Les températures différentes cherchent toujours à s'équilibrer. Un poêle chaud rayonne, parce qu'il transmet la chaleur à l'air qui l'environne; au contraire un bloc de glace introduit dans une salle chaude abaisse la température, parce qu'il absorbe la chaleur.


Réflexion

Il y a réflexion pour la chaleur comme pour la lumière ou le son; si on place au foyer d'un miroir une source de chaleur quelconque, cette chaleur est réfléchie au foyer d'un second miroir placé à une certaine distance (miroirs conjugués).


Réfraction

Nous avons vu aussi que les rayons solaires frappant une lentille biconvexe convergent tous en un point (foyer) où la chaleur s'élève au point d'enflammer un morceau d'amadou, de bois, d'étoffe, etc.


Évaporation

Un corps liquide peut passer à l'état gazeux, à une basse température; ainsi l'éther, le chloroforme, la benzine s'évaporent à la température ordinaire d'une chambre, si le flacon n'est pas bouché.

Lorsqu'un liquide devient gazeux, il abandonne les matières étrangères qu'il tenait en dissolution.


Distillation

La distillation est une application de ce principe. Le liquide à distiller bout dans une cornue; la vapeur s'échappe par une tubulure aboutissant à un serpentin courant dans une cuve d'eau froide et s'y liquéfie. Les impuretés restent dans la cornue.



Ebullition

A 100°, point d'ébullition de l'eau, à la pression de 760 m/m, la vapeur a une tension égale à cette pression.

De l'eau à 30° placée dans une cuvette sous la cloche de la machine pneumatique bout dès qu'on fait le vide. Dans le vide absolu l'eau devrait bouillir à 0° ; du reste, sur un haut sommet, comme le Mont Blanc par exemple, elle bout à 84° par suite de la diminution de la pression. Au contraire, si on augmente la pression, l'ébullition est retardée ; elle ne se produit qu'à 120° à la pression de 2 atmosphères.


Ébullition en vase clos

Si l'on fait bouillir un liquide en un vase clos, la pression et la densité des vapeurs qui ne trouvent pas d'issue augmentent de plus en plus. La vapeur acquiert une force élastique croissante, à mesure que la pression augmente. Papin en fit la première expérience en 1690 (fig. 5). Une marmite en bronze, fermée hermétiquement par un couvercle de même métal maintenu solidement par une vis de pression, est remplie aux 2/3 d'eau et placée sur le feu.

Dans une tubulure du couvercle s'engage librement un boulon qui s'appuie sur une soupape formant un petit trou percé dans le couvercle. Le boulon est pressé contre la soupape par un levier mobile à son extrémité. Le poids placé sur le levier, règle la charge de la soupape.

Le liquide peut donc être porté, sans bouillir, à une température bien supérieure à 100°. La tension de la vapeur atteint, à un moment donné, 6 atmosphères, par ex., point de tension réglé par le poids du levier.

Aussitôt le boulon s'écarte de la soupape qui se soulève, laisse échapper la vapeur. L'eau entre alors en ébullition et s'abaisse à la température de 100°. La marmite de Papin, qu'on trouve sur la plupart des chaudières, s'appelle aussi soupape de sûreté.


Machines à vapeur

Papin eut l'idée d'utiliser cette force de la vapeur pour actionner le piston dune machine.

Chaudières

De forme variable. Les premières furent de simples cylindres de tôle rivée.

Les chaudières sont en général enfermées dans une maçonnerie pour éviter la déperdition de la chaleur.


Chaudières à bouilleurs


Comme on le voit dans les fig. 9 et 12, le cylindre principal n'est rempli qu'à moitié, tandis que les bouilleurs (cylindres plus petits) destinés à augmenter la surface de chauffe sont pleins.


Un flotteur muni d'un contrepoids indique le niveau d'eau dans la chaudière. Si l'eau vient à baisser par trop, un second flotteur actionne un sifflet d'alarme qui prévient le chauffeur; ce dernier introduit alors par le tube la quantité d'eau nécessaire.


Chaudières semi tubulaires


Elles ont aussi des bouilleurs, mais en outre, le corps de la chaudière est traversé par des tubes dans lesquels circule l'air chaud. Le sifflet d'alarme et le flotteur sont remplacés par des niveaux d'eau en verre.


Chaudières multitubulaires


Elles sont composées uniquement de tubes et d'un réservoir.

Il existe d'autres types de générateurs tels ceux des locomotives, des locomobiles, les générateurs à vaporisation instantanée, etc.

Machines

Le principe étant le même pour toutes, nous prenons comme type une machine verticale à double effet (fig. 17). La vapeur arrivant dans le cylindre chasse le piston (V. fig. 8) bas en haut et de haut en bas alternativement; ce mouvement étant réglé en outre par le tiroir ou glissière (fig. 7), qui obture alternativement l'un ou l'autre des tubes d'arrivage de la vapeur.


La tige du piston transmet le mouvement à la manivelle; celle ci tourne alors et entraîne dans sa rotation l'arbre de couche. La poulie tourne avec l'arbre et actionne à son tour la courroie qui transmet le mouvement à toutes les machines d'un atelier, grâce à un jet complémentaire d'arbres de transmission, de poulies et de courroies.

Le volant en fonte régularise le mouvement la machine, dont la vitesse est réglée par un régulateur à force centrifuge.

Les aimants sont des substances qui ont la propriété d'attirer le fer, le nickel, le cobalt, le chrome et le manganèse. L'aimant naturel est un oxyde de fer.

Une bande d'acier frotté avec ce minerai devient magnétique à son tour.


Pôles

Lorsqu'on plonge un aimant ou une barre aimantée dans de la limaille de fer, celle-ci adhère aussitôt aux deux extrémités du barreau, mais non pas au centre. On nomme Pôles ces extrémités magnétiques.

Un barreau aimanté placé sur un pivot s'oriente, c'est-à-dire qu'un de ses pôles se place de lui-même dans la direction du Nord, l'autre étant tourné vers le Sud. Tout le monde connaît la boussole, qui est une aiguille aimantée.


Si on brise un aimant, chacun des segments devient un aimant complet, ayant ses deux pôles et sa zone neutre.

Lorsqu'on place deux aiguilles aimantées en face l'une de l'autre, on remarque que les pôles de même nom (Nord ou Sud) se repoussent tandis que les pôles contraires s'attirent.


Si l'on superpose deux barreaux aimantés, la force d'attraction magnétique est doublée, à condition que les deux pôles superposés soient tous deux Nord ou Sud. Dans le cas contraire, le pouvoir magnétique est absolument nul.


Influence

Un morceau de fer doux adhérent à une barre aimantée devient magnétique à son tour, et peut attirer un second fragment de fer, qui lui-même en attirera un troisième et ainsi de suite. De même l'influence à distance est constatée lorsqu'un aimant est approché d'un autre chargé de limaille de fer. Une partie de celle ci quitte aussitôt le deuxième aimant pour aller se fixer contre le premier.


Magnétisme terrestre

L'aiguille aimantée de la boussole s'orientant toujours dans une direction voisine du Nord, on peut considérer la terre comme traversée par un aimant, dont les pôles magnétiques seraient situés respectivement dans le voisinage des pôles géographiques, c'est donc le pôle Nord ou austral (sic !) de l'aiguille qui est tourné vers le pole Nord terrestre, et vice-versa. Mais cette direction n'est pas absolument le Nord géographique; il y a un écart entre les deux; on nomme déclinaison l'angle que forme le méridien magnétique avec le méridien astronomique, la déclinaison est orientale ou occidentale, selon que le pôle austral de l'aiguille (coté bleu) est à l'est ou à l'ouest du méridien astronomique; cet angle variable chaque année pour chaque lieu, est indiqué par les bulletins astronomiques.


On nomme inclinaison magnétique l'angle formé par la direction du couple terrestre avec l'horizontale du lieu. Des instruments spéciaux, appelés boussoles d'inclinaison et de déclinaison sont destinés à calculer l'écart entre les méridiens de façon à établir l'orientation exacte.

Un bâton de cire ou un morceau d'ambre échauffé par frottement attire de petits objets: fragments de papier, de moelle de sureau, etc., et les repousse ensuite.


Deux carrés de moelle de sureau étant touchés l'un avec une barre de verre, l'autre avec un bâton de résine s'attireront, tandis que si ces deux morceaux de moelle sont frottés tous deux avec la barre de verre, ils se repousseront. Il y a donc deux électricités, l'une positive (+), l'autre négative (-).

L'électricité n'existe qu'à la surface des corps, et les surfaces arrondies conservent les charges électriques, tandis que les pointes les laissent échapper.


Conductibilité

Les corps bons conducteurs se laissent facilement traverser par l'électricité (ex. le corps humain, les métaux, etc.) ; le verre, la porcelaine, les étoffes, le liège, etc., sont mauvais conducteurs. On les emploie comme isolants.

Production de l'électricité

La première pile électrique fut créée par Volta en 1800. Elle se compose d'une série de couples ou d'éléments empilés les uns sur les autres dans un ordre régulier: un disque de cuivre, un disque de zinc soudés l'un à l'autre, une rondelle de drap imbibée d'eau acidulée, et ainsi de suite; le tout renfermé dans un cylindre formé de trois tiges de verres.


Pôles

Dans une pile, le pôle positif (+) est l'extrémité où l'électricité prend le potentiel maximum: c'est dans la pile Volta (fig. 18), le zinc vers lequel sont tournés tous les zincs de chaque couple; le pôle négatif est constitué ici par le cuivre. Mais, dans la plupart des piles, le pole positif correspond au métal peu attaquable (cuivre, platine).


Électrodes

Les électrodes on rhéophores sont deux fils métalliques fixés aux pôles de la pile et destinés à les faire communiquer entre eux.

Machines électriques

Destinées à produire par frottement, de l'électricité à haut potentiel. La plus connue est la machine de Ramsden, formée d'un plateau en verre fixé sur un axe, et qui produit de l'électricité par frottement (V. plus loin).

Condensateurs

Appareils servant à accumuler sur de petites surfaces de grandes quantités d'électricité.


Bouteille de Leyde

C'est le plus connu des condensateurs. Elle se compose d'un flacon en verre mince dont l'intérieur est rempli de feuilles de bisulfure d'étain. Une feuille d'étain recouvre à l'extérieur les parois à mi hauteur et le fond. Une tige de cuivre recourbée et terminée par un bouton passe à frottement dur à travers un bouchon de liège et communique avec les feuilles de bisulfure.

On charge la bouteille en l'approchant d'une machine électrique (fig. 14). L'électricité positive s'accumule sur les feuilles et la négative sur l'étain, la main établissant la communication avec le sol.


Pour décharger la bouteille, on met en communication les deux armatures au moyen d'un excitateur (fig. 13); il se produit alors une forte étincelle électrique, entre le bouton et l'extrémité supérieure de l'excitateur.

Courant électrique

Le phénomène qui résulte de la transmission électrique continue d'un pôle à l'autre de la pile, en décharge continue, est le courant électrique, qui ne prend naissance qu'au moment où la communication est établie (circuit fermé).


Unité du courant

Le débit ou l'intensité d'un courant, est la quantité d'électricité qui s'écoule pendant un temps déterminé.

On a adopté comme mesure d'intensité l'unité CGS (centimètre, gramme, seconde), ou unité absolue. L'ampère est la 10e partie de cette unité.

Les capacités sont évaluées en farads; les potentiels en volts, les quantités en coulombs. L'ohm vaut 100 millions de CGS; sa puissance est égale à la résistance à 0° d'une colonne de mercure, dont la section est de 1 mm, 2 et la longueur 1 m, 106. Sa résistance est à peu près celle d'un fil de fer de 4 mm de diamètre. et d'une longueur de 100 m. ou celle d'un fil de cuivre de 1 mm de diamètre et de 48 m. de long.


Pile Bunsen

Inventé en 1843. Chaque élément comprend; 1) 1 vase en grès on en verre, rempli d'une solution d'acide sulfurique au I/10e ; 2) un cylindre creux en zinc amalgamé; 3) un vase poreux en terre de pipe; 4) une plaque de charbon. Le vase F reçoit d'abord le zinc, puis le vase poreux; au centre, le charbon sur lequel on fixe une pince de cuivre sur laquelle est une borne avec un fil de cuivre, qui est l' électrode positive: une seconde pince fixée an zinc constitue l'électrode négative.

La pile est inactive tant que la communication n'est pas établie par un conducteur entre le zinc et le charbon: dès que cette communication a lieu, il y a décomposition chimique, le zinc attaqué devient le pôle négatif; le charbon devient le pôle positif.


Couplage des piles

On peut augmenter la puissance du courant en couplant les piles, de manière à relier les pôles contraires; le zinc de la 1ère au charbon de la 2nde, etc. Il en est de même pour les autres piles.


Pile Daniell


Inventée par Becquerel en 1829: modifiée par Daniell en 1836. Diffère de la précédente en ce que le vase poreux contient du sulfate de cuivre dissous dans l'eau, dans laquelle plonge un cylindre de cuivre (pôle positif); une lame de zinc amalgamée et courbée en cylindre forme le pôle négatif.


Pile Leclanché


A un seul liquide. Le charbon est enfermé dans une enveloppe composée de coke en fragments et de bioxyde de manganèse fortement pressés et moulés. Le pôle négatif est constitué par une tige de zinc plongeant dans une solution de chlorhydrate d'ammoniaque.


Pile Grenet

Un vase de verre à large col contient le liquide; 2 plaques de charbon fixées parallèlement sur un disque de caoutchouc durci, constituent le pôle positif. Le pôle négatif est formé d'une lame de zinc, qui s'introduit entre les 2 plaques de charbon, et qu'on peut, par une coulisse, remonter à volonté.

Effets chimiques des courants

Le courant électrique décompose l'eau avec rapidité, lorsqu'elle contient un sel ou un acide. Il décompose de même la plupart des composés binaires (oxyde métallique, chlorure, etc.).

La plupart des sels étant décomposés par la pile, Jacobi et Spencer eurent l'idée de modeler les métaux en les précipitant de leurs dissolutions salines par l'action lente d'un courant électrique; ce fut l'origine de la galvanoplastie et de l'électrochimie.


Galvanoplastie


On fait un moule en creux, en gutta-percha, de l'objet dont on veut reproduire le relief (médaille, bijou. etc.). Ce moule est ensuite enduit de plombagine et porté dans une cuve contenant une solution saturée de sulfate de cuivre. Au dessus de cette cuve sont posées deux barres de laiton, reliées aux pôles d'une pile Daniell. On suspend le moule à la barre du pôle négatif; et à celle du pôle positif sur une plaque de cuivre. Le courant se trouvant ainsi fermé, le sulfate de cuivre est décomposé, son acide et l'oxygène de l'oxyde se rendent au pôle positif, tandis que le cuivre se dépose lentement au pôle négatif. Au bout de 48 heures chaque moule est recouvert d'une couche solide de cuivre.


Électrochimie. (Dorure, argenture, etc.)

Procédé par lequel on revêt à la pile un métal d'une autre couche de métal précieux ou de plus bel aspect. La pièce est dégraissée à chaud, s'il y a lieu, puis débarrassée des couches d'oxyde par dérochage et par décapage.

Le bain est ordinairement pour la dorure composé de chlorure d'or (1 gr.), de cyanure de potassium (10 gr.) et d'eau (450 gr.).

Les pièces à dorer sont, comme pour la galvanoplastie, plongées dans la cuve contenant le bain et suspendues au pôle négatif, tandis qu'on accroche une plaque d'or au pôle positif. Mêmes procédés, sauf que le bain et la plaque varient selon les métaux, pour l'argenture, le cuivrage, le nickelage, etc.

Effets physiques des courants

Un fil de fer parcouru par un courant et plongé dans de la limaille de fer attire celle-ci comme un aimant, tant que le courant dure.


Électro-aimants


Barres de fer doux, généralement recourbées en U, sur lesquelles s'enroule un fil de cuivre recouvert de soie.


Effets caloriques

Un courant parcourant un fil métallique échauffe celui-ci, qui finit par devenir incandescent, par fondre ou se volatiliser: le charbon seul est réfractaire à la fusion.


Effets lumineux

Dès que, dans un fil, la chaleur est suffisamment intense, il y a dégagement de lumière. Le fer et le platine brûlent avec une flamme blanche; le plomb avec une lumière pourpre, etc.


Arc voltaïque


Les électrodes d'une forte batterie communiquant avec deux charbons, un arc lumineux éblouissant se produit entre ceux-ci dès que le courant est lancé. Le charbon b est fixe; l'autre peut s'abaisser ou s'élever au moyen d'une crémaillère.


Induction

On nomme induction électrostatique ou influence, l'action qu'exerce à distance un corps électrisé sur un corps neutre. Faraday a appelé courants d'induction ou courants induits ceux qui sont produits à distance, dans des circuits métalliques fermés, par l'influence de courants électriques (induction voltaïque), d'aimants puissants (induction magnétique) ou du magnétisme terrestre (induction tellurique).

On nomme encore induction leyde-électrique celle des bouteilles de Leyde; et self-induction celle d'un courant voltaïque sur son propre circuit.


Bobine de Rhumkorff (à induction voltaïque)

La longueur varie selon la puissance qu'on veut obtenir. Les bobines (ou circuits fermés) au nombre de deux, sont formées l'une de gros fil de cuivre recouvert de soie, de 2 à 2 1/2 mm de diamètre, et d'une longueur de 40 à 50 m. Le fil est enroulé sur un cylindre creux en bois. L'autre bobine est un manchon de verre ou de caoutchouc durci sur lequel s'enroule un fit d'un 1/4 ou 1/5 de mm de longueur variable qui peut atteindre, pour les grandes machines, 120 kilomètres. Chaque spire de fil des bobines est isolée de la suivante par un vernis de gomme laque.


Interrupteur


Sachant que le courant inducteur n'agit que lorsqu'il commence et lorsqu'il finit, on a imaginé divers systèmes d'appareils servant à l'interrompre constamment. Certains d'entre eux donnent jusqu'à 5 ou 6 000 interruptions par seconde.

Machines et moteurs électriques

Les machines électromagnétiques transforment le travail mécanique en magnétisme et en électricité, par l'intermédiaire de l'induction magnétoélectrique. Suivant que l'induction est produite par des aimants permanents ou par des électro-aimants, les machines sont appelées magnétoélectriques ou dynamo-électriques. Les machines sont à courants alternatifs ou à courants continus, selon que les courants induits sont recueillis et utilisés tels qu'ils se produisent ou bien redressés, c'est-à-dire envoyés tous dans le même sens.

Les moteurs électromagnétiques, au contraire des machines (V. plus haut) transforment le magnétisme et l'électricité en travail mécanique.

Du reste, les machines électromagnétiques sont réversibles, c'est-à-dire qu'elles peuvent opérer la même transformation.


Une des plus anciennes est la machine de Clarke (fig. 31); Gramme, Siemens et d'autres ont apporté d'importantes modifications à ces incomparables sources d'énergie.

Eclairage électrique

Divers appareils utilisent l'arc voltaïque, d'autres l'incandescence les conducteurs traversés par les courants.


Bougies Jablochkoff


Composées de 2 charbons verticaux, de 24 à 15 mm. de diamètre, disposés parallèlement, séparés par une colonne isolante (colombin) composée d'un mélange de kaolin et de plâtre.

Le courant entre et sort par les bornes; il monte dans l'un des charbons, enflamme l'amorce (charbon pulvérisé) et redescend par le second charbon. Il se dégage une vive lumière entre les charbons et la colonne de plâtre se volatilise au fur et à mesure de l'usure des charbons. Le brûleur Jamin est une modification de la bougie Jablochkoff.


Lampe Edison


Un charbon, formé d'une fibre de bambou calcinée se relie par 2 pinces de platine à d'autres fils de platine qui amènent le courant. Le tout est soudé au moyen d'un dépôt galvanique de cuivre, et l'appareil est enfermé dans un ballon de verre fin en forme de poire, dans lequel on a fait le vide.

Le son

Si l'on frappe légèrement sur un verre à pied tenu par son pied, ou si nous éloignons de sa position horizontale une corde à violon tendue puis que nous la lâchions, nous entendons un son.


Ce son a été produit par les déplacements rapides, les vibrations des parois du verre ou de la corde. Les parois du verre se sont déplacées, le verre a augmenté, puis a diminué de volume. Pour le vérifier, approchons du verre une petite balle de sureau suspendue à un fil et nous verrons la balle vivement repoussée dès qu'elle aura touché la paroi du verre ; c'est le verre en vibrant qui l'a repoussé.


Propagation du son

Qui donc amène le son d'un corps vibrant jusqu'à nos oreilles ? Lorsqu'une cloche sonne au loin, les parois de la cloche, se déplaçant pour produire le son, déplacent l'air qui les touche, qui déplace la couche d'air voisine, qui déplace la voisine, etc. ; de proche en proche, l'air est ébranlé, jusqu'à celui qui pénètre dans le trou de notre oreille.


Atténuation du son

Mais le son ne sera pas perçu infiniment loin, car la deuxième couche d'air ne se déplace pas autant que la première, l'air étant élastique, la troisième pas autant que la deuxième, etc., de sorte que l'intensité du son s'affaiblit avec la distance pour devenir nulle à une certaine distance. Mais il ira d'autant plus loin que le son aura été plus intense, que les vibrations auront été plus grandes.


Vitesse du son

Le son ne court pas très vite dans l'air, il parcourt 340 mètres par seconde. Un son n'arrivera donc à notre oreille pas en même temps qu'il se produit, si le corps sonore est un peu éloigné de nous.



Support du son

Il est absolument nécessaire qu'il y ait quelque chose, air, eau, solide, entre le corps qui vibre et notre oreille pour que nous entendions les sons, car à travers le vide, le son ne se propage pas.

Le son se propage plus vite dans l'eau ou dans un solide que dans l'air. Dans l'eau, le son va 4 fois plus vite et plus encore dans les corps solides où sa vitesse dépend de la nature du corps.


Echo

Lorsqu'un son rencontre un obstacle, rideau d'arbre, montagne, rochers, etc., il est renvoyé par cet obstacle, comme la lumière est réfléchie par le miroir.


L'oreille, qui entend d'abord le son produit, puis le son après qu'il a été réfléchi, entend l'écho du son, sa répétition. Suivant la disposition des lieux, l'écho peut se produire plusieurs fois.

Télégraphie

Toute ligne se compose d'organes essentiels:

1) le fil de ligne, qui unit entre elles les stations;
2) la pile qui engendre le courant;
3) le manipulateur, qui règle les intermittences de courant;
4) le récepteur, qui enregistre la dépêche.

L'ancien télégraphe à cadran, dans lequel une aiguille marquait à la station réceptrice chacune des lettres désignées par l'expéditeur est remplacé par divers systèmes, Morse, Hugues, Wheastone, Baudot, etc.

Télégraphe de Morse


Composé d'un manipulateur, d'un fil de ligne et d'un récepteur.


Manipulateur


(V fig. 25 et 27). C'est un interrupteur de forme particulière. Chaque fois qu'on appuie sur le bouton du levier, le courant s'établit par la pile et transmet à la station destinataire une série de points et de traits, suivant les signes conventionnels de l'alphabet de Morse.


Récepteur


Muni d'un mouvement d'horlogerie, il est surmonté d'un rouet d'où se déroule une étroite bande de papier; c'est sur celle-ci que s'inscrivent au moyen d'un stylet encré les signes transmis par le manipulateur de la station expéditrice.


Autres systèmes

Divers systèmes, encore plus rapides, ont été imaginés. Parmi ceux-ci, citons le télégraphe Hughes, à clavier, muni de touches correspondant aux lettres de l'alphabet. Chaque lettre touchée à la station expéditrice est reproduite au récepteur de la station destinataire.


Télégraphie sans fil

Étant donné que les ondes électriques, de même que les ondes sonores s'étendent en cercles concentriques d'un diamètre toujours plus grand, comme les ondes produites dans une eau tranquille par la chute d'une pierre, Marconi, à la suite des belles découvertes d'Hertz et de Branly, eut l'idée de supprimer le fil de ligne. De sorte que l'onde électrique transmet à une ou plusieurs stations destinataires les indications transmises par un récepteur spécial.

Téléphone

Appareil inventé par Graham Bell, destiné à transmettre à distance la voix. Composé d'un fil de ligne, d'un transmetteur et d'un récepteur.


Téléphone Bell

Le transmetteur et le récepteur sont à peu près identiques; un étui de bois terminé à une extrémité, par une petite boite en bois munie d'une embouchure. La boite contient une bobine de fer doux sur laquelle s'enroule un fin fil de cuivre isolé dont les 2 bouts sortent en torsade à l'autre extrémité de l'étui qui renferme un barreau aimanté. Entre l'embouchure et la bobine est une plaque très mince de fer doux qui vibre lorsqu'on parle devant l'embouchure, et les vibrations se transmettent à l'appareil récepteur.


Téléphone Ader


Le transmetteur a pour organe essentiel un microphone constitué par 12 charbons disposés en grille. Il est appliqué sur la face inférieure d'une très fine planchette en sapin, dont toutes les vibrations se transmettent au microphone et de là par fil, à l'appareil récepteur.

Le récepteur est un téléphone analogue à celui de Bell. Un aimant circulaire forme poignée et ses extrémités se rejoignent sur un anneau de fer doux qui sert d'armature à l'aimant et en excite les réactions magnétiques.

A l'intérieur, une bobine divisée en 2 hélices enroulées chacune autour d'un des pôles de l'aimant. La plaque vibrante est du même genre que celle de Bell.