@. Ampère et l'histoire de l'électricité

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Parcours historique > L'électricité au XVIII^e siècle

Comprendre la condensation de l'électricité en termes modernes

Par Christine Blondel et Bertrand Wolff

Nous allons expliquer ici en termes modernes les phénomènes décrits dans la page L'énigme de la bouteille de Leyde.

Le phénomène d'influence

On a schématisé ci-contre le "condensateur d'Aepinus".

A et B sont des disques métalliques. En l'absence du disque B, le disque A relié à la borne négative d'une machine électrostatique ou d'un autre générateur, se charge d'une certaine quantité d'électricité. Cette quantité est limitée par la répulsion mutuelle entre les charges électriques négatives réparties à sa surface.

Approchons le disque B, relié à la terre, du disque A. Les charges négatives de A repoussent celles présentes à l'intérieur de B - des électrons - vers la terre, laissant du coup, en regard du disque A, des charges positives. L'attraction mutuelle entre charges négatives de A et positives de B accroît alors leur accumulation. La condensation d'électricité résulte donc de l'influence électrique exercée par chacun des disques sur l'autre. L'effet est d'autant plus important qu'A et B sont plus proches, les forces d'attraction étant d'autant plus grandes entre les charges opposées.

Le dispositif que nous venons de décrire est un condensateur. Les deux disques métalliques en sont les armatures. Ils sont séparés par un isolant (ou "diélectrique") : verre, air, mica, etc.

La forme importe peu : qu'il s'agisse de la bouteille de Leyde, du condensateur d'Aepinus ou des condensateurs modernes, on retrouve toujours deux conducteurs séparés par un mince isolant, comme on le voit à la fin de la vidéo sur la bouteille de Leyde.

[Voir la vidéo La terrible secousse de l'électricité en bouteille. ]

Pourquoi l'armature externe d'une bouteille de Leyde doit-elle être reliée à la terre pendant la charge ?

Exercice 1 : En s'inspirant de l'explication donnée ci-dessus pour le condensateur d'Aepinus, comprendre pourquoi la bouteille de Leyde doit être tenue à la main, et ainsi "mise à la terre", pour pouvoir être chargée.

Comment comprendre que les deux bouteilles de Leyde de la machine de Whimshurst, bien que posées sur un isolant, condensent l'électricité ?

Exercice 2 : Dans la vidéo L'étincelle, avec ou sans bouteille de Leyde, les deux bouteilles sont posées sur un isolant ! Pourtant elles "condensent" l'électricité. Quelle est l'explication ?

Deux formules magiques...

Q = C U
C = ε S / e

...en principe bien connues des bacheliers scientifiques.
La première indique que la quantité d'électricité Q accumulée sur chaque armature d'un condensateur est proportionnelle à la tension électrique U (volts) établie entre les deux armatures, et à la capacité C du condensateur.
D'après la deuxième formule, cette capacité est proportionnelle à la surface S des armatures en regard, et inversement proportionnelle à la distance e qui les sépare, conformément aux observations qualitatives des "électriciens" du XVIII^e siècle. Le coefficient ε dépend de la nature du diélectrique.

Mise en ligne : octobre 2006

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