Fluide électrique
Leyde, 1746. Pieter van Musschenbroek charge de l'eau dans une bouteille à l'aide d'une machine électrique, saisit la bouteille et le fil — et reçoit une secousse si violente qu'il écrit qu'il ne la subirait pas une seconde fois pour tout le royaume de France. L'électricité, il se trouve, peut s'accumuler dans un bocal comme un liquide.
À Philadelphie, Franklin l'expliqua par un fluide unique. Il est présent dans tous les corps. Un corps qui en contient plus que la normale est chargé positivement, celui qui en contient moins, négativement. Le frottement ne crée pas le fluide, il ne fait que le transvaser. Le fluide comme substance disparut avec la découverte de l'électron, mais les signes plus et moins et la conservation de la charge sont restés pour toujours.
| Notation | fluid · electric fire · mesure Fr |
| Comment on l'évaluait | par la longueur de l'étincelle, la force de la secousse, l'écartement des feuilles de l'électroscope |
| Ce qu’on supposait | un liquide impondérable · excès = plus, défaut = moins · se conserve |
| Introduction et abandon | deux fluides chez Du Fay, 1733 · un fluide chez Franklin, 1747 · l'électron de Thomson, 1897 |
| Notation actuelle | charge Q, coulombs · e = 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C exactement |
| Valeurs typiques | 15 µC — bouteille de Leyde · 15 C — foudre · 1 Fr = 2,08·10⁹ électrons |
01 · Définition
Plus = excès, moins = défaut
Frottez une baguette de verre avec de la soie. Selon Franklin, le fluide est passé de la soie au verre : le verre a reçu un excès, plus, la soie un défaut, moins. Ce qui s'est ajouté dans un corps a diminué d'autant dans l'autre. La somme ne change pas.
Franklin a choisi le signe au hasard, et l'a mal choisi : dans les fils circulent en réalité des électrons, et ils portent le moins. C'est pourquoi, selon les manuels, le courant va du plus vers le moins, et les électrons en sens inverse. Mais la règle essentielle du fluide est juste : la charge se conserve dans toute expérience.
Combien est passé
Deux récipients, le verre et la soie, le pointillé marque le niveau normal du fluide. Le curseur indique combien de fois on a passé la soie sur le verre. Le bleu au-dessus du pointillé est l'excès, plus. Le rouge au-dessous est le défaut, moins. La barre du bas est la somme des charges, elle reste toujours à zéro. Sous les récipients, l'écriture d'aujourd'hui : des électrons sont passés du verre à la soie.
Charger la bouteille et attendre l'étincelle
L'action principale est le bouton « Tourner la machine ». À gauche, un globe de verre frotte contre un coussinet, et des gouttes bleues de fluide courent par le fil jusqu'à l'armature intérieure de la bouteille. Plus il y a de fluide, plus la tension est élevée. À droite, l'éclateur : deux boules de laiton, dont l'écart se règle au curseur. Quand la tension atteint le claquage de l'air, environ 3 kV par millimètre, une étincelle jaune jaillit et la bouteille se vide. L'écran de droite enregistre la tension en fonction du temps. Le temps est réel.
—
02 · Conversion
| {n} | {v} | {note} |
Le franklin est la charge qui repousse une charge égale, à la distance de 1 cm, avec une force de 1 dyne. C'est 3,335 64·10⁻¹⁰ C, environ deux milliards d'électrons. L'unité a été nommée en l'honneur de Franklin en 1941.
L'ampère-heure est la charge qui passe en une heure sous un courant de 1 A : 3600 C. La batterie d'un téléphone de 4000 mA·h stocke 14 400 C — presque mille éclairs en charge, mais sous une tension de 4 V seulement.
03 · Ordres de grandeur
04 · Instruments de mesure
05 · Règles d’écriture
06 · Unités voisines
07 · Section historique
On mesurait le fluide avec ce qu'on avait sous la main : la longueur de l'étincelle, la force de la secousse, le nombre de bouteilles dans une batterie. En 1785, Coulomb donna pour la première fois une loi de force, et la charge devint une grandeur dotée d'une unité. Dans le système CGS, l'unité fut le franklin, dans le SI le coulomb, par l'ampère et la seconde.
Depuis 2019, tout converge vers la « goutte de fluide » : la charge élémentaire e est fixée exactement, 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C. Un coulomb, c'est environ 6 241 509 074 460 762 607,776 charges élémentaires, et l'on peut compter les chiffres aussi loin qu'on veut. Le fluide s'est révélé granuleux.
Catalogue des grandeurs
tout l'index →Les sept unités de base du SI
Une goutte d'acide change la couleur du jus, le sel colore la flamme, l'eau gèle d'un coup. En dessous, toutes les fiches Simetrium, par discipline et par ordre alphabétique.
Ouvrir l'index →