Histoire de l'électricité et de l'électromagnétisme

Histoire[modifier]

Articles connexes : Histoire de l'électricité et Électromagnétisme.

Les anciens Grecs avaient déjà remarqué que l'ambre attire les petits objets quand elle est frottée avec de la fourrure ; en dehors de la foudre, ce phénomène est la plus ancienne expérience de l'humanité notée en rapport avec l'électricité6. Dans son traité de 1600 De Magnete, le médecin anglais William Gilbert forge le mot bas-latin electricus, pour désigner cette propriété d'attirer les petits objets après frottement7. Les mots « électrique » et « électricité » sont dérivés du latin ēlectrum (aussi racine de l'alliage métallique électrum), dérivé à son tour du mot grec ἤλεκτρον (êlectron´) pour ambre.

En 1737, C. F. du Fay et Hawksbee découvrent ce qu'ils croyaient être deux sortes d'électricité : celle engendrée en frottant du verre et celle engendrée en frottant la résine. Du Fay conclut alors que l'électricité peut se réduire à deux fluides électriques, « vitreux » et « résineux », que l'on sépare par frottement, et que l'on peut recombiner ensemble8. Une décennie plus tard, Benjamin Franklin affirme que l'électricité ne diffère pas des autres types de fluides électriques mais qu'il s'agit de la même chose, sous des pressions différentes. Il lui apporte la nomenclature moderne de charge positive ou négative respectivemement9,10.

Entre 1838 et 1851, le naturaliste britannique Richard Laming (en) développe l'idée qu'un atome est composé d'un noyau de matière, entouré par des particules subatomiques qui ont une charge électrique unité11. À partir de 1846, le physicien allemand Wilhelm Eduard Weber émet la théorie que l'électricité est composée de fluides chargés positivement et négativement, et que leur interaction est régie par une loi en carré inverse. Après avoir étudié le phénomène d'électrolyse en 1874, le physicien irlandais George Stoney suggère qu'il existe « une seule quantité définie d'électricité », la charge d'un ion monovalent. Il était alors capable d'estimer la valeur de cette charge élémentaire e à partir des lois de l'électrolyse de Faraday12. Cependant, Stoney croyait que ces charges étaient attachées de façon permanente aux atomes, et ne pouvaient leur être enlevées. En 1881, le physicien allemand Hermann von Helmholtz argumenta que les charges positives et négatives étaient composées de parties élémentaires, chacune « se comportant comme des atomes d'électricité2 ».

En 1894, Stoney forge le terme d'« électron » pour désigner ces charges élémentaires, disant « ... une estimation a été faite de la valeur réelle de cette unité fondamentale très remarquable d'électricité, pour laquelle je me suis risqué à proposer le nom d'« électron » »13. Le mot électron est une combinaison du mot électrique et du suffixe -on, le dernier étant maintenant utilisé pour désigner une particule subatomique, comme le proton ou le neutron14, 15.

Découverte[modifier]

Un faisceau d'électrons défléchis en cercle par un champ magnétique16

Le physicien allemand Johann Wilhelm Hittorf entreprend l'étude de la conductivité dans les gaz raréfiés. En 1869, il découvre une lueur émise par la cathode, dont la taille croît quand la pression du gaz diminue. En 1876, le physicien allemand Eugen Goldstein montre que les rayons de cette lueur provoquent une ombre, et il les appelle rayons cathodiques17. Pendant les années 1870, le chimiste et physicien anglais Sir William Crookes met au point le premier tube à rayons cathodiques avec un vide poussé à l'intérieur18. Puis il montre que les rayons luminescents apparaissant dans le tube transmettent de l'énergie, et se déplacent de la cathode vers l'anode. De plus, en appliquant un champ magnétique, il est capable de défléchir les rayons, montrant par là que le faisceau se comporte comme s'il était chargé négativement19,20. En 1879, il propose que ces propriétés sont expliquées par ce qu'il appelle « matière radiante ». Il suggère que c'est un quatrième état de la matière, consistant en molécules chargées négativement, projetées à grande vitesse de la cathode21.

Le physicien britannique né allemand Arthur Schuster développa les expériences de Crookes en disposant des plaques de métal parallèlement aux rayons cathodiques, et en appliquant une différence de potentiel électrique entre les plaques. Le champ électrique défléchit les rayons vers la plaque chargée positivement, ce qui renforce la preuve que les rayons portent une charge négative. En mesurant la déflexion selon la différence de potentiel, Schuster est capable en 1890 de mesurer le rapport masse sur charge des composantes des rayons. Cependant, ceci donna une valeur plus de mille fois plus faible que la valeur attendue, si bien que l'on n'accorda que peu de confiance à son calcul à l'époque19,22.

En 1896-1897, le physicien britannique J. J. Thomson, et ses collègues John S. Townsend (en) et H. A. Wilson (en)4 réalisent des expériences indiquant que les rayons cathodiques sont effectivement des particules individualisées, plutôt que des ondes, des atomes ou des molécules comme il était cru avant. Thomson fait de bonnes estimations à la fois de la charge e et de la masse m, trouvant que les particules des rayons cathodiques, qu'il appelle « corpuscules », ont environ un millième de la masse de l'ion le plus léger connu alors : l'hydrogène5. Il montre que le rapport charge sur masse e/m est indépendant de la matière de la cathode. Il montre en plus que les particules chargées négativement produites par les matériaux radioactifs, les matières chauffées et les matières illuminées sont universellement les mêmes23. Le nom d'électron a été reproposé par le physicien irlandais George F. Fitzgerald, ce qui a été maintenant accepté universellement19.

En étudiant les minéraux naturellement fluorescents, le physicien français Henri Becquerel découvre que ceux-ci émettent des rayonnements en l'absence de toute source d'énergie externe. Ces matériaux radioactifs deviennent le sujet de beaucoup d'intérêt de la part des scientifiques, y compris le physicien néo-zélandais Ernest Rutherford, qui découvre qu'ils émettent des particules. Il désigne ces particules sous le nom de particules alpha et bêta, selon leur pouvoir de pénétrer à travers la matière24. En 1900, Becquerel montre que les rayons bêta émis

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