Macedonio Melloni to Faraday   12 July 1854

Moretta de Portici près Naples 12 Juliet 1854

Cher et illustre ami

Dans ma dernière lettre¹ j’élevais quelques doutes à l’égard des consequences que l’on a cru pouvoir deduire jusqu’à present des expériences qui servent de base au theoreme fondamental de l’induction électrostatique. Ces doutes ont passé dans mon esprit à l’état de certitude depuis qu’il m’a été permis de les soumettre à l’épreuve de l’analyse experimentale: et me voilà aujourd’hui bien convaincu que l’énonce du théoreme susdit doit être essentiellement modifié.

Veuillez, de grace, verifier les faits que je vais decrire, et si vous les trouvez exacts, comme je n’en doute point, ayez la bonté de les communiquer à la Société Royale et d’en faire inserer la traduction dans les Transactions philosophiques ².

Lorsqu’on approche d’un corps électrisé A un conducteur isolé BC, le principe électrique contraire à celui de A se developpe en B, l’homologue en C. En effet si on place; d’après la méthode d’Aepinus³ un corps metallique, isolé en contact avec l’une ou l’autre extremité du conducteur et si on l’approche ensuite d’un électroscope chargé d’une électricité connue, on obtient une action négative pour le contact B et positive pour le contact C lorsqu’ A est électrisé positivement; et on a, au contraire, une action positive pour B et negative pour C dans le cas opposé où A est électrisé negativement.

Pour abréger l’expérience et la rendre peut être encore plus significative, il suffit d’avoir recours à la methode Wilke⁴, qui consiste à composer le conducteur BC de deux pièces détachées que l’on separe, sans les toucher, sous l’influence électrique pour les eloigner ensuite de A et les presenter successivement à l’électroscope: car alors on trouve constamment les deux pieces électrisées en sens opposé, l’anterieure possedant toujours l’état électrique contraire à celui de A. Enfin, si on ne separe les deux pieces qu’apres l’éloignement de A on n’y observe plus aucune trace d’électricité, chacune d’elles se montrant alors à l’etat naturel: preuve qu’il n’y a eû pendant l’expérience aucune transfusion électrique de A en BC et que les phénomènes presentés par ce dernier corps proviennent uniquement de l’électricité naturelle de BC troublée dans son etat d’equilibre par la presence de A.

Le developpement des deux principes électriques dans un conducteur isolé par la simple action d’un corps électrisé placé à une certaine distance est donc un fait incontesté et incontestable.

Cependant les preuves experimentales que je viens de citer ne demontrent cette verité qu’après l’action de A, et non pas pendant que cette action est en train de s’exercer, comme on l’admet dans tous les traités de physique[.]

Vous pouvez vous convaincre, dit-on, de l’existence réelle des deux électricités en presence du corps inducteur, soit approchant successivement de B et de C le même électroscope électrisé, soit en suspendant le long de BC une série de pendules a fil de lin: car les signes électroscopiques sont contraires aux deux extremités du cylindre, et la pendule correspondante se mouvent en sens opposé lorsque vous en approchez un corps chargé d’une électricité connue.

Je reponds que ces expériences ne sont guère concluantes, puisque les appareils employés pour explorer l’etat électrique des deux bouts du cylindre sont soumis, eux mêmes, à l’influence de A et subissent en B une une [sic] perturbation électrique bien autrement intense que celle qu’ils eprouvent en C. Ne serait-il pas possible que le changement des actions attractives en repulsives, ou viceversa, derivât tout simplement de cette perturbation électrique de l’analyseur et non pas de la qualité differente des électricités qui dominent en B et en C?

Pour resoudre la question il faudrait donc trouver le moyen de soustraire les instruments à l’action perturbatrice du corps inducteur. Or ceci ne presente aucune difficulté. Prenez une lame métallique et fixez-la verticalement dans le voisinage du conducteur de la machine électrique, après l’avoir mise en communication avec le sol: Approchez du côté opposé une petite balle de moëlle de sureau suspendue à un long fil de lin: et vous pourrez tourner tant qu’il vous plaira le plateau de le machine, sans que le petit pendule dévie le moins du monde de la direction verticale. Les choses ne se passent pas tout-à-fait de même lorsque le pendule est isolé et électrisé; car alors celui ci eprouve une certaine tendance à se rapprocher de la lame; mais cette tendance dérive uniquement d’une réaction developpée par l’électricité du pendule, et n’a rien à faire avec la force électrique provénant de l’autre côté de l’autre côté de la lame; comme on peut s’en convaincre, soit en supprimant l’électricité du conducteur, soit en lui communiquant successivement les deux principes électriques: car dans l’un et l’autre cas l’inclinaison du pendule ne subit pas la moindre variation. Au reste l’attraction de réaction que la lame métalliique en communication avec le sol exerce sur le pendule électrisé diminue rapidement, comme toutes les forces de ce genre, lorsque la distance augmente; en sorte que elle devient sensiblement nulle à un fort petit éloignement de la lame.

Maintenant, si on tient d’une main un électroscope chargé d’une électricité connue et de l’autre une lame métallique et que l’on approche l’instrument tantôt de B et tantôt de C en le preservant soigneusement de l’influence de A au moyen de la lame maintenue à une certaine distance, on voit ces extremités du cylindre BC exercer toutes les deux la même espece d’action électrique sur l’instrument, C étant toutefois doué d’une action plus puissante que B.

Autrement: si on attache le long du cylindre BC la serie connue des pendules accouplés, et qu’on la soustrait à l’induction directe de A par des lames métalliques, convenablement placées, une baguette électrisée de verre, transportée successivement au dessus de chaque couple normalement à l’axe de BC et soigneusement abritée de l’action de A par une lame métallique qui communique avec le sol, augmente ou diminue toutes les divergences des couples, selon que A est électrisé positivement ou negativement. On peut même faire cette expérience d’une maniére beaucoup plus frappante en disposant la baguette parallelement à l’axe du cylindre; car alors toutes les divergences subissent en même temps la même phase d’augmentation ou de diminution; ce qui dissipe d’un seul coup de baguette, les illusions que nous nous étions formées à l’égard des tensions électriques contraires developpés sur les parties anterieure et posterieure du corps soumis à l’induction.

En variant la forme de ce dernier corps on peut enfin rendre l’experience independante des ecrans qui servent à preserver les instruments d’analyse de l’action directe de A. Imaginons, en effet, que l’on ôte la partie cylindrique de BC moins une bande superieure assez forte pour soutenir les surfaces hémispheriques placées à ses extremités: supposons ces surfaces terminées interieurement par un plan muni d’un leger pendule à fil de lin. L’appareil étant isolé et fixé à une certaine distance de la machine électrique en activité, on voit les deux pendules s’ecarter simultanément des surfaces planes correspondantes; l’antérieur moins que le posterieur; mais tous les deux en vertu de l électricité positive, comme cela resulte evidemment de leur repulsion commune sous l’action électrique de la baguette de verre, portee successivement en B et en C. La même repulsion s’obtient lorsqu’on remplace l’hemisphere anterieur B par un disque très mince; ce qui prouve l’existence de l’électricité positive jusque tout près de la surface tournée vers A. Il va sans dire que si A est electrisé negativement, le sens électrique des apparences observées sen renverse, et que l’electricité negative est la seule sensible dans les diverses parties de l’appareil-

Ainsi le cylindre BC soumis à l induction de A ne développe, a l’etat de tension apparente, que la seule électricité homologue à celle du corps inducteur. L’électricité contraire est completement dissimulée et ne devient sensible qu’après la separation et l’isolement des parties anterieurs de BC et la suppression de la force inductrice[.]

On pourrait croire, au premier abord que l’existence de l’électricité homologue à celle du corps inducteur jusque dans la partie antérieure du corps induit est en contradiction formelle avec les expériences de Coulomb et des autres physicens qui ont trouvé cette parti électrisée en sens contraire⁵. Mais la contradiction n’est qu’apparente et s’explique naturellement par les deux phases opposées de tension insensible ou sensible que prend successivement sur le plan d’épreuve une des deux espèces d’électricité. En effet supposons, pour fixer les idées, que A soit positif et que le point anterieur du cylindre BC touché avec le plan d’epreuve possede une seule unité d’électricité sensible et quattre d’électricité dissimulée, qui dans ce cas sera negative. Au moment du contact, le plan d’épreuve sera électrisé positivement, puisque le seule unité electropositive possede l’etat de tension apparente. Mais lorsque ce plan, chargé de +1 d’électricité sensible et de -4 d’électricité dissimulée, s’éloigne de A pour subir l’essai de la balance de torsion, la dernière espece d’électricité acquiert, elle aussi, l’état de tension, neutralise la positive et reste en excès de trois unités. Se le point touché possedait trois unités d’électricité dissimulée et deux de sensible, le plan d’épreuve, positif pendant le contact de BC et la presence du corps A, accuserait sur la balance de torsion une electricité négative egale à une seule unité. Enfin, le plan d’épreuve serait, encore positif au moment du contact avec BC, mais ne donnerait plus à la balance de torsion aucun signe d’électricité apparente si le point touché possedait des proportions egales du principe électrique sensible et du principe électrique dissimulé.- Il est inutile de s’occuper des points placés au delà de cette limite, parceque on ne trouve plus alors dans les deux cas que le seule tension électropositive.

Tout se reduit, comme on le voit, à une lutte plus ou moins inégale des deux électricités qui donnent, tantôt un resultat et tantôt une [sic] autre, selon qu’elles se trouvent dans un état de developpement semblable on dissemblable.

Ainsi la dénomination de point neutre, adoptée par Coulomb pour signifier la partie du corps induit où les deux principes électriques possedent la même intensité, n’est pas, au fond, inexacte. Je crois cependant qu’elle doit être rejetée parcequ’elle tend à donner une idée fausse de la distribution de l’électricité sensible pendant le phénomène de l’induction: car alors le point en question ne se trouve pas à l’etat naturel, et manifeste, au contraire, comme nous venons de le voir, une certaine tension électrique de même éspèce que celle du corps inducteur.

Il n’y a pas de doute que la principale cause de l’erreur où nous étions tous tombés jusqu’à ce jour n’ait été l’apparence trompeuse presentée par les pendules accouplés le long du cylindre métallique soumis à l’induction. En voyant les divergences de ces pendules plus fortes vers les deux bouts que dans la partie centrale du cylindre; et trouvant, d’autre côté, que les extremités de ce même cylindre donnaient des électricités differentes lorsqu’on les separait, à l’état d’isolement, dont l’action de la force inductive, on était naturellement porté à en deduire que les divergences extrémes n’étaient pas produites par le même principe.

Maintenant si vous me demandez la cause de cette singuliere disposition de l’electricité sensible dans le cylindre soumis à l’induction, je repondrai franchement que je ne saurais encore la formuler d’une maniere bien nette. Cependant l’explication qui me parait la plus plausible c’est que l’électricité homologue à celle du corps inducteur une fois developpée dans le corps induit, tend à s’y repandre d’apres les lois connues de la distribution électrique: et nous savons que dans un cylindre la tension est toujours moindre à la partie centrale qu’aux extremités. C’est vrai que l’électricité rencontre à l’extremité voisine du corps inducteur une force de repulsion plus puissante qu’à l’autre bout: aussi y a-t-il de ce côté un phénomène perturbateur que l’on supprime, je ne sais trop pourquoi, dans tous les traités de physique. Les doubles pendules s’inclinent vers A malgré l’électricité homologue dont ils sont pourvus: comme cela arrive toujours lorsqu’on met un corps mobile faiblement électrisé en presence d’un corps fixe doué d’une forte dose de la même éspèce d’électricité, et l’inclinaison des fils qui soutiennent les deux balles de sureau attachées à chaque couple dérivant de la même force attractive, produit naturellement entre les deux pendules une augmentation de divergence.

Mais en revenant à la nouvelle forme sous laquelle, je crois indispensable d’énoncer le théoreme fondamental de l’induction électrostatique, il est facile de voir qu’elle ne complique pas inutilement l’explication des faits qui en dependent: bien au contraire, elle tend à les présenter sous un point de vue unique et invariable, le seul qui soit reelement rationnel et conforme à l’observation.

Ainsi, par exemple, si les deux électricités induites se trouvaient contemporanément existantes à l’état de tension dans notre cylindre horizontal muni de pendules, comme on l’a supposé jusqu’à ce jour, elles devraient aussi exister dans le même état sur la partie métallique verticle et isolée d’un électroscope mis en presence d’un corps électrisé. Or, pourquoi en touchant la garniture superieure de l’appareil et en soustrayant ensuite l’instrument à l’action de la force inductrice, le trouvons nous électrisé en sens contraire? Evidemment parceque la seule électricité homologue était, sous l’action du corps inducteur douée de tension et mobile; tandis que l’autre était privée de tension et de mobilité. Dans le premier cas on faisait donc une supposition totalement differente de celle qu’il fallait adopter pour avoir l’explication du second. Cette contradiction manifeste n’exist plus dans le nouvel énoncé des phénomènes électriques développés par influence, où l’état different des deux électricités, que l’on imaginait pour se rendre compte de la charge inductive des électroscopes, est admis comme un fait démontré directement par l’expérience.

On pourrait citer aisément d’autres exemples analogues. On pourrait montrer surtout, comment l’énonciation exacte des états où se trouvent les deux principes électriques d’un corps isolé sous l’action de la force inductive permet de concevoir leur developpement sans avoir recours au transport de ces deux principes de l’une à l’autre extermité du corps induit.... Mais ce serait là une véritable termerité d’ecolier envers son maître.... Voila pourquoi je m’arrête tout court en me declarant comme toujours, bien sincerement

votre tout-devoué admirateur et ami | Macédoine Melloni

Address: Monsieur | Monsieur Michel Faraday | de la Société Royale des Londres, de | l’Institut de France, de la Societé Ita|lienne des Sciences, des Académies de Berlin, | Turin, Naples &c &c | Londres.TRANSLATION

Moretta di Portici by Naples 12 July 1854

Dear and illustrious friend,

In my last letter⁶ I raised some doubts regarding the consequences which have been taken to be deducible until now from the experiments which serve as the basis of the fundamental theorem of electrostatic induction. These doubts have passed in my mind to a state of certainty since I was allowed to submit them to the proof of experimental analysis: and here I am today quite convinced that the wording of the above theorem ought to be essentially modified.

If you would be so kind as to verify the facts that I am going to describe, and if you find them correct, as I have no doubt you will, please have the kindness to communicate them to the Royal Society and to make sure a translation is included in the Philosophical Transactions ⁷.

When one approaches a charged body A with an isolated conductor BC, the electric principle contrary to that of A is developed in B, homologous to C. In fact if one places, according to Aepinus’⁸ method, an insulated metallic body in contact with one or other end of the conductor and if one then approaches an electroscope charged with a known electricity, one obtains a negative action for the contact B and a positive one for the contact C when A is charged positively; and one has, on the contrary, a positive action for B and a negative action for C in the opposite case where A is charged negatively.

To shorten the experiment and make it perhaps even more significant, it is sufficient to resort to Wilcke’s⁹ method, which consists of constructing the conductor BC from two detached pieces which are separated, without one touching them, under the influence of electricity, which moves them away from A and to present them in turn to the electroscope: for then one finds consistently that the two pieces are charged in opposite directions, the former always possessing the electric state contrary to A. Finally, if one does not separate the two pieces until after A is moved away, one can observe no trace of electricity, each showing themselves in their natural state: proof that during the experiment there had not been any electric transmission from A to BC and that the phenomena presented by this latter body came uniquely from the natural electricity of BC whose state of equilibrium was disturbed by the presence of A.

The development of the two electric principles in an isolated conductor by the simple action of a charged body placed at a certain distance is therefore an undisputed and indisputable fact.

However, the experimental proofs that I have just cited do not demonstrate this truth until after the action of A, and not whilst this action is taking place, as is stated in all treatises on physics.

One can be persuaded, it is said, of the real existence of the two electricities in the presence of a conducting body, by suspending along BC a series of pendulums of linen thread: for the electroscopic signs are contrary to the two extremities of the cylinder, and the corresponding pendulums move in the opposite direction when you approach it with a body charged with a known electricity.

In reply I would say that these experiments are not at all conclusive, since the instruments used to explore the electric state of the two ends of the cylinder are themselves subjected to the influence of A and undergo in B an electric disturbance which is of quite a different intensity than that which they experience in C. Would it not be possible that the change of attracting actions into repulsing ones, or vice versa, is derived quite simply from this electric disturbance of the analyser and not from the differing qualities of the electricities which are dominant in B and C?

In order to resolve this question, it is necessary, therefore, to find the means of subjecting the instruments to the disturbing action of the inducing body. Now this presents no difficulty. Take a metallic screen and fix it vertically, and in contact with the ground, close to the conductor of the electric machine: Approach from the other side with a small elderberry suspended on a long linen thread: and you can turn the plate of the machine as much as you like, without the little pendulum deviating from the vertical position at all. Things do not happen quite in the same way when the pendulum is insulated and charged; for then it experiences a certain tendency to come towards the screen; but this tendency stems uniquely from a reaction developed by the electricity of the pendulum, and has nothing to do with the electric force coming from the other side of the screen; as one can convince oneself, be it through suppressing the electricity of the conductor, or in communicating successively two electrical principles: for in the former case as in the latter the inclination of the pendulum is not subject to the merest variation. At least the attraction of reaction that the metallic screen which communicates with the ground exerts on the electrified pendulum, decreases rapidly, as do forces of this nature, when the distance increases; so that it becomes more or less nil at a very little distance from the screen.

Now, if one holds in one hand an electroscope charged with a known electricity and in the other a metallic screen which one brings towards the instrument sometimes from B and sometimes from C, taking care to keep it from the influence of A by means of the screen kept at a certain distance, one can see both ends of the cylinder BC exert the same kind of electric action on the instrument, despite C being capable of a stronger action than B.

In other words: if one attaches along a cylinder BC the known series of coupled pendulums, and if one subjects it to the direct induction of A by metal strips which have been appropriately placed, a charged glass rod, passed successively above each couple normally at the axis BC and carefully shielded from the action of A by a metal screen which communicates with the ground, increases or diminishes all the differences of the couples, depending on if A is charged positively or negatively. This experiment can be done in an even more striking way by placing the rod parallel to the axis of the cylinder; for then all the differences undergo at the same time an increase or a decrease; which dissipates in one swipe of the rod the impression that we had formed with regard to contrary electric tensions developed on the anterior and posterior parts of the body subjected to induction.

By varying the form of this latter body one can finally render the experiment independent of the screen which serves to preserve the instruments of analysis from the direct action of A. Let us imagine, in fact, that one takes away the cylindrical part of BC minus a top band strong enough to sustain the hemispherical surfaces placed at its ends: let us suppose that these surfaces end inside in a plane fitted with a light pendulum made of linen thread. The instrument being isolated and fixed at a certain distance from the electric machine that is active, one can see the two pendulums draw aside simultaneously from the corresponding surface planes; the anterior less than the posterior; but both by virtue of the positive electricity, as evidently results from their common repulsion under the action of the glass rod, taken successively to B and to C. The same repulsion is obtained when one replaces the anterior hemisphere B by a very thin disc; which proves the existence of positive electricity right up to the surface turned towards A. It goes without saying if A is charged negatively, the electric direction of the observed effects is reversed, and that negative electricity is only felt in different parts of the instrument.

Thus the cylinder BC subjected to the induction of A develops, in the state of apparent tension, a single electricity homologous to that of the inducing body. Contrary electricity is completely dissimulated and becomes perceptible only after the separation and isolation of anterior parts of BC and the suppression of the inducing force.

One could believe, at first sight, that the existence of electricity that is homologous to that of the inducing body right up to the anterior part of the induced body, contradicts completely the experiments of Coulomb and other physicists that have found this part to have the opposite charge¹⁰. But the contradiction is only an apparent one and can be explained naturally by the two opposing phases of imperceptible or perceptible tension that one of the two kinds of electricity takes in turn on the experimental plane. In fact, let us suppose, just to clarify our ideas, that A is positive and that the anterior part of cylinder BC touched by the experimental plane possesses a single unit of perceptible electricity and four [units] of dissimulated electricity, which in this case will be negative. At the moment of contact, the experimental plane will be charged positively, since only a single electropositive unit possesses a state of apparent tension. But when this plane charged with +1 [unit] of perceptible electricity and with -4 of dissimulated electricity is drawn away from A to undergo the test of the torsion balance, the latter type of electricity also acquires a state of tension, neutralises the positive and remains in excess by 3 units. If the point of contact possessed three units of dissimulated electricity and two of perceptible electricity, the experimental plane, positive during the contact with BC and the presence of the body A, would show on the torsion balance a negative electricity equal to one unit. Finally, the experimental plane would still be positive at the moment of the contact with BC, but would not give to the torsion balance any sign of apparent electricity if the touched point possessed equal proportions of the perceptible electric principle and of the dissimulated electric principle. - It is useless to occupy oneself with points placed beyond this limit, since one finds in the two cases only electropositive tension.

Everything is reduced, as you can see, to a more or less unequal battle between the two types of electricity, which give, sometimes one result and sometimes another, depending on if they find themselves in a state of similar or dissimilar development.

Thus the definition of the neutral point, adopted by Coulomb to mean that part of the induced body where the two electrical principles possess the same intensity, is not, in the final analysis, wrong. I believe however that it should be rejected because it tends to give a false idea of the distribution of perceptible electricity during the phenomenon of induction: for then the point in question is not found in its natural state and shows, on the contrary, as we have just seen a certain electrical tension of the same type as that of the inducing body.

There is no doubt that the primary cause of the mistake which we have all made up to now was the beguiling appearance presented by pendulums coupled along a metal cylinder subjected to induction. Seeing greater divergences towards the two ends than in the central part of the cylinder; and finding, on the other hand, that the ends of the same cylinder gave different electricities when they were separated to a state of insulation of which the action of the inductive force, one was naturally led to the conclusion that the divergences at the ends were not produced by the same principle.

Now if you were to ask me the cause of this singular disposition of perceptible electricity in a cylinder subjected to induction, I would reply, frankly, that I would not yet be able to formulate it in a clear way. However, the explanation that seems to me to be the most plausible is that electricity that is homologous to that of the inducing body, once developed in the induced body tends to spread according to the known laws of electrical distribution: and we know that in a cylinder the tension is always smaller in the central part than at the ends. It is true that electricity meets at the end closest to the inducing body, a repulsive force greater than at the other end: also there is on this side a perturbing phenomenon that has been suppressed, I am not quite sure why, in all the treatises on physics. The double pendulums incline towards A despite being charged with the same electricity, as if that always happens when one meets a mobile weakly charged body in the presence of a fixed body with a strong charge of the same electricity and the inclination of the wires which support the two balls of elderberry attach to each couple come from the same attractive force produce naturally between the two pendulums an increase in divergence.

But coming back to the new form under which I believe it indispensable to state the fundamental theorem of electrostatic induction, it is easy to see that it does not unnecessarily complicate the explanation of facts which depend on it. On the contrary it tends to present them under a unique and invariable point of view. The only one which is really rational and in accordance with observation.

Thus, for example, if the two induced electricities are at the same time in a state of tension in our horizontal cylinder equipped with pendulums, as has been supposed up to now they should also exist in the same state on the vertical and insulated metallic part of an electroscope put in the presence of a charged body. Now, why when we touch the upper casing of the apparatus and when we subject the instrument to the action of the inducing force, do we then find it charged in the opposite way? Evidently because only the same electricity was under the action of the inducing body was capable of tension and was mobile; whilst the other was incapable of tension and mobility. In the first case one made an assumption which was totally different to that which one should have adopted to have the explanation for the second. This manifest contradiction no longer exists in the new wording of the electric phenomena developed by influence where the different state of the two electricities which one had imagined in order to be aware of the inductive charge of electroscopes is admitted as a fact demonstrated directly by experiment.

One could easily cite other analogous examples. One could show above all how the exact enunciation of the states in which are found the two electric principles of an isolated body under the action of an inductive force permits to conceive their development without having to have recourse to the transport of the two principles from one end of the induced body to the other.... But that would be truly reckless of the pupil towards his master.... That is why I am stopping short and declaring myself as always most sincerely

your most devoted admirer and friend | Macedoine Melloni