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,r M>il IViîel produit, il re.slc é\idcul que la
rant électrique puisse se partager en deux parties égales; on a alors une résistance qui peut être cvaluée<*par un fil double en section et moitié en longueur ; elle n'est donc plus que le quart de la résistance précédente, ou seulement j^j^ de celle du couple cité précédemment. En général on a opéré avec les bobines placées à la suite Tune de Tautre, c'est-à-dire avec la plus grande résistance.
On a dit plus haut que la balance était sensible à | milligramme et pouvait peser jusqu'à 200 grammes, mais on n'a pas dépassé 4 ou 5 grammes. Â mesure que la balance est plus chargée, et que le courant électrique qui traverse le circuit est plus énergique , la sensibilité diminue, et un poids de 7 milligramme, au lieu de faire parcourir à l'aiguille de la balance une partie du cercle divisé qui est devant elle, ne la dérange plus que d'une division; néanmoins avec un peu d'attention la pesée peut encore se faire avec exactitude.
Pour que les forces électromotrices des différents couples actifs puissent être comparées exactement par l'action électromagnétique, mesurée à l'aide de la balance, il faut que la résistance du circuit ne change pas et que l'état magnétique des barreaux aimantés reste le même; or la température seule, dans une série d'expériences, peut faire varier ces éléments. Si l'on a soin de n'opérer que pendant quelques instants, comme l'intensité du courant qui traverse le long circuit est* très-faible, l'élévation de température du fil n'est pas appréciable. Il n'y a donc plus à considérer que les variations de température du fil et des barreaux qui pourraient provenir des changements dans l'état de l'air ambiant. Afin d'éliminer cette cause d'erreur et de ramener les effets à la même intensité magnétique, dans chaque série d'expériences, et à différentes reprises dans une même journée , on a évalué l'action électromagnétique d'un couple normal toujours chargé de la même manière et placé dans les mêmes conditions. On a reconnu
( 2Itî )
alors par expérience que si cette correction est nécessaire pour comparer les observations d'un jour à l'autre , elle est complètement inutile dans une série de déterminations faites le même jour, et Ton a pris soin de rester dans le» mêmes conditions ambiantes.
On a pris pour unité de force électromotrice celle qui résulte de l'action de l'eau acidulée par l'acide sulfurique (9 eau, I acide) sur du zinc distillé, puis fondu. Cette unité a été adoptée par le motif que la force électromotrice normale doit avoir quelque intensité; on n'a pas rapporté les actions à celle d'un couple thermo-électrique, car il eût été nécessaire d'employer une pile d'au moins 100 éléments , et encore n'aurait-on pas été certain de se placer exactement dans les mêmes conditions qu'en employant un même cylindre de métal, parfaitement décapé et plongé dans une dissolution faite de la même manière et dans les mêmes conditions de température et de concentration. Cependant, malgré cela, je rapporterai ici le résultat de la comparaison des eflets thermo-électriques obtenus avec une pile de 24 éléments bismuth-cuivre, appartenant au Conservatoire des Arts et Métiers, et ceux que donnent l'action de Teau acidulée sur le zinc distillé et les couples à acide nitrique et à sulfate de cuivre. Dans chaque couple l'une des soudures était à 100 degrés, l'autre à o degré. On a eu :
Force électromotrice comparée. Rapport* Couple thermo-électrique cuivre-bismuth
diaprés la pile thermo-électrique 0,89 i
Zinc pur dans Teau acidulée par Tacide
sulfurique au ■—• 100,00 256
^ , I (zinc amalgame , eau acidulée; Couple , . '*.,.., , , ^
( platine, acide nitrique) 127,40 026
. i (zinc amalgamé, eau acidulée;
( cuivre, sulfate de cuivre) ... . 7^990 187
Les deux derniers nombres se rapprochent beaucoup de
ceux qui ont élé trouvés directement par M. J. Regnaiild dans le Mémoire cité plus haut, puisquHl a obtenu les nombres 3io et 179, Peut-être le nombre 0,39 que j'ai trouvé est-il un peu trop faible -, cela peut tenir à ce que les éléments et la pile thermo-électrique plongeaient directement dans Teau, et qu'une portion de cette eau pouvait servir de circuit de dérivation. Du reste, je n'insiste pas ici . sur ce point , car je compte reprendre par le procédé de la balance électromagnétique , disposée un peu dilTércmment, toutes les questions relatives au dégagement de l'électricité dans les circuits thermo-électriques.
L'appareil que l'on vient de décrire permet donc de comparer directement l'action d'une pile thermo- électrique avec celle d'une pile de Bunsen, m^me de 20 éléments et plus^ ainsi l'on voit que l'échelle des forces électromotrices que l'on peut étudier comprend presque tous les degrés que peuvent présenter les expériences sur les piles voltaïques, et dans chaque circonstance les actions sont proportionnelles aux poids employés pour rétablir l'équilibre de la balance.
Afin de i^ontrer quelle est l'action produite sur la balance par les courants provenant d'une pile de un ou de plusieurs couples, je rapporterai deux séries d'expériences faites avec une pile de Bunsen, dont le nombre des couples a varié de i à 10, et en disposant les bobines à la suite l'une de l'autre , ou bien de manière à ce que le courant puisse se diviser en deux parties :
(ai4)
ÏIOHBRE
des couples.
ACTIO» PBODOITE
sur la balance
&CTIO!l H0YB3IXI
d'un couple. E
Les deux bobines élant
disposées en tension ou le fil
fin ayant une longueur
do 3,780 mètres.
mlUig 97»75 198,00
Moyenne. .
mUli; 97,75
99»oo 97,88
98,îM>
Les deux bobines étant
disposées do façon que le^
courant se partage
en deux parties.
( Le circuit a une résistance quatre fois moindre que plus haut, mais chaque courant n*agit que sur un aimant.)
milUf 195,00
787 ,00 ii8o,5o ■570,50 1966,50
Moyenne. .
mllllr 195,00
On voit que l'action d'un couple est très-varîable dans une pile , et cela se conçoit aisément quand on pense que les liquides ne sont pas au même degré de concentration ; en outre, les métaux, les charbons peuvent être dans des conditions différentes : néanmoins l'action moyenne est à peu près la même 5 d'un autre côté, à l'aide de ce tableau, on vérifie ce fait, que la résistance des couples est négligeable devant celle des longs fils de cuivre des bobines, car en diminuant celte résistance, on a encore le nombre 196,149 dont la moitié 98,07 ne diffère de 98,16 trouvé par expérience que d'une quantité qui rentre dans la limite des erreurs d'observations.
§ II. Poi.ARISATlON DES ÉLECTUODKS.
Lorsqu'un couranl électrique circule dans un appareil à décomposition, dans un vollamèlre à eau acidulée, par exemple, et qu'il vient à se déposer des gaz sur les lames décomposantes, il se produit, comme on Ta dit plus haut, une force éleclromotrice inverse de celle qui donne lieu au courant électrique dans la pile , et qui est du à ce qu'on appelle la polarisation des électrodes. Ce phénomène dépend de la nature des lames , de celle des gaz et des substances transportées, et de l'intensité du courant électrique; mais il se manifeste à un degré plus ou moins marqué ({uelle que soit l'intensité de celui-ci et cela au moment où rélectricité com.mence à passer dans le circuit : il est nécessaire seulement que les gaz ou les corps qui se transportent sur les lames ne se combinent pas avec elles ou n'éprouvent aucune action absorbante de la part du liquide ambiant, car dans ce cas tout effet de polarisation pourrait être détruit.
La polarisation est rendue sensible non-seulement par la diminution de l'intensité du courant qui traverse l'appareil décomposant, mais encore par le courant électrique inverse qui se manifeste lorsqu'on supprime toute commun icatÎQi^ avec la pile, et qu'on se sertdu voltamètre commed'un couple voltaïque. Ce fait, observé pour la première fois par Ritter, dans la construction des piles secondaires, et étudié ensuite par plusieurs physiciens, et particulièrement par mon père(i) etM. Matteucci (2), apermis à M. Grove (:i) d'arriver à la construction des piles à gaz agissant d'une manière continue*, il suffit pour cela de renouveler les gaz
(i) Becocerkl, Traité d'Électricité en 7 volumes, tome V, 1^ partie, pages 12 et suivantes.
(a) Comptes rendus des séances de VÀcadémie des Sciences^ toir.e VII, page 71 1, et tome XVI, pag« 8i»>.
(3) Philosophical Mngatine, 3- srrio, lomc MV, pnyc ia«), ot tom« XXI, page/117.
placés autour des électrodes, lesquels sont absorbés au fur et à mesure que les appareils fonctionnent.
Ce phénomène remarquable est invoqué comme l'argument le plus fort que l'on puisse apporter en faveur de cette opinion que Télectricilé ne peut circuler dans un liquide sans le décomposer. En efifet, il suffit du passage delà plus faible quantité d'électricité, telle que celle qui résulte d'une petite étincelle électrique obtenue par le frottement d'un bâton de résine contre du drap , et excitée au travers d'un voltamètre à eau acidulée pour polariser les électrodes en or ou en platine qui y sont plongées (i). II est vrai que le courant inverse qui se produit immédiatement après est faible et de peu de durée , mais il est cependant appréciable à l'aide d'un galvanomètre sensible , et même on peut démontrer, lorsqu'il s'agît de décharges électriques, que l'effet produit est sensiblement proportionnel à la quantité d'électricité qui passe.
Si la polarisation des lames se produit dans l'intérieur même des couples voltaïques , il en résulte une diminution dans la quantité d'électricité que ceux-ci peuvent fournir dès qu'ils viennent à fonctionner; tel est l'effet que produisent les couples simples ordinaires, tels que ceux de Volta, de WoUaston , etc. , dans lesquels les lames négatives«e polarisent. Dans les couples à deux liquides , au contraire , on s'arrange pour que la polarisation de l'électrode négative soit détruite; du reste, nous reviendrons plus loin sur ce sujet.
Lorsqu'on veut déterminer la force électromotrice de couples simples ou de couples dans lesquels l'électrode négative peut se polariser , il faut ou s'opposer à cette polarisation, ou bien l'évaluer, afin d'en tenir compte. Noi3 avons déjà dit plus haut que M. Poggendorff, à l'aide dé la méthode par compensation, avait donné un moyen d'é-
(i) Comptes rendus de l'Académie des Sciences, tome XXII , page 38 1. Mciiioiro de M. Becquerel, 1846.)
( ^'7 ) valuer la force électromotrîce développée sur le métal attaqué, en empêchant la polarisation de se produire*, mais dans ce cas on peut bien déterminer approximativement la force électromotrice du zinc , mais non pas celle du couple quand il fonctionne avec des résistances différentes ] car alors Félectrode négative se polarise , et cela difïéremment, suivant Tintensité du courant, c'est-à-dire suivant la résistance du circuit. D'autres physiciens ont cherché à apprécier directement l'influence de la polarisation sur les lames métalliques; nous citerons notamment MM. Wheatstone, Svanberg, Lenz et Sawelgev, Poggendorff.
M. Wheatstone (i) a remarqué que la force électromotrîce contraire, développée dans un voltamètre à lames de platine, et contenant de l'eau acidulée par Facide sulfurique, était sensiblement constante en employant un courant provenant de 3, 4) S et 6 couples à sulfate de cuivre. Pour obtenir la valeur de cette force électrômotrice , il a déterminé , à l'aide d'un rhéostat , la résistance de la pile avec le Toltamètre et sans le voltamètre; ainsi la force électromotrice de polarisation est donnée par la première méthode décrite dans ce travail. M. Wheatstone a trouvé :
Force électromotrîce Nombre des couples employés. inverse du ToItamètre.
Ces nombres sont cependant sensiblement croissants avec l'intensité du courant, et s'il eût opéré entre des limites d'intensité plus étendues, il aurait trouvé des variations plus grandes.
M. Svanberg s'est servi également d'un rhéostat; il a ^— ^
(l) Transactions philosophiques, 184^, et Annales de Chimie et de Phjrsiffuc, 3* série, tomcX; puge 277.
( ^'8 ) placé dans le circuit crune pile de trois éléments au lieu d'un voltamètre, un couple platine-cuivre , le platine plongeant dans de l'eau acidulée par l'acide sulfurique , et le cuivre dans une dissolution de sulfate de cuivre , les deux liquides étant séparés par une cloison ou un diaphragme poreux •, puis, il a fait passer successivement le courant de la pile dans un sens et dans l'autre au travers de ce couple , et a déterminé dans chaque circonstance la force électromo- Irice de l'appareil additionnel et des couples employés. En faisant passer le courant de manière à ce que le platine soit négatif et le cuivre positif, l'iiydrogène se dégage sur le platine et polarise cette lame , tandis que l'oxygène transporté sur le cuivre ne polarise pas cette lame , le cuivre étant attaqué^ en faisant passer le courant en sens contraire, l'oxygène alors se porte sur le platine , et l'hydrogène qui se transporte sur le cuivre, réduit le sulfate de cuivre ambiant : ainsi dans le premier cas on a reÛTet dû à la polarisation du platine par l'hydrogène seul , et dans le second cas par l'oxygène.
M. Svanberg a ainsi trouvé que le rapport de la polarisation du platine par l'oxygène est à celle produite par l'hydrogène comme 20, o3 : iiî77î ou bien comme 1,7 ! 15 mais ces nombres ne représentent pas exactement les eflets de la polarisation due aux gaz, car il aurait fallu tenir compte de la force électromotrice du cuivre dans le sulfate de cuivre , et de celle qui résulte de la réaction des deux liquides agissant l'un sur l'autre*, en outre l'intensité du courant peut modifier les e6fets obtenus.
MM. Lenz etSawelgev (i) ont opéré d'après la môme méthode que M. Svanberg, et ont généralisé les résultats qui viennent d'être énoncés. Dans la première partie du Mémoire qu'ils ont publié sur ce sujet , ils ont opéré à l'aide de
(0 Annales de Pogf^endor/jT, tome LXVll, page 497» et Annales de Chimie et de Phrsiqnr, Y série , lome XX, pa^jo i8-j-
( ^^9 ) cellules formëes par des vases au milieu desquels étaient placés des diaphragmes poreux, et ils out versédans ces vases et dans ces diaphragmes des dissolutions difiérentes dans lesquelles plongeaient des lames de platine ou de divers métaux ] ils ont cherché , en faisant traverser les cellules par un courant électrique et en variant la nature des dissolutions et des métaux, à obtenir un dégagement de gaz sur les deux lames métalliques ou sur une seule , et dans ce dernier cas à avoir seulement de Toxygène ou de Thydrogène. Il est facile de comprendre qu^en se servant alors d'une boussole des tangentes et d'un rhéostat ^ ils ont pu déterminer les forces électromotrices de Tappareil à cellules , et par conséquent des lames polarisées.
Les résultats de leurs expériences leur ont montré, comme du reste on le savait avant , que la polarisation des lames était due à la présence des gaz , et que la polarisation produite par la décomposition d'un liquide entre deux électrodes est la somme des polarisations provenant de chaque électrode.
On peut faire à T emploi de cette méthode plusieurs objections sérieuses, qui ne permettent pas d'adopter les nombres trouvés par MM. Lenz et Sawelgev :
i**. Il est nécessaire d'agir à des intensités électriques différentes, la polarisation étant fonction de l'intensité du courant. Les physiciens que nous venons de citer ont bien dit à la fin de leur Mémoire que les changements de polarisation étaient très-appréciables dans les faibles tensions électriques , mais ils semblent admettre que pour les tensions un peu fortes ils sont peu sensibles. Ce fait demanderait à être prouvé , et d'après ce que l'on verra plus loin il ne se vérifie pas dans toutes les circonstances , surtout relativement à l'oxygène.
9s^, Pour déterminer la polarisation due à l'oxygène , on a transmis le courant dans de Tacide azotique, h l'aide de
emploie uue lame de platine comme lame négative, Taciion ëlectromotrice est en général nulle, car ce métal n'est pas attaqué; mais aussitôt que le couple fonctionne, l'hydrogène transporté élcctrochimiquement polarise la lame, et Tintensité du couple diminue. En opérant rapidement et en se servant d'une large lame de platine , préalablement lavée à l'acide azotique bouillant et portée au rouge, on trouve dans les premiers instants un nombre qui est indépendant de la polarisation due h l'hydrogène. Ainsi en remplissant ces conditions, l'expérience donne immédiatement la force électromotrice du liquide sur le métal altérable.
Ce procédé est exact quand ou opère avec soin, mais malgré cela j'ai cherché aie conirolcrpar différents moyens. Si l'on remplace le platine par de Tor, on trouve que dans l'eau acidulée, et dans les liquides qui ne renferment pas de cblore, ces deux métaux se comportent de même, et n'ont pas de force électromotrice bien sensible surtout par rapport à celle des métaux oxydables que Ton étudie*, si Ton se sert de dissolutions alcalines, il est nécessaire d^employer l'or, car le platine se comporte comme attaque par les liquides.
En substituant au platine et à l'or du charbon, on a l'avantage d'avoir une électrode dont la matière agit comme absorbant du gaz hydrogène, et qui permet au courant électrique de conserver la même intensité pendant assez longtemps.
Mon père , dans ses recherches sur le développement de l'électricité par suite du contact des liquides qui humectent des couches de différents terrains, a employé du charbon de sucre très-pur, broyé, puis mélangé de sirop de sucre, façonné en cylindres et ensuite recuit au rouge; on obtient ainsi des conducteurs poreux en charbon très-pur. En employant l'un de ces cylindres comme conducteurs, on a eu dans une expérience avec de l'eau acidulée par l'acide sulfurique au -- :
