CAPILLAIRE
Théorie.
Ërmarin et Draper avaient démontré qu'une colonne de mercure de très faible diamètre, dont le ménisque terminal est en contact avecdeTeau acidulée, se déplace sousTinfluence d'un courant électrique. M. Lippmann publia, en 1878 (*), une savante étude de ces phénomènes électrocapillaires et il imagina un électromètre d'une sensibilité extrême, dont remploi est particulièrement commode pour la détermination des forces électromotrices.
Description.
Un tube de verre A {Jîg. 102) de i°» de hauteur et o°*,oo7 de diamètre environ, ouvert aux deux bouts, est soutenu verticalement par un supporta trois pieds : l'extrémité inférieure de ce tube est capillaire et d'un diamètre de quelques millièmes de millimètre environ. Cette pointe effilée plonge dans de l'acide sulfurique étendu au ^ en volume; du mercure remplit le fond du vase B. La colonne mercurielle du tube commtt-
(') Annales de Chimie et de Physique, 5* série, V, p. 491 •
LXT* M. -r- SLBCTROIIËTBB CàFILUIBB. 9gg
par un fil avec la borne a; le mercure B est rdîé à ae ^ par un conducteur qui ne touche pas l'eau aci-
lointe capillaire vient s'appliquer contre la paroi du t, à portée du microscope M, qui grossit 25o fois : ce :cope est pourvu d'un micromètre oculaire. Pour obtenir
lage nette, il Taut que son axe soit bien perpendiculaire roi du verre. La mise au point se fait par les vis calantes d du microscope : un fort ressort à boudin tend à le cher du tube B.
■ac de caoutchouc allongé, h paroi épaisse, contient de li exerce sa pression au-dessus du mercure A parl'inliaire d'un tuyau flexible : on modifie cette pression à i en agissant par la manivelle V sur une presse à vis ; un
3oO GHàP. xi. — ÉLECTRICITÉ TOLTÀÏQUE BT ÉLBCTROMÀGHÉnSlE.
manomètre à air libre, placé à côté de l'appareil, permet d'apprécier la tension à o",ooi près.
La colonne A est assez haute pour que le mercure pénètre par sa propre pression dans la pointe capillaire. M. Lippmanii lui donne o™,75o; cette colonne est soutenue par la pression capillaire du ménisque qui se forme dans la pointe.
Réglage et graduation de V instrument. — Après avoir rempli l'appareil, on chasse la bulle d'air restée dans la pointe capillaire, en exerçant une pression au-dessus de A, de façon à faire couler un peu de mercure ; pendant cette opération, on met les bornes a et p en communication métallique. Cela fait, on rétablit la pression atmosphérique au-dessus du mercure A. Le ménisque M s'arrête alors dans une position d'équilibre déterminée, qui est le zéro de l'électromètre. On dispose donc le microscope de manière à amener l'origine des divisions de son micromètre à être tangente au ménisque, elle réglage est dès lors effectué. Il est vrai que ce zéro n'est pas toujours fixe après cette première opération, mais il le devient au bout de quelques jours.
Les forces électromotrices se mesurent par les pressions qu'il faut exercer en A pour ramener le ménisque au zéro, après qu'il a été déplacé par un courant. Une Table ou une courbe de conversion est donc nécessaire ; on l'établit de la manière suivante.
Il s'agit d'obtenir d'abord, entre les bornes a et p, une différence de potentiel connue : pour cela, on dispose, en dehors de l'appareil, un circuit métallique, composé d'une résistance fixe 11 très considérable et d'une résistance variable p, paf" couru par le courant d'un daniell chargé au sulfate de zinc dont la résistance est égale à r ; puis on relie a et p à deux points M et (^ de ce circuit, séparés par la résistance p, u étant pris entre le pôle zinc et le point v. On a alors, pour valeur de la différence de potentiel e,
r est la résistance intérieure de l'élément ; on admet que ses variations sont négligeables par rapport à R. Faisan* croître p, on établit une série de valeurs différentes de e, pour
LXV* M. — ÉLEGTROMÈTRE CAPILLAIRE.
3oi
chacune (lesquelles on noie la pression compensatrice correspondamte, ce qui permet de dresser le Tableau ou de con- Jlruire la courbe.
Or M.Lippmann a démontré que tous les électromètres sont X)inparables pour une même concentration de l'acide : ce Tableau est donc exact pour tous les instruments présentant ûême hauteur de la colonne mercurielle et même concentraion de Tacide. Voici les nombres obtenus avec une colonne le o"',75o et une eau acidulée au j en volume.
o,oi6
o,5oo
cesl exprimé en daniells et p en millimètres de mercure. Pour une hauteur de mercure H différente de ySo™"*, il faudra multi-
XT
plier les pressions compensatrices par le rapport -^•
Le mercure se déplace d'une division du micromètre pour une force électromotrice égale à j-ho ^^ daniell, sous la pression atmosphérique.
Manuel opératoire.
Avant de procéder à aucune mesure, il faut faire osciller la colonne mercurielle à l'aide de la vis V, car l'électromètre ne fonctionne bien que lorsque son tube est parfaitement mouillé par l'eau acidulée.
On mettra toujours le pôle négatif des éléments en communication avec la borne a, qui est au contact du mercure du tube.
1. Forces électromotrices moindres que -^ de daniell, — On relie la source aux bornes a et p et on laisse la pression constante : le ménisque se déplace de n divisions dans le champ
3o2 CHàP. XI. — ÉLECTRICITÉ YOLTAÏQUE ET ÉLECTRÔKAGUftTISlE.
du microscope. Or une division équivaut à xAïï deDaniell;la
force électromotrice cherchée est donc égale à -^ô--
Le microscope permettant d'évaluer un déplacement de|de division, on en conclura que Télectromètre capillaire donne le TôVsô ^^ daniell.
IL Forces électromotrices moindres que i daniell, — On fait communiquer le pôle négatif de la pile avec a, le pôle positif avec p ; on tourne la manivelle V jusqu'à ce que le ménisque soit revenu au zéro et on lit au manomètre la valeur de la pression exercée.
La mesure est terminée : il n'y a qu'à chercher dans la Table la force électromotrice correspondante à cette pression.
IIL Forces électromotrices supérieures à i daniell, — La sensibilité de Télectromètre décroît dès qu'on dépasse o'**",^; il convient donc de réduire la force électromotrice à mesurer. Pour cela, on oppose à l'élément étudié un ou plusieurs couples types, de manière à obtenir une différence moindre que \ daniell, ce qu'il est toujours possible de faire, car la force à évaluer est égale à un nombre entier de daniells, plus ou moins une fraction moindre que \,
La mesure s'effectue comme ci-dessus.
Résultats.
Les trois exemples suivants sont empruntés au Mémoire de M. Lippmann.
Mesure de la force électromotrice d'un élément zinc amalgamé, sulfate de zinc, zinc ordinaire :
E = od«",oo8i.
Mesure de la force électromotrice d'un Daniell monté à l'acide :
E = 0,989 de l'élément normal.
Mesure de la force éleclromotrice d'un élément Leclanché. On l'oppose à un daniell, pôle charbon contre pôle cuivre,
LXYI^ M. — FORCXS ÉLECTROMOTRICSS EN VALEUR ABSOLUE. 3o3
zinc du daniell en communication avec p, le zinc du lemché en communication avec a.
Pression compensatrice = 270"^°*, 5.
Force correspondante e = o,45o; )nc
I leclanché:=: i^",45o.
LXVP MANIPULATION.
MESURE DES FORCES ÉLECTROMOTRICES EN VALEUR ABSOLUE. OU INVERSEMENT : MESURE DE LA COMPOSANTE HORIZONTALE DE L'INTENSITÉ MAGNÉTIQUE TERRESTRE.
Théorie.
Nous avons déjà vu que le volt est la force électromotrice ou différence de potentiel qui, aux extrémités d'un fil ayant une résistance de i ohm, produit un courant de i ampère.
h résulte de cette définition une méthode de détermination des forces électromotrices en unités absolues, à condition toutefois que rinfluence de la résistance intérieure du couple soii éliminée. Ce résultat peut être obtenu à l'aide d'un rhéomèlre dont le cadre porte un fil d'une résistance assez consi- <îérable pour que celle du générateur soit négligeable : ainsi M.Gaifife a construit des galvanomètres de 3ooo ohms de résistance qui sont gradués en volts. Ces instruments permet- ^nt de déterminer par simple lecture, à xfô prés, une force électromotrice comprise entre 0,1 et i5o unités.
M. Marcel Deprez a proposé aussi un volt-mètre à fil fin, formé de bobines associées en tension, qui permet de mesurer ^^ès facilement la différence de potentiel existant entre deux points d'un circuit.
Cet instrument se place toujours en dérivation ; il ne change
3o4 GHàP. XI. — ÉLECTRICITÉ TOLTÀÏQUE ET ÉLEGTROKAGlCfiTISIB.
donc pas sensiblement le courant à mesurer, puisqu'il n'en dérive qu'une faible partie , par suite de sa grande résistance.
Mais ces instruments paraissent répondre à des exigences plus industrielles que scientifiques.
M. Latimer-Clark a indiqué un procédé plus correct, par lequel on évite de faire produire aucun travail à Télémentconsidéré.
Le diagramme ci-contre ( fig. io3 ) indique la disposition de
Fig. io3.
roxpérience. B est une boussole des tangentes ; le couple à étudier est en E : il communique par un galvanomètre Gavec les deux bornes de Tinstrument de mesure ; une pile auxiliaire PP est en communication avec les mêmes pôles, de manière à y envoyer un courant de même direction.
On règle Tintensité de ce courant auxiliaire, soit en variant le nombre des éléments, soit en introduisant une résistance par le rhéostat R, de manière à contrebalancer la force du couple E et à amener au zéro Taiguille du galvanomètre G; les extrémités du fil de la boussole sont dès lors maintenues à une différence de potentiel égale à la force électromotrice
LXn* M. — FOKGBS ÉLECTROMOTRICXS EN VALEUR ABSOLUE. 3o5
couple Ey mais le courant qui traverse cette boussole est irni par la pile auxiliaire (^).
D sufQt de connaître la résistance R de cette boussole et de terminer Fintensité I du courant en unités absolues, car on E = IR : on se rappellera qu'un ampère vaut lo-* unités isolues.
D est peut être superflu de faire remarquer au lecteur que valeur T de la composante horizontale de l'intensité magnéque terrestre doit être connue comme pour calculer le coefcient de réduction de la boussole, ainsi que nous l'avons vu anslaLX* manipulation.
C'est assurément le plus grand inconvénient de cette médode : mais il en ressort l'avantage de pouvoir déduire la aleur de T de cette même expérience, en opérant sur un ouple de force électromotrice connue.
Description.
Tous les instruments nécessaires à cette manipulation ont té décrits précédemment.
Manuel opératoire.
ï* On amène l'aiguille du galvanomètre au zéro en dérouïntune longueur de fil déterminée au rhéostat.
U fermeture du courant s'opère par une manette à double onlact ou plus simplement par un pont qui relie des godets 'ïeins de mercure. On évitera de laisser le courant fermé, ^r il s'affaiblirait par le travail intérieur.
2* On lit à la boussole la déviation cp et on calcule I : pour instrument décrit et étudié dans la LX« manipulation, nous urions
I = o,o4i9tang«p.
^' La résistance de la boussole étant calculée ou mesurée, n en déduit
EznIR.
i^) Journal de Physique, lî, p. 358; 1S73. ^. "— 3fanio, 20
3o6 CHAP. XI. — ÉLECTRICITÉ YOLTAÏQUE ET ÉLECTBOMAGNÉTISII.
Résultats.
C'est par celte méthode que M. Latimer-Clark a mesuré la force électromolrice de son élément type : la moyenne de trente et une observations a été de
ro", 45678.
De zéro à ioo% l'élément donna des valeurs relatives de 0,9993 et o,94i2, ce qui implique une décroissance de 0,06 pour 100 par degré.
La connaissance de ces nombres et la remarquable constance de ce couple permettent de faire servir Texpérience qui précède à la mesure de la composante horizontale du magnétisme terrestre en un point et à un moment donné.
LXVII* M. — DÉTEBMINÀTION DES COEFFICIENTS D*1NDUCTI0N. 807
