GRADUATION EXPÉRIMENTALE D'UN GALVANOMÈTRE

Théorie.

L'intensité du courant qui prend naissance dans la pile thermo-électrique de Nobili est proportionnelle à l'excès de la température de la face exposée au rayonnement calorifique sur la température de Tair ambiant : or, lorsque l'équilibre thermique est établi, cet excès est lui-même proportionnel, d'après la loi de Newton, à la quantité de chaleur reçue. Mais il n'existe plus de rapport constant entre l'intensité du cou-

60 GHAP. I. — CHALEUR.

rant et rindication du galvanomètre : en effet, l'amplitude de la déviation de Taiguille dépend de la sensibilité du système astatique et de la distribution du fil sur le châssis, et elle varie avec la construction et avec Tétatde l'instrument. C'est pourquoi il est nécessaire de graduer le galvanomètre et d'établir une table ou une courbe de relation entre les quantités de chaleur reçues et les déviation^ correspondantes de l'aiguille.

Plusieurs méthodes ont été proposées. La meilleure, à mon avis, est celle qui se pratiquait dans le laboratoire de P. Desains : elle consiste à doubler, tripler et quadrupler successivement les quantités de chaleur reçues par la pile et à noter les écarts correspondants de l'aiguille. Les angles sont d'abord proportionnels aux forces ; mais on observe bientôt que, pour une force double, l'angle ne croît plus, par exemple, que dans le rapport i,83; l'indication du galvanomètre devra donc être multipliée par j^.

Il y a deux procédés d'observation du galvanomètre qu'il convient de définir aussitôt. Dès que le rayon calorifique frappe la pile, l'aiguille se met en mouvement et elle parcourt, en cinq ou six secondes, un arc considérable; elle oscille ensuite pendant quelque temps et ne s'arrête définitivement qu'au bout d'une minute et demie à deux minutes environ. C'est cette position d'équilibre de l'aiguille qu'il conviendrait de relever : seulement une observation faite de la sorte serait extrêmement longue, car la pile, profondément échauffée, ne se refroidirait que lentement, et il faudrait dix minutes au moins pour que l'aiguille revînt à zéro. Melloni, ayant constaté que le premier arc est toujours le même pour une déviation déterminée, modifia le procédé en n'observant que cet arc d'impulsion : il suffit dès lors d'une minute pour ramener l'aiguille à sa position initiale. Pour certains galvanomètres, la déviation impulsive est très voisine de l'écart définitif; pour d'autres instruments, il peut se présenter des différences de plusieurs degrés.

C'est entre les arcs d'impulsion ainsi entendus et les quantités de chaleur reçues par la pile que nous nous proposons de trouver une relation.

XIY« M. — GRADUATION BXPËRIMENTALB D*Ulf GALYAMOHËTRE. 6l

Description.

Nous ne nous arrêterons pas à décrire le banc de Helloni {Jig. 20). Le galvanomètre à fil gros et court ( diamètre — 0™% 3

Fig. 20.

ào™",8; 100 à 3oo tours), enveloppé de soie blanche, doit être placé sur une crédlfîiice, scellée au mur, pour être à l'abri des trépidations du plancher.

De la Provostaye a recommandé (*) de ne pas employer d'aiguilles trop astatiques, parce qu'elles peuvent avoir deux

(•) Annales de Chimie et de Physique, 3* série, t. LIV, p. 187; i858.

CHàP. I. — CHALEUR.

OU plusieurs positions d'équilibre, et le retour au zéro devient alors pour ainsi dire impossible. Il est donc prudent de réduire la sensibilité jusqu'à ce que la force directrice sufBse pour triompher des petites actions locales provenant du disque de cuivre au-dessus duquel oscille Taiguille supérieure.

La pièce indispensable à la graduation est une lentille de crown à volets {fig. 21), enchâssée dans un large cadre métallique : chaque secteur forme un Fig* 3'- quadrant, de sorte qu'en abaissant

ou en relevant les volets on puisse découvrir {, |, J ou \ de la surface de la lentille collectrice. Cet écran se monte sur le banc, entre la source de chaleur et la pile, le centre à la hauteur de la pile ; il est nécessaire de connaître la distance focale de la lentille pour calculer la position d'une série de foyers conjugués par la formule

on peut encore opérer dans la chambre noire avec une bougie et chercher les points où se forme une image bien nette de la flamme renversée.

On a le choix entre plusieurs sources : Melloni employait (*) une lampe de Locatelli ou bien une lampe d'Argant à double courant d'air et à niveau constant; lorsque ces appareils sont bien préparés et remplis d'huile privée de mucilage par l'acide sulfurique, on obtient une flamme qui conserve une température invariable pendant plus de deux heures. Mais il faut avoir soin d'attendre au moins quinze minutes avant de procéder à aucune expérience pour donner au bec et à la che-

(») Annales de Chimie et de Physique, 2* série, t. XLVIII, p. 191 t. LUI, p. 5 (i833); t. LV, p. 387 (i836).

XrV« M. — GRADUATION EXPÉRIMENTALE D*UN GALTANOMÈTRB. 63

minée de verre le temps de parvenir à leur maximum de température. Le cube de Leslie, surmonté d'un long tube de dégagement de vapeur, donne une constance plus grande encore; mais c'est une source faible, dont la température ne peut pas dépasser ioo<». J'ai employé avec succès une lampe à pétrole à bec annulaire et à verre étroit : il est plus facile d'opérer sur la radiation lumineuse de cette source que sur le faisceau obscur émané du cube, et la flamme reste bien égale lorsque la mèche est coupée régulièrement.

Les écrans sont formés de deux lames en cuivre dont l'une est polie, l'autre mate; on tournera la face polie vers la pile. Un écran sera disposé tout contre le foyer et un autre à égale distance de la source et de la pile; le calcul démontre que c'est la position la plus convenable pour annuler les influences de conductibilité et de rayonnemenl. Le banc sera, du reste, installé loin des croisées, dans le milieu d'une salle sans feu, et on l'entourera d'une ceinture de paravents métalliques à double paroi, d'environ o",6o de hauteur; enfîn, toutes les pièces seront manœuvrées par des cordons.

On perd beaucoup de temps d'une expérience à l'autre, parce qu'il faut attendre le retour de l'aiguille au zéro; pour abréger ces intervalles d'inaction, Melloni découvrait la face postérieure de la pile et en approchait la main ou bien une bougie allumée. J'ai trouvé très avantageux de placer une faible source de chaleur à demeure à l'extrémité du banc ; ouvrant de temps en temps le petit volet qui recouvrait la pile, j'ai pu travailler plusieurs heures de suite sans que le zéro se déplaçât sensiblement. Il arrive cependant quelquefois que l'aiguille ne revient plus au zéro; or, d'après Desains, on peut tolérer un écart de i*; il est probable, en effet, que les causes auxquelles est dû ce dérangement persistent pendant toute la durée de l'expérience : on peut donc compter les déviations à partir du point où l'index s'est arrêté.

Enfin on observe parfois que l'aiguille s'écarte plus ou moins du zéro lorsqu'on s'approche pour lire les indications du galvanomètre. Il faut alors être fort en garde contre les objets de fer qu'on peut avoir dans sa poche ou sur ses habits, clefs, boutons, binocle,' etc. ; certaines perturbations, qu'on ne peut expliquer d'abord, n'ont souvent pas d'autre cause.

64 CHÀP. I. — CHALEUR.

Hannel opératoire.

1» L'aîguille étant relevée, à Taide du bouton F, à o»,oo2 environ au-dessus du disque de cuivre, l'opérateur procède à la mise de niveau du galvanomètre : ce résultat est atteint lorsque l'aiguille oscille librement sans frotter sur aucune des parties du cadre et que son centre coïncide avec celui du cercle gradué. Puis il oriente Tinstrument en le tournant sur lui-même, jusqu'à ce que l'index s'arrête au zéro du limbe. Il devra y rester après que le galvanomètre aura été relié à la pile.

2« La source de chaleur, le centre de la lentille et la pile sont disposés sur une droite horizontale parallèle au banc; le plan de la lentille est perpendiculaire à cette direction; enfin la source et la pile occupent la position de deux foyers conjugués. Ces conditions vérifiées avec le plus grand soin, on abaisse les écrans et on lit la déviation de haut en bas, pour éviter les erreurs de parallaxe; l'arc d'impulsion ne doit pas dépasser iS*», les quatre volets étant ouverts, car il est rare que la proportionnalité des écarts subsiste au delà.

3® L'observateur répète la même expérience en relevant tour à tour, un, deux ou trois volets, et il note la déviation produite par chacun des secteurs.

^'^ En modifiant les positions de la pile et de la lentille, on augmente facilement la quantité de chaleur concentrée sur les soudures antérieures, parce que la lentille embrasse une portion plus ou moins grande du faisceau divergent émané du foyer. On peut atteindre ainsi une déviation de 4o** à 6o». , Il faut au moins cinq observations successives pour établir chacun des nombres de la Table de réduction : le limbe n'est divisé qu'en degrés, mais le demi-degré s'apprécie au jugé, et l'on accepte le chiffre des dixièmes dans la moyenne arithmétique des résultats. L'erreur moyenne ne doit pas dépasser i*» : c'est la meilleure preuve de la constance de la source et de l'exactitude des observations.

Résultats.

En opérant sur un galvanomètre médiocrement sensible, construit par la maison Ruhmkorff, nous avons trouvé les

XIY* M. — GRADUATION BXPÉRIMRIfTALB d'uN GALVANOMÈTRE. 65

angles suivants de déviation, qu'il est utile de mettre sous les veux des élèves :

S«et«uri <MoooT«rU.

L«ntllle déeoaT«rt6.

3o,i io%2 8%a

ToUl.

Ces observations, complétées par quelques autres intermédiaires, ont permis de tracer la courbe de graduation ci-dessous ^fig. aa), en portant en abscisse les déviations obser-

Pig

. aa.

yi

15* 20* 26' dO* 35" 40*

vées avec la lentille découverte et en ordonnée les totaux

qui représentent les intensités caloriflques des radiations.

Celte courbe, qui passe par rorigine» est rectiligne sur une

WiTZ. — Meut. sup. 5

partie de sa longueur, jusqu'à 17^ environ; au delà, elle se relève rapidement et tourne sa convexité vers les x, La sensibilité de l'instrument décroît rapidement, ainsi qu'on peut s'en rendre compte en évaluant les arcs parcourus, aux différents points de la course de l'aiguille, en vertu d'une même force.

L'arc compris entre i5 et 20 équivaut à une force 5

» 20 et 25 » 6,3

» 25 et 3o » 8,0

*> 3o et 35 » 10,4

j> .35 et 40 » 16, 1

La courbe marquée par un trait pointillé est relative à la sensibilité; il a suffi pour la tracer de porter en ordonnée, à une échelle déterminée, les valeurs inverses des forces capables de déplacer l'aiguille de S"*.

La graduation que nous venons de faire peut servir à la mesure des intensités des courants produits par des couples quelconques de faible résistance intérieure : malheureusement l'expérience démontre que, dans ces galvanomètres à aiguilles compensées, l'intensité magnétique varie d'une manière notable par des circonstances qu'il est aussi impossible de prévoir que de prévenir, de telle sorte qu'il soit absolument nécessaire de vérifier la courbe très fréquemment. Melloni a indiqué une méthode très ingénieuse de vérification qui peut servir à la graduation : elle consiste à faire agir d'abord directement sur la pile une source produisant une déviation moindre que i5s et à interposer ensuite une lame de verre qui intercepte une partie de la chaleur, soit la moitié. On rapproche alors la source, de manière à obtenir une déviation plus considérable, de 3o<^, par exemple, puis on replace la lame de verre sur le chemin des rayons; la déviation devrait s'abaisser à 16°. Or je suppose qu'on observe un écart de 17**, 7; on en conclura que Us 3o® équivalent à 2. i7*»,7 =35*», 4 : ce chiffre doit concorder avec celui de la Table précédemment calculée.

M. Aymonnct ( * ) â appliqué cette méthode avec une grande habileté, et il a démontré que la proportionnalité des intensités

(*) Journal dt physique^ p. 128; 1879.

XV" M. — SPBCTROSGOPIB CALORIFIQUE. 67

aux déviations se poursuit quelquefois seulement jusqu'à 12®, mais que cette condition dépend de la distance de l'aiguille supérieure au-dessus du disque de cuivre. Il y a donc intérêt c'i ramener toujours l'aiguille à la position qu'elle occupait lors de la graduation.