PROPAGATION OE L’ELECTRICITE DANS LES CONDUCTEURS HÉTÉROGÈNES

Nous avons vu que, lors cle la propagation de l’électricité dans les conducteurs homogènes, deux lois fondamentales rendaient compte de tous les phénomènes, celle de Ohm et celle de Joule, c’est à-dire que l’on avait à la fois

La seconde formule ayant été établie par des considérations purement théoriques, en partant de la loi de Ohm, il en résulte que la vérification de l’une des deux relations entraînera nécessairement la seconde. Si l’on vérifie, par exemple, qu’un courant se propage dans un conducteur en obéissant à la loi de Joule, on conclut immédiatement qu’il satisfait aussi à la loi de Ohm.

Dans les pages qui vont suivre, nous étudierons surtout la propagation de 1 électricité par la seconde méthode, celle qui consiste à mesurer la chaleur dégagée dans les courants. Nous aurons principalement en vue les courants thermo-électriques, qui se prêtent le mieux à la mesure des phénomènes nouveaux sur lesquels nous allons nous étendre.

Un conducteur devient hétérogène lorsqu’il présente en un de ses points une température différente de celle du circuit total, une soudure, un métal etranger, s’il est soumis à une traction ou compression locale, etc. Dans ces conditions, si l’on vient à faire passer un courant dans un tel conducteur, la chaleur dégagée suit-elle encore la loi de Joule? L’intensité du courant dépend-elle encore uniquement de la différence des valeurs du potentiel aux extrémités du circuit? C’est ce qu’il importe d’examiner.

L’origine des recherches que nous allons exposer se trouve dans les faits observés par M. Becquerel (1) et par Peltier. Nous rappellerons d’abord une expérience célèbre. M. Becquerel mit un fil de platine parfaitement homogène

(1) Becquerel. Traité Je l'électricité et du magnétisme, t. II, p. 35.

en communication, par ses extrémités, avec un galvanomètre sensible. Ayant d’abord chauffé à blanc le fil dans toutes ses parties avec une lampe à alcool, il vérifia qu’il ne se produisait pas de courants. 11 enroula ensuite le fil de platine en spirale, sur une certaine longueur, puis ayant chauffe un peu en avant de cette spirale, il vit naître aussitôt un courant électrique. Un simple nœud donnait le même résultat.

M. Becquerel crut d’abord trouver l’explication de ce phénomène dans l'inégale propagation de la chaleur des deux côtés de la partie chauffée, la masse de la spirale devant, selon lui, s’échauffer aux dépens de la chaleur transmise par la partie droite du fil. Cette explication fut combattue par M. Magnus, qui s’efforça de prouver que les courants observés par M. Becquerel étaient dus simplement à des défauts d’homogénéité physique produits par la torsion du fil. M. Magnus avait institué un grand nombre d’expériences, d’où il résulte effectivement que des inégalités dans l’état moléculaire des diverses parties d’un conducteur peuvent donner naissance à des courants thermo-électriques; ainsi des fils méialliques, dont une partie est récrouie, l’autre recuite, donnent lieu à un courant, si l’on élève la température du point de raccordement, tandis qu’un changement brusque du calibre, dans un fil d’ailleurs homogène, ne suffit pas pour produire un courant. Mais, si les expériences de Magnus prouvaient que les courants constatés par M. Becquerel ne pouvaient pas provenir d’une inégale propagation de la chaleur à droite et à gauche du point chauffé, comme le croyait M. Becquerel, elles ne démontraient nullement que ces courants fussent dus à une altération de l’état moléculaire. Les phénomènes observés par M. Magnus sont réels, mais ils ne sont pas du même ordre que ceux constatés par M. Becquerel, et l’explication proposée par le physicien allemand, bien qu’elle eût été acceptée par M. de la Rive et par M. Verdet, laissait beaucoup à désirer. Elle était d’autant moins satisfaisante, qu’en 1853, M. Gauguin ayant répété les expériences de M. Becquerel, avait constaté que le courant ne prenait pas naissance s’il n’y avait pas contact entre deux tours de spire consécutifs.

La question était donc loin d’être résolue, lorsque M. Le Roux, dans un mémoire (1) lu à l’Académie des sciences, le 20 août 1866, fit connaître toutes les circonstances dont dépend la production du courant dans l’expérience de M. Becquerel, et démontra que la cause du phénomène réside dans le contact de deux parties du fil dont les températures sont inégales.

La question changeait ainsi de face. Par une série d’expériences parfaitement combinées, M. Le Roux démontre d’abord que le récrouissage est sans

(1) Recherches sur les courants thermo-électriques, par M. J.-P. Le Pioux. Annales de chimie et de physique, l\ e série, t. X.

influence sur la production du courant, car ce dernier ne disparaît pas lorsqu’on recuit le nœud ; il disparaît, au contraire, si on défait le nœud sans le recuire. Or, si le courant était du au récrouissage, il serait encore plus accusé après la double opération qui consiste à faire et à défaire le nœud sans recuire.

Pour montrer ensuite que la cause déterminante du phénomène réside dans le conctact de deux portions du fil ayant des températures différentes, M. Le Roux a varié l’expérience d’une foule de manières. Il a constaté que l’effet du nœud était plus accusé quand les deux brins se touchaient en un point seulement, que lorsqu’ils se touchaient sur une certaine longueur, et que l’effet augmentait aussi avec.la grandeur de la boucle; mais le courant disparaissait, quand les deux brins cessaient de se toucher, et il reparaissait aussitôt qu’on rétablissait le contact.

M. Le Roux a aussi remplacé le nœud par un brin de fil enroulé en hélice sur le fil principal, de manière à assurer le contact en un certain nombre de points. On chauffe à côté, et le courant se produit ; mais il disparaît lorsqu’on fait glisser la petite hélice sur le fil pour l’éloigner du foyer de chaleur.

Ayant remarqué que le courant augmentait avec la longueur de.l’hélice additionnelle, M. Le Roux eut l’idée de n’attacher le fil additionnel au fil principal que par deux crochets ; il obtint ainsi un courant plus intense qu’avec l’helice. Ce courant disparaissait lorsqu’on détachait l’un des bouts du fil additionnel, ou lorsqu’on le coupait par le milieu ; au contraire, le courant était renforcé lorsqu’on interrompait le fil principal entre les deux points d’attache du fil additionnel.

Voici comment M. Le Roux interprète ce résultat. Quand on chauffe un peu en avant du premier crochet, la chaleur passe, pour la plus grande partie, dans le fil principal, à cause du peu d’étendue des contacts, et le fil additionnel s’échauffe à peine. Il y a ainsi contact de deux masses de températures inégales, par conséquent, courant de la partie chaude à la partie froide, c’est-à-dire du fil principal au fil additionnel. Au second crochet, le-même phénomène se répète, mais avec moins d’intensité, parce que la différence des températures y est beaucoup moins marquée ; le courant de sens inverse qui s’y produit est donc peu sensible, et c’est le courant dû au premier crochet qui l’emporte. C’est évidemment le fil additionnel qui est le véritable siège du courant; voilà pourquoi ce dernier disparaît si ce fil est coupe. Au contraire, s’il y a une solution de continuité dans le fil principal entre les points d’attache, le courant est plus prononcé, parce qu’il n’est plus affaibli par une déviation.

Cette explication rend compte de toutes les circonstances du phénomène. On voit aussi pourquoi il importe que le contact du fil soit très-restreint. On

comprend, enfin, pourquoi le simple entrecroisement de deux brins du même fil donnait plus d’effet que le nœud.

Cette interprétation montre nettement que, dans l’expérience de Becquerel, il devait y avoir contact des tours de spires. Du reste, M. Le Roux a vérifié, avec des fils dont la grosseur variait depuis 1 millimètre jusqu’à 3/10 de millimètre, qu’il n’y avait jamais production de courants quand le nœud était fait de telle sorte que les parties du fil, tout en étant très-rapprochées, ne se touchaient pas. On s’explique encore facilement pourquoi l’or, l’argent, le cuivre, ne donnaient pas d’effet sensible dans les expériences de Becquerel. En effet, ces métaux étant bons conducteurs de la chaleur, et le nœud étant très-petit dans les expériences en question, il n’y a qu’une très-faible différence de température entre les deux parties qui se trouvent en contact. Si le diamètre du nœud est de 1 centimètre, on observe alors des courants avec ces métaux.

En résumé, la cause de la production des courants électriques dans ces expériences doit être cherchée dans le contact de deux parties du fil dont les températures sont inégales. Toutefois, si l’on réfléchit qu’une élévation de température est nécessairement accompagnée d’une dilatation, on conçoit que le contact de deux parties inégalement chauffées donne naissance à des changements de densité par lesquels les phénomènes observés par M. Le Roux rentrent indirectement dans la catégorie des courants thermo-électriques dus à des défauts d’homogénéité. En creusant cette idée, M. Le Roux est parvenu à rattacher, d’une manière ingénieuse, l’expérience de M. Becquerel à un fait dont on doit la découverte à sir William Thomson.

Le physicien anglais avait remarqué qu’il pouvait faire naître un courant dans un circuit formé d’un fil de cuivre, lorsqu’il tendait par un poids une portion de ce fil, et qu’il chauffait l’une des extrémités de la partie tendue. Dans le cuivre, le courant allait de la partie tendue à la partie non tendue, à travers la jonction chaude. Il en était de même pour un fil de platine ; mais le sens du courant était renversé dans un fil de fer.

M. Le Roux a étudié cette influence de la traction sur un grand nombre de métaux. A cet effet, le fil métallique était tendu entre deux montants. On pouvait, à l’aide d’un écrou sur une longueur donnée, tendre ou détendre le fil. La partie soumise à 1a. traction traversait un t bain de paraffine chauffé vers 200”, puis aboutissait à un galvanomètre. Le circuit était fermé par un bout de fil de même nature, maintenu en contact avec le fil étiré. On obtenait ainsi un courant dont on augmentait ou diminuait l’intensité, en exerçant une traction plus ou moins grande. Le courant a toujours marché du métal tendu au métal non tendu, dans les fils suivants : Palladium, fer, acier, platine, argent, laiton, en rangeant ces métaux par ordre d’énergie. Avec le zinc et le

cuivre, le courant a marché du métal non tendu au métal tendu. On voit que les résultats s’accordent avec ceux de sir William Thomson pour le platine, et en diffèrent pour le fer et le cuivre.

Ces expériences permettent d’interpréter ce qui se passe quand deux surfaces métalliques sont en contact, l’une chaude, et l’autre froide. Il est facile de voir que l’on est dans les mêmes conditions que dans le cas précédent, et qu’il doit y avoir production de courant thermo-électrique. En effet, aux environs du point de contact, la température est plus basse pour la surface chaude, et plus élevée pour la surface froide, qu’aux autres points de l’une ou l’autre surface. Il y a donc au contact deux zones métalliques qui sont l’une dans un état de dilatation, et l’autre de compression. On comprend dès lors que, lorsqu’on met en contact deux masses homogènes inégalement chauffées, l’effet dépend, dans une certaine mesure, de la forme des surfaces qui se touchent. C’est ainsi qu’on peut expliquer, par exemple, les effets qu’on obtient en amenant au contact deux bouts d’un même fil, et en chauffant l’un de ces bouts. L’effet est minimum, si le contact a lieu bout à bout, et maximum, si les deux bouts sont superposés en croix.