DF. LA RÉSISTANCE DANS LES LIQUIDES
La détermination de la résistance dans les liquides peut être faite au moyen d’une méthode analogue à celle qui sert pour les métaux. Il suffira de rapporter la résistance d’un liquide à celle que produirait un fil de métal d’une certaine longueur. Mais nous nous trouvons ici en présence de phénomènes de polarisation qui nécessitent des dispositions spéciales.
Pouillet compléta ses recherches sur la conductibilité des solides par celles sur la conductibilité des liquides. Il commença par vérifier la loi de la résistance en fonction de la longueur et de la section, en opérant avec des colonnes
(1) Philosophical Magazin, 5* série, t. III, p. 481.
liquides renfermées dans des tubes de dimensions connues. Il compara ensuite la conductibilité d’une solution saturée de sulfate de cuivre contenue dans un tube de 1 mètre de long et de 0 m .02 de diamètre, à celle d’un fil de platine de 0 mm .144, et il trouva qu’il en fallait une longueur de 200 mètres pour produire une résistance égale à celle de la solution cuivrique.
E. Becquerel, dans l’ensemble de ses recherches, s’est arrêté à la disposition suivante, qui permet de neutraliser les effets de la polarisation.
Le courant, au sortir de la pile, se divise en deux circuits qui donnent lieu à deux effets inverses dans un galvanomètre différentiel.
Dans le premier circuit se trouve, entre la pile et le galvanomètre, un fil fin d’une longueur suffisante pour offrir une certaine résistance à la conductibilité, et qui reste fixe dans le cours des expériences.
Dans le second circuit, on interpose une petite cuve à section rectangulaire de 7 centimètres de largeur sur autant de hauteur, et de 30 centimètres de longueur. Deux lames métalliques sont placées dans cette cuve et ont à peu près la même section ; l’une est fixée, et l’autre mobile parallèlement à ellemême dans le sens de la longueur de la cuve, de sorte qu’en versant dans cette cuve le liquide sur lequel on veut expérimenter, on interpose toujours dans le circuit un prisme liquide de même section et de longueur variable.
Dans le même circuit, on place à côté de la cuve une hélice de résistance connue.
L’équilibre de résistance étant établi, si l’on vient à enlever cette dernière helice, il faut ajouter une longueur de liquide équivalente, pour ramener l'aiguille du rhéomètre au zéro, indépendamment de toute polarisation d'électrode, puisque la résistance que l’on enlève et la colonne liquide que l’on ajoute appartiennent au même circuit. Il est indispensable d’employer ce procédé, lorsque l’on veut déterminer la résistance de liquides tels que 1 acide
nitrique, l’eau acidulée par l’acide sulfurique, etc.Les électrodes étant
des lames de platine, il y a polarisation, c’est-à-dire production d’une force électro-motrice inverse, par conséquent diminution de l’intensité des courants. Si donc la colonne liquide et la résistance de comparaison faisaient partie de deux circuits différents, l’intensité venant à varier dans le cours d’une expérience, on obtiendraitfdes résultats inexacts.
La seconde disposition, qui consiste à placer la résistance dans le premier circuit, et la colonne liquide dans le second, convient surtout lorsque 1 on veut mesurer la résistance de solutions salines.
Dans ce cas, on élimine toute polarisation, en ayant soin d’employer comme électrodes métalliques des plaques de métal de même nature que celui qui forme la base des sels dissous. En effet, lorsque le courant passe dans le circuit, les dissolutions sont décomposées, et il se dépose du métal au pôle
négatif ; mais la lame positive s’altère simultanément et diminue de poids d’une quantité précisément égale à celle qui s’est déposée au pôle négatif, d’où il suit que ces dissolutions conservent le même degré de concentration.
La loi des longueurs et des sections se vérifiant pour les liquides comme pour les solides, il est facile, par ce moyen, de ramener la résistance d’une colonne liquide de section donnée à celle d’un fil d’une section beaucoup plus faible.
C’est ainsi qu’ont été obtenus les différents tableaux qui donnent le rapport des résistances de divers liquides à l’argent pur, par exemple.
Voici un tableau d’après E. Becquerel :
Température.
Argent pur. 0°
Eau acidulée par l’acide sulfurique, /
Eau = 9 volumes. Acide : 1 vol. S
Acide nitrique du commerce à
36 degrés.
Dissolution de sulfate de cuivre
pur, saturée à 19 degrés.
Dissolution de sulfate do cuivre du
commerce, acidulée à </, 0 o.
Dissolution saturée de chlorure de sodium.
Résistance par rapport à l’argent à U u des liquides à la température de la 2« colonne.
Dissolution de sulfate de zinc saturée
Le sens qu’il faut attacher à ces résistances est le suivant :
Si l’on avait pu comparer directement une colonne liquide de 1 millimètre de section à un fil d’argent de 1 millimètre aussi, il aurait fallu une longueur de 1310042 mètres de fil d’argent, pour faire équilibre à une colonne d’eau acidulée de 1 mètre de longueur.
M. E. Becquerel s’est aussi appliqué à rechercher la conductibilité dans des liquides renfermés dans les tubes capillaires. Or, le ca3 des tubes capillaires pour des liquides correspondrait pour les métaux aux sections de grandes dimensions. Il était donc intéressant de rechercher si, pour les liquides renfermés dans les tubes capillaires, les lois de la longueur et de la section en fonction delà résistance se vérifient.
Voici un résultat de ces expériences :
Résistance observée
d’une longueur
rapport aux drvisio ciu tube, et cela
as
Produit de la résistance
Résistance
calculée
Tubes
Diamètres
par le carré
par la loi
capillaires.
température.
des tubes.
des diamètres
du diamètre.
des diamètres.
Diff
rences.
0 mm .5367
0 ml “.30G0
Tubes ayant servi de tige à un thermomètre de */jo mil¬
limètre environ.
/ Min. 909.90
Id.
Id.
Les résistances calculées l’ont été dans l’hypothèse où le produit de ces résistances par les carrés des diamètres serait égal à 56.5901.
On voit que les nombres contenus dans la quatrième colonne ne sont pas égaux et diminuent avec le diamètre.
Il est vrai que l’on peut se demander si l’action moléculaire exercée entre les parois des tubes et les liquides modifie la conductibilité électrique, de manière à ce que le pouvoir conducteur augmente un peu, à mesure que les espaces capillaires sont plus petits.
E. Becquerel a proposé l’emploi des rhéostats liquides à tubes capillaires, pour la mesure des grandes résistances.
La loi des longueurs se vérifiant d’une manière suffisamment exacte, ainsi que la loi des sections, puisqu’il faut prendre des tubes capillaires de 2/10 de millimètre pour que l’écart soit considérable, on peut, à l’aide de tubes bien calibrés, exécuter des comparaisons entre des limites très-étendues.
C’est ainsi qu’un tube capillaire de 1/3 de millimètre de diamètre, renfermant une dissolution saturée de sulfate de cuivre à —f— 10 degrés, équivaut à 20 kilomètres de fil de cuivre de même diamètre, pour chaque millimètre de longueur.
Pour se mettre à l’abri des phénomènes de polarisation, les physiciens ont aussi imaginé d’employer, dans la mesure des résistances des liquides, non plus des courants hydro-électriques, mais des courants d’induction.
C’est ainsi que Kohlrauschet 0. Grotrian (1), dans leurs recherches sur la conductibilité des chlorures alcalins et alcalino-terreux en solution aqueuse, employaient comme source d’électricité un disque d acier aimante faisant 75 tours par seconde à l’intérieur d’un multiplicateur de 2700 tours. La force électro-motrice ainsi produite changeait 150 fois de signe par seconde, et équivalait à 3 éléments de Daniell. Les courants alternatifs ainsi produits
(1) Annales de Poggendorff', t. CLIV, p. L 2, 215.
enlevaient toute polarisation ; et comme on peut constater, ainsi que l’ont fait ces auteurs, que la résistance mesurée était la même avec des courants constants et des cornants alternatifs, il en résulte que l’on peut avantageusement substituer cette source d’électricité à celle des piles.
Nous ne citerons que pour mémoire une méthode proposée par Overbeck (1), mais qui ne paraît pas devoir donner de bons résultats. Les deux électrodes d’un appareil d’induction sont deux boules métalliques dont on peut faire varier les distances respectives.
L’appareil présente une dérivation dans laquelle on interpose le liquide à étudier. Pour une intensité constante et connue du courant inducteur, on détermine la distance maxima à laquelle on peut écarter les boules sans que les étincelles cessent de jaillir d’une façon continue. Si la distance est la même pour deux colonnes liquides, on conclura, d’après Overbeck, qu’elles ont la même résistance.
RELATIONS ENTRE LA RESISTANCE DES LIQUIDES ET LES QUANTITES DE SEL DISSOUS
La question de la conductibilité des liquides est d’ailleurs fort complexe. Elle peut être envisagée à deux points de vue. On peut, comme nous le verrons, soutenir que les liquides n’ont pas de conductibilité propre, et qu’ils ne conduisent le courant qu’à titre d'électrolytes. On peut aussi supposer que le milieu qui sert de dissolvant présente une grande résistance, et que les sels qu’on y ajoute la diminuent. Dans ces conditions, on a cherché la relation qui existe entre la résistance de la solution et la quantité de sel dissous dans l’unité de volume. Ayant préalablement déterminé la conductibilité des sels anhydres à l’état de fusion, puis ayant constaté que leurs solutions conduisent d’autant mieux l’électricité que leur conductibilité est plus grande lorsqu’ils sont anhydres, Matteucci en a conclu que le courant est transmis par le corps dissous et que l’eau ne fait que lui donner l’état liquide nécessaire à l’électrolyse.
Cette manière de voir semble confirmée par les recherches récentes de Gladstone et Tribe sur la conductibilité électrique de quelques corps organiques (2). Ils intercalaient dans le circuit d’une pile de 100 éléments Grove un petit voltamètre qui consistait en un tube de verre de 5 millimètres de diamètre et contre les parois duquel étaient soudés deux fils de platine. Ce voltamètre renfermantle liquide àétudier,ils ont observé avec de l’alcool une déviation de 20 degrés à un galvanomètre astatique qui donnait l’intensité du courant. Avec l’iodure d’éthyle, le chloroforme, l’éther acétique, le bromure de
(1) Annales de Poggendorff, t. GLV, p. 595.
(2) C. B. Soc. B., mars 1877.
propylène, les iodures d’amyle et d’isobutyle, il y avait interruption complète du courant. Et cependant un mélange à volumes égaux d alcool et d’iodure d’éthyle donnait une déviation de 30 degrés. En remplaçant 1 iodure d’éthyle par l’un quelconque des composés précédents, on observait un phénomène analogue. Ainsi la conductibilité d’un liquide peut être augmentée par l’addition de substances qui en elles-mêmes ne sont pas conductrices, a plus forte raison lorsqu’elles ont une conductibilité propre. Si 1 on rapproche ce fait des expériences de Matteucci qui constata que des sels fondus, conduisant mieux que l’eau, conduisent beaucoup''.moins en dissolutions concentrées qu a l’état de fusion, on voit que la conductibilité d’un liquide doit necessairemen dépendre de la quantité de sels dissous; mais sera-t-elle toujours croissante avec celle-ci, ou bien pour un certain degré de concentration atteindra-t-e e un maximum, à partir duquel elle ira en diminuant quand on ajoute du se . C’est ce qu’il importe d’examiner. Il y a lieu tout d’abord de diviser les se s en deux classes : ceux qui présentent un point de saturation et ceux qui se dissolvent en toute proportion comme les'sels déliquescents.
Les sels qui présentent un degré de saturation doivent évidemment pos séder une conductibilité d’autantplus grande que leurs solutions sont pluscon centrées.
AL E. Becquerel (1) a représenté la résistance de ses sels par la formu e.
dans laquelle m et n sont deux quantités qui dépendent de la nature du sel et de la température. La formule précédente s’appliquerait, d’après Becquere , aux sels déliquescents, pour des états de concentration inférieure à leur maxi mum de conductibilité. Marié-Davy (2), en reprenant de son cote les rec îerc es sur la conductibilité des liquides, a trouvé que la conductibilité devait s ex primer par la formule a -+- bp. Mais les recherches de ces deux physiciens se sont trouvées en désaccord avec les résultats auquel Beetz est arm e, et qui nous semblent à l’abri de toute objection. . , •
Les expériences sur la conductibilité des liquides offrent des inm qui tiennent à la mobilité de la polarisation des électrodes e e ®.^ S !.
1 ■; d’un conducteur solide dans un
que le fluide électrique rencontre en passant
liquide. Ces résistances au passage peuvent être —--
gaz qui se disposent sur les électrodes, soit au changement de densrté l’électrolyte dans le voisinage de l’électrode. ____
(1) Ann. ch. et ph. [3], t. XIX.
(2) Ann. ch. et ph. [3], t. XV.
(3) Ann, de Pogg., 1862, n° 9.
Pour éliminer ces résistances, E. Becquerel comparait les résistances électriques de plusieurs colonnes du même liquide de longueurs variables; mais il est évident qu’il ne pouvait pas éviter de cette manière l’influence des changements qui ont lieu dans la polarisation et dans la résistance -au passage. Beetz a trouvé une combinaison d’un liquide avec un électrode pour laquelle les causes d’erreur disparaissent complètement. Les électrodes de zinc almagamé ne sont point polarisés dans une solution de sulfate de zinc; et l’on évite même la résistance au passage, si l’on a la précaution délaisser les zincs pendant un certain temps dans une solution bouillante de salpêtre, avant de les introduire dans la solution qu’il s’agit d’étudier. Celle-ci est renfermée dans un tube de verre, après avoir été maintenue à la température d’ébullition pendant un temps convenable. On évite ainsi toute aération du liquide et l’on n’a pas à craindre la formation des bulles de gaz qui troublent ordinairement le passage de l’électricité. On peut alors considérer la solution de sulfate comme un conducteur solide.
Beetz a opéré entre des limites de température très-étendues, et en variant la proportion de sel depuis 8 jusqu’à 60 pourlOO. Les courbes qu’il adonnées, et qui représentent les lois de dépendance delà conductibilité par rapport à la concentration et à la température des solutions de sulfate de zinc, font voir clairement que la conductibilité offre un maximum très-prononcé pour une certaine concentration et que la position de ce maximum varie avec la température. D’après les expériences de Beetz, la conductibilité électrique c, exprimée en mille-millionièmes de l’unité Siemens, serait pour le sulfate de zinc à 20 degrés :
formule dans laquelle p est la proportion de grammes de sel sur 1 gramme d’eau. On voit que cette formule ne s’accorde pas avec celles de Marié-Davy et E. Becquerel. Du reste l’on sait que ces deux derniers physiciens étaient en désaccord dans leurs résultats relatifs à la conductibilité du sulfate de zinc. C’est ainsi que M. Becquerel ayant trouvé que la conductibilité maximum répondait à une densité de solution de 1,2537, Marié-Davy a trouvé qu’il existait encore un autre maximum de conductibilité quand la dissolution aune densité de 1,0542.
