CHALEUR DÉGAGÉE DANS LES LIQUIDES

Une question qui se rattache à la propagation de l’électricité dans les conducteurs, c’est de savoir s’il y a discontinuité de l’électricité en mouvement dans les liquides comme dans les gaz. Or cette recherche est d autant plus nécessaire qu’il n’y a pas de propagation de l’électricité dans les liquides, comme nous le verrons, sans qu’elle soit accompagnée d électrolyse. iSous avons prévu la discontinuité de l’électricité dans les gaz, en nous basant sur le fait que la loi de Joule ne se vérifiait pas et que la chaleur dégagée ai plutôt proportionnelle à l’intensité du courant qu’au carré de cette intensi e, d’après Wiedemann. Pour juger la question, nous devons donc invoquer cette loi et voir si elle se vérifie dans le cas des liquides. Si l’expérience r P® affirmativement, on en conclurait que les liquides se conduisen coi des conducteurs métalliques.

M. E. Becquerel (1), en 1843, fit connaître le résultat de ses recherches sur la chaleur produite par le passage d’un courant à travers un liquide. II se plaça d’abord dans le cas le plus simple, où il n’y a pas, pour résultat final, de changements chimiques dans la masse liquide. À cet eflet, il opéra avec des dissolutions salines et prit pour électrodes des lames de métal de même nature que la base des sels. L’appareil qu’il employait était un creuset de platine de 25 centimètres cubes de capacité que l’on prenait pour pôle négatif, tandis que le métal, de même nature que celui du sel, plongeait dans le liquide du creuset. Dans ces conditions il ne se dégage pas de gaz dans le creuset de platine aux deux pôles. Voici les nombres obtenus, le voltamètre donnant la mesure de l’intensité i du courant :

Quantité de chaleur Gaz sec dégagé

produite par le passage dans le voltamètre

■du courant. à 0“ et à 0 m ,7C0. Rapport

Q Qj ‘ 2

Moyenne. 0.2132

On voit donc que la quantité de chaleur est proportionnelle au carré de l'intensité du courant.

En répétant la même expérience avec une solution de 4 grammes de sulfate de zinc, on retrouvait encore cette loi. Le rapport constant était ici égal à 0.3654. -

Pour prouver que la quantité de chaleur est aussi fonction de la résistance à la conductibilité, il suffit de remarquer que la conductibilité était égale à 0.0261 pour la solution de sulfate de cuivre et à 0.0320 pour celle de sulfate de zinc. Or, un courant capable de donner 1 centimètre cube de gaz tonnant par minute, dégageait une quantité de chaleur égale à 10.027 dans le fil étalon auquel on a comparé la conductibilité des solutions précédentes. Si donc on admet la proportionnalité de la chaleur dégagée à la conductibilité, on obtiendra :

Pour le cuivre 10.027 X 0.0261 = 0.26

Pour le zinc 10.027 X 0.0320 = 0.52

L’expérience a donné 0.21 et 0.36 pour les quantités de chaleur correspondant à 1 centimètre cube de gaz tonnant dans le voltamètre. L’accord est donc satisfaisant si nous admettons que la chaleur dégagée par le passage du courant dans le liquide est augmentée de celle qui est dégagée par suite

(1) Annales dt chimie et de physique [3], t. IX.

du passage du courant dans les parties métalliques qui entourent le liquide. On a donc la relation générale

Q == K Ri*.

Ainsi, dans les conditions où nous nous sommes placés en faisant en sorte que le liquide conserve une conductibilité constante, nous retrouvons la loi de Joule, et nous sommes en droit d’admettre que l’electricite s est propagée dans ces conducteurs liquides comme dans des fils métalliques.

Voyons maintenant ce qui se passe dans les voltamètres (1).

Si i = ^ est l’intensité d’un courant produit par une pile de résistance

R, et qu’on introduise dans le circuit un voltamètre, celui-ci affaiblira le courant pour deux raisons : d’une part en opposant à la force électro-motiice de la pile, la force électro-motrice de polarisation v, d’autre part en augmentant la résistance du circuit d’une certaine quantité r qui est sa résistance proprement dite. L’intensité du courant deviendra donc

La quantité de chaleur dans le circuit total sera d’après la loi de Joule :

Q = K (R + ry

Comme i et R sont constantes, quels que soient les changements de force électro-motrice do la pile, la quantité de chaleur dégagée dans la portion R du circuit restera constante. Donc la quantité de chaleur afférente au voltamètre dans l’unité de temps et provenant de son échauffement comme conducteur, sera toujours

K(R ry — KRA = K ri*

Mais en vertu de la loi de Faraday, dont il sera question plus loin, à chaque unité ou équivalent d’électricité correspondra la mise en liberté d’une certaine quantité d’éléments du corps contenu dans le voltamètre, et ces éléments pourront produire des actions secondaires qui donneront lieu soit à un dégagement, soit à une absorption de la chaleur. Soit n la valeur de cet effet ca o rifique correspondant à un équivalent du corps décomposé; i étant intensi e du courant, il y aura i équivalents décomposés pendant l’unité de temps P ar conséquent ± n i calories dégagées ou absorbées, de sorte que la c a eur sensible ou apparente du voltamètre pendant l’unité de temps sera .

(i) Q = K ri a ± ni

(1) M. Le Roux, Annales de chimie et de physique [4L t- VI, P- 96.

Supposons maintenant que nous remplacions le voltamètre par un fil métallique de longueur réduite p, de manière que le courant conserve la même intensité, c’est-à-dire que l’on ait :

on en déduit :

(A — v)p — wR.

Substituant cette valeur de r dans l’équation (1), celle-ci devient, toute réduction faite :

Q = I( pi 2 — (K» db n) i

Telle est, d’après M. Le Roux, l’expression de la chaleur dégagée dans les voltamètres. Or les expériences de M. E. Becquerel vérifient complètement cette formule théorique. En effet si l’on pose :

M = Kp, N = (Kv ± n), on retrouve la formule empirique :

Q = u,* — Ni donnée par M. E. Becquerel (1).

Il est facile de trouver le sens de ces deux termes Mi 2 et Ni. Le terme Mi* ou Kpi* est la quantité de chaleur dégagée pendant l'unité de temps dans le , conducteur métallique p par un courant de même intensité que celui qui traverse le voltamètre. K v est la chaleur dégagée pour 1 équivalent d’électricité par la force électro-motrice depolarisation. C’est donc la chaleur de combinaison des éléments que le passage du courant amène sur les électrodes. Il en résulte que N ou K v ± n représente la chaleur absorbée par l’électrolyse du liquide conducteur.

D’après l’étude à laquelle nous venons de nous livrer, nous voyons qu’il y a la plus grande analogie entre la propagation de l’électricité dans les corps liquides et solides. Lorsqu’on'se place dans les mêmes conditions que M. E. Becquerel, que le courant ne produit pas de changements chimiques dans la masse liquide, on peut le regarder comme étant purement un conducteur homogène, et dans ce cas, retrouver simplement la loi de Joule. Mais, si l’on examine ce qui se passe dans un voltamètre, on se trouve dans des conditions parallèles à celles que l’on observe dans les conducteurs hétérogènes. Lorsqu’un courant traverse un circuit hétérogène, il engendre à la soudure des

(1) Annales de chimie et de physique [3], t. IX, p. 68.

métaux des phénomènes que nous avons étudiés sous le nom d’effets Peltier, effets indépendants de la résistance, et fonctions de la première puissance de 1 intensité. Ici, lors du passage brusque du courant des électrodes au liquide conducteur, nous observons des effets plus compliqués qui se mesurent encore, comme dans l’effet Peltier, par une quantité de chaleur indépendante de la résistance et fonction de la première puissance de l’intensité.