LOIS GÉNÉRALES DU COURANT GALVANIQUE

L’action du courant galvanique ne dépend pas seulement du développement plus ou moins considérable de l’électricité, tel qu’il a lieu pour la pile à l’état.de tension , mais encore de la difficulté plus ou moins grande qu’éprouve cette électricité à passer par les diffé- ^ rents conducteurs qu’elle doit parcourir.

/ La force du courant est donc une fonction :

i“ De la force électro-motrice (quelle que soit d’ailleurs son origine) ;

2® De la résistance que présentent les différents conducteurs à se laisser parcourir par le courant , et qui est en raison inverse de leur conductibilité, y ^

Or, la force de la pile étant en raison directe de la force électromotrice totale en activité (que nous représentons par A), et en raison inverse' de la résistance totale (représentée par R), on peut l’expri-

mer par le quotient de la force électro-motrice divisée par la résistance.

Cette loi, énoncée pour la première fois par Ohm, fut confirmée par une foule de recherches et d’expériences d’OnM , de Fechner, de Lenz, de Pfaff, de Jacobî et de Poüillet :

Ohm, Ann. de Poggend.j 71, 45g; VII, 45, 47- Ohm, Kastnes ArchiVj XVI, i, 45a.

Fechner, Maasbestimmungen.

Pfaff , Révision des Galvanismus.

Lenz, Poggend., 47*

La force électro-motrice totale est, en raison directe du nombre des éléments de la pile et de l’intensité que chaque élément possède , à l’état de tension , et sera par conséquent exprimée par le produit du nombre des éléments par l’intensité de chacun d’eux.

^ La résistance totale se compose de la somme des résistances partielles, que les parties que doit parcourir le courant opposent à son passage.

Les résistances partielles se composent :

1“ De la résistance des conducteurs solides = s,•

2® De celle des liquides = /,*

3" D’une résistance particulière qui a son siège aux limites des corps solides et liquides, et qui réside dans la difficulté qu’éprouve le courant de passer de l’un à l’autre. C’est la résistance du passage =3 p.

On aura donc

Les grandeurs Sj l sont en raison directe de la longueur, en raison inverse de la surface de la section , et dépendent en outre de la matière et de la température.

La grandeur p est en raison inverse des surfaces éleclro-motrices , et est d’autant moindre que le liquide attaque plus énergiquement les plaques métalliques. Elle augmente avec la durée du courant, de manière que c’est à elle qu’il faut attribuer en partie l’affaiblissement progressif de ce même courant. (Une autre partie dépend de Ja diminution de la force électro-motrice).

Celte expression de la force d’un courant permet d’en tirer quelques conséquences importantes.

En diminuant ou en augmentant la résistance d’une des parties de la pile, on augmente ou on diminue en même temps la force du courant , mais seulement dans le rapport de la résistance partielle à la résistance totale.

Si donc la résistance partielle n’est qu'une fraction très-petite de la résistance totale, son augmentation ou sa diminution n’influera pas sensiblement sur l’intensité du courant, tandis^que le contraire aura lieu dans la supposition contraire. Nous en verrons des applications dans la théorie du multiplicateur magnétique.

En choisissant des conducteurs d’une conductibilité de moins en moins parfaite, ou, ce qui est la même chose, d’une résistance de plus en plus grande, on pourra diminuer l’intensité du courant à l’infini, et l’amener même à zéro.

Pour compenser celte résistance, il faudra augmenter dans le même rapport la force électro-motrice, et, en effet, Davy a montré qu’avec sa pile de deux mille éléments on pouvait établir le courant même à travers une couche d’air, qui est ordinairement considérée comme non conducteur. '

En diminuant de plus en plus une résistance partielle, il est évident qu’on ne pourra pas augmenter à l’infini la force du courant; og atteindra bientôt une limite au delà de laquelle l’augmentation sera insensible, puisque la valeur de cette résistance partielle disparaîtra en comparaison de celle des autres résistances.

En effet , l’expérience montre qu’en augmentant lej surfaces élec-

tro-inotrices (diminution de;)), ou en rendant les liquides meilleurs conducteurs (diminution de /), la force de la pile ne peut pas aller au delà d’un certain maximum, qu’on atteindra d’autant plus rapidement, mais qui sera aussi d’autant plus petit que s sera plus considérable.

M. PoüiLLET a démontré que la résistance que présente le corps humain, égale la résistance d’un fil de cuivre ayant onze lieues de longueur et un millimètre de diamètre.

Pour obtenir des effets physiologiques sensibles, il faudra doue augmenter la force électro-motrice, et par conséquent employer un grand nombre d’éléments : l’augmentation des surfaces ne sera presque d’aucune influence, la valeur de l étant excessivement petite en comparaison de Sj qui représente la résistance du corps humain.

Pour obtenir de grands effets de chaleur, il faudra au contraire augmenter les surfaces et la conductibilité des liquides, parce que dans ce cas on emploie des fils très-courts; donc s sera très-petit. La valeur de F augmentera alors sensiblement avec la diminution de l et de p.

Il en est de même de l’action du multiplicateur, pourvu qu’il ne soit pas d’une longueur excessive; son action sera augmentée bien plus par l’accroissement des surfaces et par la conductibilité parfaite des liquides que par l’augmentation des éléments.

Enfin on peut encore expliquer par là la différence d’action des piles thermo-électriques et des piles hydro-électriques.

Dans les premières, il y a une force électro-motrice très-faible, mais par contre aussi une résistance très-peu considérable, parce que l el P sont zéro et s très-petit. En intercalant dans le circuit un liquide sur lequel doit agir le courant thermo-électrique, celui-ci sera affaibli dans une proportion bien plus grande que le courant hydro-électrique^ pour lequel la résistance était déjà très-considérable, et qui par l’addition d’une nouvelle résistance n’éprouve qu’une faible diminution.

On sait que quel que soit le conducteur d’un courant , qu’il soit formé de métaux différents et ayant des épaisseurs inégales dans des parties diverses , en le faisant agir soit par son milieu , soit par ses extrémités sur une aiguille aimantée , celle-ci est partout également déviée par un même courant. Il en résulte que la force est la même , dans toutes les sections successives du conducteur , perpendiculaires à la direction de ce courant et indépendante de la nature et de l’étendue de cette section; par conséquent aussi :

i“ Toute altération de la force du courant dépendante d’un changement soit de la force électro-motrice, soit de la résistance , se manifeste également dans toutes les parties de la pile ;

Et 2° la quantité d’électricité qui parcourt une section , doit se concentrer d’autant plus que cette section a moins d’étendue.

Nous passerons maintenant rapidement en revue les différentes parties qui entrent comme fonction dans l’expression de l’intensité du courant.

A. FORCE ELECTRO-MOTRICE.

La force électro- motrice peut se manifester de trois manières différentes. .

Par l’action réciproque de deux corps solides ou de solides et liquides, et enfin de deux corps liquides.

Ordinairement la production d’un courant dépend au moins de deux de ces actions réunies, et même leur réunion est nécessaire pour obtenir un courant d’une certaine énergie.

Malheureusement ces questions n’ont pas encore été examinées à fond , et il règne à leur égard une grande incertitude dans la science. •Ce n’est probablement qu’en cherchant à isoler soigneusement chacune de ces actions, et en les préservant de toute cause perturbatrice qu’on arrivera un jour à des notions précises et certaines.

i . Développement de l’électricité par le contact de deux corps solides hétérogènes.

Le contact peut-il produire de l’électricité, indépendamment de toute action chimique? C’est là la grande question qui se débat encore entre les physiciens les plus distingués. Cette production d’électricité, alternativement affirmée et niée est en ce moment rejetée par les uns, admise par les autres.

Cependant de nos jours , elle semble ne pouvoir plus être mise en doute. Les expériences de Volta, de Becquekel [Ann. chim. et phys.j, 46, 291), de Pfaff , de Peltier , et récemment de M. Peclet, sont tout à fait concluantes à cet égard. Et ne voyons-nous pas le frottement, la pression, les changements de température , le magnétisme produire de l’électricité , pourquoi le contact de deux corps hétérogènes ne pourrait-il pas en produire? On a admis longtemps que des décompositions chimiques dans le circuit de la pile ne pouvaient être la suite que de décompositions semblables exercées entre les éléments , et la loi de Faraday sur les équivalents électriques , semblait en être une confirmation victorieuse. Mais depuis Poggendorf a montré que cette loi était également vraie pour des courants magnéto-électriques, et encore plus récemment on a. construit des piles thermo-électriques assez puissantes pour agir sur les électrolytes et les décomposer en leurs éléments.

Eh bien dans la source de ces dfiix espèces de courants, il n’y a certainement aucune action chimique, et cependant ils peuvent en produire.

Une des principales objections de M. Delarive a été l’expérience de deux lames de zinc et de cuivre soudées à leurs extrémités et recouvertes de vernis, au moyen desquelles il était impossible d observer les plus faibles indices d’électricité au condensateur.

M. Pfaff, en répétant les expériences de Delarive, arriva à un résultat contraire, auquel ce physicien objecta que si la couche de

vernis était mince , il pouvait y avoir oxydation à travers les pores du vernis, qu’en rendant les couches plus épaisses tous les indices disparaissaient.

Mais on peut objecter avec raison à M. Delarive , que dans ce cas la faible tension de l’électricité n’est plus assez forte pour se manifester à travers une épaisse couche de matière parfaitement isolante, et qu’il ne pouvait plus y avoir de décomposition de fluide naturel par influence.

Ce serait comme si l’on voulait construire une bouteille de Leyde avec des parois en verre de quelques décimètres d’épaisseur; il est évident que dans ce Cc%s on n’obtiendrait également aucun résultat.

Les phénomènes produits par la force électro-motrice sont trop connus pour qu’il soit nécessaire de nous y arrêter.

Nous ferons seulement quelques observations sur deux lois posées par VoLTA, et qui sont le point de déj)art de son explication de la pile voltaïque.

Il avait prouvé pour l’électricité à l’état de tension que la somme des forces électro-motrices d’une pile de plusieurs métaux mis en contact immédiat, était égale à celle des deux métaux extrêmes; cette loi a été confirmée par Fecuner pour l’électricité à l’état de courant. En effet , en mesurant , par exemple , les forces électro-motrices de deux piles, l’une formée de quatre éléments, zinc-étain, étain-cuivre , et l’autre simplêment de zinc-cuivre, il trouva qu’elles étaient parfaitement égales en employant le même liquide acidulé.

Quant à la distribution de l’électricité dans les éléments , Yolta avait admis qu’elle avait la même intensité sur tous les points de chaque élément , et ce principe lui servit de base , ainsi qu’à presque tous les auteurs de traités de physique, pour expliquer la théorie de la pile. Cependant on avait remarqué de bonne heure que l’intensité de l’électricité à l’état de tension, à l’extrémité d’une pile était bien inférieure à celle qu’elle devait être d’après la théorie, et M. B[ot proposa d’envisager la pile non comme une batterie ordi-

naire , mais comme une batterie disposée eu cascade , ou en d’autres termes il admit une condensation réciproque des deux électricités au point de contact.

Cette hj'pothèse fut confirmée plus tard par les expériences de Fechner , qui prouva que l’intensité de l’électricité aux points de contact était bien plus grande que celle qui se répandait à des distances sensibles sur les autres parties du métal , de manière que la distribution de l’électricité était la même que celle de deux plateaux condensateurs , séparés par une couche extrêmement mince d’un corps non conducteur. •

A cet effet on n’a qu’à charger un condensateur d’abord directement, en séparant les deux métaux ' hétérogènes et mettant l’un d’eux en contaet avec le plateau collecteur, ensuite en les laissant en eontact et se servant d’une plaque auxiliaire pour transporter la eharge au condensateur. On trouve toujours que dans le premier cas l’intensité est incomparablement plus considérable que dans le second.

On peut maintenant facilement concevoir pourquoi la même pile montre des quantités d’électricité si différentes, suivant qu’on la mesure à l’état de tension ou à l’état de courant.

Cette condensation ex|)lique encore pourquoi en mettant en contact, par exemple,, une plaque de cuivre avec le pôle zinc d’une pile faible, le cuivre puisse indiquer à l’électromètre soit de l’électricité positive , soit de l’électricité négative, soit aucune trace d’électricité, suivant que le contact a lieu par une petite surface, soit par une grande , soit par une moyenne entre les deux.

2. Développement de l’électricité par l’action réciproque de corps solides

et liquides.

Cette question est sans contredit la plus vaste et la plus féconde du galvanisme, mais en même temps la plus obscure et la moins étudiée.

L’incertitude à son égard ne provient pas du manque de travaux, au contraire, ils sont très-nombreux ; mais ou bien ils se contredisent les uns les autres, ou bien le manque de certaines précautions indispensables rend les résultats incertains et contestables.

Il faut convenir aussi que les recherches sur cette matière sont extrêmement difficiles et exigent dés expérimentateurs bien exercés.

Une discussion étendue ne serait autre chose qu’une appréciation de la valeur des deux théories électriques, et, comme nous l’avons déjà dit, nous ne pouvons nous hasarder à porter un jugement sur des théories émises par des hommes au§si éminents que Faraday , Becquerel, Delarive et autres.

Nous ne pourrons qu’indiquer les points principaux à cause de leur influence sur le développement des courants et leur intensité.

Ce sont :

i" Phénomènes généraux du développement de l’électricité par l’action des solides et liquides;

2° Hétérogénéité des métaux homogènes par l’action du même liquide ou de liquides différents;

3“ Polarisation des métaux ;

4° Passivité des métaux ;

5” Inversion des courants dans les liquides de même nature et avec les mêmes métaux.

A. Développement de l'électricité.

Les faits généraux, qui ont surtout été étudiés par Pfaff [Révision des Galvanismus) , sont les suivants :

1° Le développement de l’électricité n’est dans aucun rapport avec l’action chimique. Même lorsque celle-ci manque totalement, il y a souvent tension électrique très- considérable. Ainsi de l’acier plongé dans de l’acide nitrique très-concentré, qui ne l’attaqua aucunement, conserva pendant plus de quinze jours une tension positive, supérieure à celle produite par un couple de cuivre-zinc. Le

plomb resta positif dans l’acide sulfurique concentré; l’or, le pla; tine, très-négatifs avec une solution de potasse caustique. Au contraire, du zinc plongé dans de l’acide hydrochlorique , qui l’attaquait violemment, ne manifeste qu’une très-faible tension négative, et l’ammoniaque excita bien plus fortement le zinc, l’étain et même l’argent que le cuivre.

2° Quant à la nature de l’électricité développée, on observe :

a) Que les liqueurs alcalines rendent en général tous les métaux électro-négatifs, et la tension est la plus forte pour les métaux qualifiés ordinairement de positifs. L’ordre est à peu près le suivant :

1) Potasse caustique. Solution de p. sp. i,33o, ainsi que soude caustique.

Sn , Zn , Sb , Pb , Cu , Au , Pt , Bi , Acier, Ag.

2) Solution d’ammoniaque, p. sp. 0,950.

Zn, Sn , Pb , Ag, Fe, Cu.

b) Quant aux acides, s’ils sont étendus, les métaux se chargent d’électricité négative, tandis que le liquide prend l’électricité positive ; mais lorsqu’ils sont concentrés , l’action est différente; pour l’acide nitrique, les métaux deviennent généralement positifs; pour les acides sulfurique et hydrochlorique, ils se divisent en deux groupes, positifs et négatifs.

1) Acide nitrique, p. sp. 1,498»

Acier, platine, or, Pb, Sn , Cu se montrèrent très-positifs ;

Fe doux , Sb , Zn faiblement négatifs.

2) Acide sulfurique 1,848.

Positifs : Pb, Ag, Or, Pt, Cu , Fe.

Négatifs : Sb, Sn, Zn.

3) Acide hydrochlorique: p. sp. , 1,24.

Positifs : Acier, Pt, Au, Ag.

Négatifs : Zn, Sn, Pb , Sb , Cu. .

^ 3“ La tension électrique, manifestée au condensateur par un même nombre de transports, est très-différente, suivant les liquides ou les métaux employés.

. En général, elle est beaucoup plus faible que celle produite par le contact de deux corps hétérogènes, tels que Zn et Cu, excepté pour les alcalis caustiques, les sulfures alcalins et plusieurs autres. c) Quant aux solutions salines, dans la grande majorité des cas, les métaux se chargent de l’électricité qu’ils prendraient par le contact immédiat avec le métal qui forme la base du sel.

Ainsi, par exemple, dans une solution de nitrate argentique, tous les métaux deviennent positifs, excepté le platine qui se charge d’électricité négative.

Au contraire, avec une solution de chlorure stanneux tous les métaux devinrent négatifs, excepté le zinc, qui devint fortement positif.

4” En plongeant dans le même liquide, sans les mettre en contact, deux plaques de métaux differents, qui isolément deviendraient négatifs, mais avec des tensions différentes, la tension positive du liquide étant alors forte, neutralisera l’électricité négative du métal dont la tension est la plus faible, et lui communiquera l’électricité positive, ou du moins affaiblira beaucoup sa tension négative. Ainsi, par exemple, en plongeant à la fois Zn et Gu dans un liquide, le Zn sera électrisé négativement, tandis que le cuivre le sera positivement.

B. Hétérogénéité de métaux homogènes 'par l'action des liquides.

Les résultats précédents sont loin d’être constants lorsque les circonstances viennent à varier tant soit peu ; aussi le temps pendant lequel le métal plonge dans le liquide, l’action particulière que celui-ci exerce soit chimiquement, soit physiquement sur ce métal, la

concentration des solutions, leur température, etc., toutes ces circonstances peuvent faire varier les résultats.

La passivité et la polarisation des métaux en sont des exemples frappants. Ainsi [Ann. de Poggendf.j 47, 32; 48, 267) Fechner observa que le platine éprouve dans l’acide nitrique une modification négative qui va en augmentant; dans une solution de potasse caustique, au contraire, une modification positive qui va en diminuant.

Il en est de môme du cuivre, du fer, du zinc, et probablement de la plupart des autres métaux; pour en donner un exeniple, il produisit un courant en plongeant à la fois du Fe et du Pt dans une solution de potasse caustique. Ce courant était plus faible lorsque le Pt séjournait dans la liqueur avant le fer, au contraire plus fort lorsque le fer y séjournait quelques minutes avant l’introduction du Pt.

De même on peut obtenir des courants avec deux plaques homoT gènes de Pt plongées dans la même solution, soit potasse caustique, soit .acide nitrique, pourvu qu’on ne les plonge pas en même temps.

On conçoit donc aisément que des plaques d’abord homogènes, plongeant l’une dans une solution alcaline, l’autre dans une solution acide, acquièrent bientôt une hétérogénéité assez grande pour produire des courants d’une certaine énergie.

En général, dans les liquides étendus, il y a courant inverse à celui des liquides concentrés.

Dans plusieurs cas, les courants sont opposés, selon qu’on laisse un intervalle plus ou moins grand entre l’introduction de la première et de la seconde plaque , et ces résultats sont constants , même en intervertissant les plaques.

Le même liquide peut exercer sur des métaux différents une action bien diverse. Ainsi , par exemple , une solution de chlorure sodique, après trois minutes d’intervalle, rend négatifs les métaux suivants, Pt, Ag, Sn, Pb;elle rend positifs Cu , Fe, Sb , tandis que le Zn , distillé, passe successivement du positif au négatif.

Comme un exemple bien remarquable, nous citerons l’expérience suivante :

Rn plongeant dans une solution de nitrate argentique à la fois une lame de fer et une de cuivre, le fer devient d’abord passif, l’argent se précipite sur le cuivre qui se dissout, et il se manifeste un courant assez énergique. Bientôt après le courant diminue, surtout lorsque le précipité d’argent peut s’étendre vers le fer, puisqu’alors une partie du courant peut passer par l’argent du fer au cuivre; puis, tout à coup il y a changement de caractère électrique, le fer devient positif, et l’argent et le cuivre se précipitent à l’état métallique , tandis que le cuivre devient positif.

Toutes les fois qu’on voudra observer des courants de peu d’intensité, il faudra s’assurer d’avance qu’il y a homogénéité entre les plaques métalliques (soit de platine qui est le plus souvent employé, soit d’un autre métal) qui doivent communiquer le courant au multiplicateur.

Cette circonstance est plus difficile à remplir qu’il ne semble au premier abord. Même en coupant deux plaques, l’une à côté de l’autre dans la même fenille métallique, il arrive rarement que plongés dans un même liquide conducteur, ils n’indiquent la présence d’un courant très-faible. Pour des feuilles de platine, on arrive à les rendre homogènes en les faisant rougir, les nettoyant avec du sable fin humecté , et les essuyant avec un linge fin.

Mais pour des feuilles de cuivre, de zinc, de fer, surtout lorsqu’elles ont déjà servi à des expériences antérieures , dans lesquelles elles se sont trouvées dans des circonstances différentes, il est rare qu’on arrive à les rendre complètement homogènes.

Même le zinc amalgamé présente cette difficulté.

Cependant il est assez facile de s’assurer, dans les expériences , si les courants observés proviennent des réactions qu’on examine ou des plaques métalliques. On n’a qu’à intervertir leur ordre; si le courant reste dans le même sens , en faiblissant ou augmentant seu-

lement tant soit peu, il est dû au phénomène qu’on étudie; si au contraire il est renversé, on peut être sûr que c’çst l’hétérogénéité des feuilles métalliques , qui en était la source principale.