Incandescence par le courant voltaïque

La production de la chaleur par le courant voltaïque n’est qu’une forme particulière de l’activité chimique. Les expériences de M. Joule et plus tard celles de M. Favre ont mis cela hors de doute. Prenez un bocal rempli d’eau légèrement acidulée; plongez dans cette eau une lame de cuivre de quelques décimètres carrés de surface, et une lame de zinc amalgamé de même dimension, en évitant que ces lames se touchent, et réunissez hors de l’eau les deux lames par un hl de métal ; vous aurez constitué une pile et un circuit voltaïque.

Que se passe-t-il dans cet assemblage ?

Une action chimique a lieu dans le bocal; le zinc, l’oxygène de l’eau et l'acide se combinent en créant de la chaleur. Mais cette chaleur se distribue à la fois dans le bocal et dans le fil de métal, au lieu de rester confinée dans les corps qui entrent en combinaison.

La cause de cette distribution est Véleclricité, dont la nature intime nous échappe, aussi bien que celle de la pesanteur et de l’affinité. On emploie le mot courant pour désigner l’état du circuit formé par le cuivre, le fil métallique, le zinc et l’eau acidulée. On exprime simplement un fait en disant que le courant voltdique échauffe le fil.

Si on allonge le til, ou si on diminue sa section, on augmente la proportion de chaleur qui s'y développe. On peut par le choix d’un til convenable y introduire la moitié, le tiers, le quart de la chaleur totale qui correspond à faction chimique opérée dans la pile. Cette chaleur produira des échautfements différents suivant la disposition du fil.

Lorsque le fil a partout le meme diamètre, l’élévation de température est la meme en tous les points.

Lorsqu’une portion du fil a une section moindre que celle de l’autre portion, l’élévation de température y est plus grande. Avec une portion de fil assez courte, et assez fine, on verra le fil rougir et demeurer incandescent, tant que l’action chimique durera dans la pile. Telle est l’incandescence par le courant voltaïque.

C’est à M. Joule que nous devons la loi de cet échauffement. Supposons que la portion étroite du fil ait une section égale au centième de celle de l’autre portion; l’expérience montre que si on remplace la portion étroite par un autre fil de même, substance, mais d’une section et d’une longueur centuples, la quantité de zinc dissous dans la pile et la proportion de chaleur développée dans le fil total pendant un temps donné ne changent pas. Le fil fin équivaut donc à un fil de section et de longueur

INTKODÜCTION.

centuples, et la chaleur créée dans le fil lin est égale à celle (jui serait créée dans une longueur de fil gros cent fois plus longue. Or le poids du gros lil est 10 000 fois celui du fil fin ; par conséquent ce dernier recevra une élévation de température 10 000 fois plus grande.

De plus supposons que le fil fin ait un décimètre de longueur, le gros fil qui complète le circuit ayant dix décimètres. Nous venons de voir' que le décimètre de fil fin» équivaut à une longueur centuple de gros fil, c’està-dire à 100 décimètres. La chaleur se distribue donc enti'e le fil fin d’un décimètre et le gros fil de 10 décimètres, comme elle se distribuerait entre. un gros fil de lOO décimètres et le même fil de 10 décimètres. Puisque dans ce dernier cas la chaleur serait distribuée uniformément, le fil de 100 décimètres dégagera 10 fois plus de chaleur que l’autre. Ce sera la meme proportion entre notre fil fin d’nn décimètre et l’autre portion de gros fil qui forment le circuit supposé. Donc tiqalenient en établissant le circuit voltaïque avec un fil fin, ayant une longueur égale au dixième de celle du gros fil, et une section cent fois moindre, on développera dans ce fil fin dix fois plus de chaleur que dans l’autre, et comme son poids est mille fois moindre, son élévation de température sera dix mille fois plus grande.

On voit bien quels sont les rôles de la longueur et de la section, quand il s’agit de l’incandescence.

Les mêmes principes s’appliquent à la célèbre expérience de Davy, désignée sous le nom d’arc voltaïque.

La pile est formée d’un grand nombre d’éléments analogues à celui que nous venons de décrire (fig. 3). Aux extrémités sont attachés d’une part au zinc, d’autre part au cuivre, deux fils de cuivre qui aboutissent à des tiges métalliques portant des charbons taillés en cône. Les pointes des cônes étant mises en contact, le courant s’établit. Dés qu’on les éloigne légèrement l’un de l’autre, une lumière éblouissante jaillit dans l’intervalle;

LES MERVEILLES DE L’ÉTllNCELLE ÉLEGTRIUUE.

c’est la lumière électrique ou arc voltaïque. L’analyse spectrale nous a appris que ce jet lumineux est consti-

tué par des particules de charbon, de sorte qu’elles complètent le circuit, comme le fil fin de notre expérience

INTKODUGTION.

précédente. Une très-petite longueur de ce jet équivaut à une longueur considérable du fil de cuivre. Voilà pourquoi l’élévation de sa température et la lumière émise sont énormes.

En remplaçant les charbons par des cônes de divers métaux, on obtient encore le même effet; mais la lumière a une couleur particulière et l’analyse spectrale nous prouve que l’arc est formé par des particules de métal détachées des cônes et .réduites en vapeur. Toutes les particularités de ces belles expériencee sont conformes à la loi de Joule, relative à réchauffement des fils fins placés dans le circuit voltaïque.

Cette loi est une extension de la conservation de l'énergie. Nous voyons l’énergie du mouvement chimique qui s’accomplit dans la pile transformée en énergie de chaleur dans tout le circuit. Les expressions usitées, travail interne de Vaffinité dépensé dans la pile, et chaleur ëquh valente créée dans le circuit répètent la meme idée dans un autre langage. Cela suffit pour que nous concevions au foyer lumineux créé dans une partie du circuit un mouvement moléculaire, qui produit dans nos yeux l’impression optique, sans avoir besoin de spécifier quel est le mode de ce mouvement.

Quant à la nature de l’électricité, c’est-à-dire de la force chargée de distribuer le mouvement calorifique dans la pile et dans le conducteur du courant, il faudrait imaginer une hypothèse capable d’expliquer les lois de cette distribution et tous les faits relatifs au courant voltaïque, et cette hypothèse serait provisoire, et subordonnée aux découvertes ultérieures , aussi bien que l’hypothèse qui concerne la nature de la chaleur. Le choix de telles hypothèses est le but le plus élevé de la physique, et l’incertitude qui les entoure rend leur exposition plutôt nuisible qu’utile dans un enseignement populaire. Comme nous le disions plus haut, la vulgarisation des conquêtes de la science ne doit comprendre

que la description fidèle des phénomènes qui ont été observés et rencliaînement rationnel de ces phénomènes, fondé sur un petit nombre de propositions qui sont l’expression la plus générale possible des résultats de l’observation. C’est la seule manière d’initier le lecteur à la connaissance de la nature, et de lui fournir les moyens d’utiliser cette‘connaissance pour le bien-être de l’humanité. Fortifié par cette première étude, il peut à son tour entrer dans la voie des découvertes, sans craindre de confondre le réel avec l’imaginaire, et si une culture mathématique suffisante lui permet d’essayer quelque théorie fondée sur l’hypothèse, il saura toujours discerner une vérité physique d’une conception provisoire, nécessairement entachée de l’incertitude qui règne dans les spéculations abstraites de l’esprit humain.

Sans aborder la question théorique dont il s’agit,' on conçoit que l’échange de mouvement moléculaire qui s’effectue entre la pile, théâtre de l’action chimique, et une portion déterminée du circuit, théâtre de l’incandescence, ait polir agent la partie de la matière que l’on appelle éther; cela résulte de la définition même que nous avons donnée de cette substance. Fau^-il regarder le courant électrique comme un effet du mouvement ondulatoire ou de la translation de l’éther? La réponse doit être dictée par les faits observés, et si les physiciens ne sont pas unanimes sur cette question, c’est que les faits ne sont pas encore suffisamment connus. On ne doute plus aujourd’hui du mode de mouvement qui produit la chaleur ou la lumière ; c’est une vibration : mais on hésite sur l'électricité. 11 appartient à la physique moderne de décider ce point de la science. 11 faut multiplier les observations et les mesures, et chercher par le raisonnement si c’est l’ondulation ou la translation qui représente le mieux les résultats de l’expérience.

CHAPITIII' PREMIER