MÉMOIRES SUR L’ÉLECTRICITÉ

Sur les théories physiques en général et sur celles de l'électricité en particulier.

(D ^d’ouverture du Collège de France. - Revue des Cours scientifiques dlIsC)^

Sur un phénomène curieux de polarisation des électrodes.

( Première Note : Annales de Chimie et de Physique, 3' série, t. LI, p. 45o>- Deuxième Note :

Résumé de ces deux Notes dans les Mémoires de Strasbourg, t. V, rS58;)

Quand on éleetrolyse un liquide au moyen de lames de platine, ces lames se polarisent, c’est-à-dire qu’elles acquièrent la propriété de fournir un contre-courant capable de recomposer les produits de l’électrolysation. Cette polarisation des électrodes n’avait été observée que sous Tes deux conditions suivantes : i° la recomposition était lente; a 0 elle ne se manifestait qu’après l’interruption du courant primitif.

Mes expériences ont montré que cette recomposition pouvait être non-seulement très-rapide, mais même instantanée, et qu’elle pouvait se produire pendant le passage même du courant principal. Ces expériences, qui ont toujours piqué très-vivement la curiosité de monaudi-

toire, mériteraient d’être répétées; je recommande aux physiciens les

,» Faites passer dans une cloche pleine d’eau acidulée le courant d’une pile de 4o ou 5o éléments Bunsen à l’aidé d'électrodes formées de fils de platine terminés'par des lames de même métal, vous verrez la cloche se vider très-rapidement, et lorsqu’elle sera à peu près complètement pleine du mélange d’oxygène et d’hydrogène, ce mélange détonera spontanément.

a 0 Remplacez dans cette expérience l’eau acidulée par de l’eau ordinaire; le niveau de l’eau baissera lentement jusqu’au-dessous des lames de platine et restera quelque temps stationnaire en ce point, les lames recomposant par le haut les gaz que les fils décomposent par le bas; puis tout d’un coup l’eau remontera au-dessus des lames pour redescendre encore au-dessous, et ainsi de suite indéfiniment. Le niveau de l’eau oscillera ainsi du haut en bas des lames, sans que jamais le courant si énergique qui la traverse puisse remplir la cloche de gaz, tandis qu’un courant plus faible la remplirait en quelques minutes.

Ces phénomènes doivent être rapportés à la polarisation des électrodes et non pas h la force catalytique du platine, car on les obtient encore avec des électrodes qui ne sont pas de platine, ainsi que je l’ai prouvé dans ma seconde Note.

Sur la rotation électromagnétique des liquides.

(Annales de Chimie et de Physique, 3* série, t. LV, p. 3<>4. - Opuscules de Physique, dans les Mémoires de Strasbourg, l. V, 1861, et t. Vf, i865.)

Les recherches sur la rotation électromagnétique des liquides ont pour point de départ l’expérience faite par H. Davy, en i8a3, et dans laquelle il fit tourner sous l’action d’un aimant une masse de mercure traversée par un courant. Cette expérience étant la seule qui fût mentionnée dans nos Traités de physique, je pouvais regarder ce sujet comme, à peu près neuf lorsque j’ai commencé à l’étudier. Je me suis aperçu plus tard qu’il avait déjà été l’objet de nombreux travaux, et qu’il n’y avait plus qu’à glaner dans un champ déjà moissonné. J’espère cependant que mon Mémoire aura fait faire quelques progrès à cette question,, tant au point de vue expérimental qu’au point de vue théorique.

Au point de vue expérimental, j’ai tellement simplifié l’expérience, je l’ai rendue si facile, que j’ai fini par la vulgariser, par l’introduire dans lès cours de physique. J’ai décrit avec détail, dans mes Opuscules, Un appareil à l’aide duquel une faible pile peut faire tourner une grande masse de liquide; un disque de liège noirci qui flotte sur ce liquide et qui porte un pavillon en papier rend la rotation visible à l’auditoire le plus nombreux. Cette expérience commençant à se répandre dans les cours de physique, je décrirai prochainement, dans les Annales de Chimie et de Physique, mon appareil sous la forme que je lui ai définitivement donnée.

Au § III de ces mêmes Opuscules, je donne la description d’un second appareil, dans lequel la rotation d’un liquide électrolysé peut être obtenue sans bobine et sans aimant.

J’ai déterminé par l’expérience la ligne neutre de ces actions singulières, c’est-à-dire la ligne à partir de laquelle l’action de la bobine ou de l’électro-aimant change de signe, ou, en d’autres termes, la ligne à partir de laquelle la rotation du liquide soumis à l’action de l’électroaituant change de sens. J’ai trouvé que cette ligne neutre ressemblait à. une hyperbole passant par les extrémités de la bobine et ayant le même axe. C’est, à ma connaissance, la première détermination expérimentale que l’on ait faite d’une ligne neutre dans les actions électro-magnétiques.

J’ai montré que l’action des bobines creuses conserve le même signe dans toute l’étendue du cylindre qui leur sert de noyau.

Enfin, en substituant des dissolutions aqueuses au mercure, j’ai répété facilement l’expérience de Davy.

Au point de vue théorique, voici ce que j’ai ajouté aux travaux de mes devanciers.

Par une notation algébrique convenablement choisie, j’ai simplifié l’énoncé de la loi de ces phénomènes. Donnons, en effet, un signe au courant mobile qui traverse le liquide, à la rotation qu’il éprouve et à l’espace dans lequel il est placé. Que le courant mobile soit positif, s’il est centrifuge, et négatif s’il est centripète. Que sa rotation soit positive, si elle a lieu dans le même sens que la circulation du courant dans la bobine ou dans l’électro-aimant, ou dans l’aimant, et négative dans le cas contraire. Enfin, marquons du signe — l’espace compris entre les deux branches de la ligne neutre, et du signe -+- l’espace vers

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lequel elle tourne sa concavité, en y joignant l'intérieur de la bobine, lorsque celle-ci est creuse. L’expérience, d’accord avec la formule d’Ampère, nous montrera toujours que le signe de la rotation du courant mobile est le produit algébrique du signe de ce courant par celui de l’espace dans lequel il est placé.

Ces mêmes conventions m’ont permis d’établir l’expression algébrique de l’action d’un aimant sur un courant. Cette expression égalée à zéro m’a donné l’équation de la ligne neutre, et, quoiqu’elle soit d’un degré très-élevé, j’ai pu, par un artifice de calcul, la construire géométriquement. J’ai ainsi retrouvé cette sorte d’hyperbole ayant pour axe celui de l’aimant, que l’expérience m’avait déjà indiquée. Ce problème présentait quelques difficultés, car avant moi M. Poggendorff avait déjà cherché à le résoudre, mais il n’y était parvenu qu’en supposant le courant mobile trës-éloigné, et il avait trouvé pour ligne neutre une droite passant par le centre de l’aimant. Cette ligne neutre, qui n’a d’ailleurs aucune valeur expérimentale, est précisément l’asymptote de celle que j’ai obtenue.

J’ai été moins heureux dans la théorie de l’action des bobines ou dés courants circulaires. On rencontre là ces trois intégrales elliptiques d’Ampère, et je dois laisser aux géomètres le soin de les discuter. J’ai pu cependant en tirer deux conséquences que l’expérience vérifie et qui sont relatives à l’action d’un courant circulaire horizontal sur un élément de courant aussi horizontal. J’ai montré, en effet, que cette action était de même signe dans toute l’étendue d’un cylindre vertical qui aurait pour section droite le courant circulaire, et qu’elle changeait de signe au delà d’une certaine ligne que j’ai déterminée. L’existence de la ligne neutre donnée par l’expérience s’est trouvée ainsi expliquée par la théorie.

Théorème sur les aimants creux.

(Annales de Chimie et de Physique, 3* série, t. 1.VI1I, p. 90.-Opuscules de Physique, § II, dans les Mémoires duStrasbourg, t, V.)

Mès études sur la rotation électromagnétique des liquidés m’ont conduit à reconnaître, entre les bobines et les aimants, une différence qui n’avait pas encore été signalée, et qui consiste én ce qu’une bobine et

Dp porté

à le faire, mais à des faisceaux, de solénoïdes.

Sur la différence entre les pôles des aimants et les points neutres électromagnétiques.

de Physique, § IV, dans les Mémoires de Strasbourg, t. V. - Ce Mémoire, avec

(Opuscules i

à démontrer que ces points sont précisément les pôles des aimants. Des anomalies observées dans la rotation électromagnétique des liquides ayant fait naître des doutes dans mon esprit sur la vérité de ce prétendu théorème, j’ai répété avec soin les expériences classiques qui ont servi à l'établir, et je n’ai pas tardé à reconnaître que les points d’action nulle, que j’appellerai dorénavant les points neutres , étaient toujours beaucoup plus près des extrémités du barreau, que les. positions assignées par Coulomb, aux pôles des aimants.

Ce. résultat étant bien constaté, il était évident que la théorie ordinaire qui confond les pôles avec les points neutres était imparfaite et devait être remaniée. Cette théorie suppose, en effet, que les actions d’un barreau aimanté se réduisent a deux forces émanées de ses deux pôles, ce qui n’est vrai que si l’aimant agit sur un point très-éloigné. Dans tous les phénomènes électromagnétiques, au contraire, l’aimant agit toujours sur des points très-rapproehés, et il faut absolument le considérer comme un système de forces émanées de tous ses éléments, c’està-dire que son action doit être exprimée par une intégrale définie, et que ses points neutres ne peuvent se trouver qu’en égalant cette intéT

Cette intégrale elle-même ne peut être connue que si l’oit à déterminé préalablement la distribution du magnétisme dans l’aimant; mais cette détermination a-t-elle jamais été faite? On représente.habituellement la constitution, magnétique des aimants par la courbe de Coulomb, connue sous le nom de courbe des intensités, et dont les ordonnées sont supposées représenter les intensités magnétiques en chaque point d'un barreau aimanté. Cette supposition est toute gratuite; car il est facile de prouver que ces ordonnées représentent, seulement les différentes valeurs d’une intégrale qui est fonction de l’intensité, sans lui être proportionnelle. Il suffit, pour s’en convaincre, de remarquer qu’elles ne deviennent pas nulles en même temps que l’intensité. J’ai déterminé expérimentalement cette courbe pour plusieurs aimants, dans l’espoir de pouvoir en conclure leur constitution magnétique; mais j’ai toujours été arrêté par des difficultés de calcul, et je suis obligé de reconnaître que la distribution du magnétisme dans un barreau m’est complètement inconnue.

Quelle que soit cette

: distribution, je démontre que les points neutres

11 e sont pas les pôles, et qu’ils sont toujours plus rapprochés dés extrémités que les pôles.

Il est un cas dans lequel la position exacte de ces points neutres peut être calculée, parce que la distribution du magnétisme est connue, et c’est heureusement le cas le plus intéressant pour la pratique : c’est celui des barreaux épais. Coulomb a prouvé que, dans les gros barreaux, la distribution du magnétisme est linéaire, c’est-à-dire que l’intensité y est en chaque point proportionnelle à la distance de ce point au milieu de l’aimant. L’action du barreau peut alors être calculée, et ce calcul m’a conduit aux deux résultats suivants :

i" Si l’aimant agit sur un courant rectiligne indéfini (expériences de MM. Pouillet etBoisgiraud), les points neutres sont deux fois plus près des extrémités que les pôles;

2 ° Si un aimant vertical agit sur un élément de courant horizontal, comme dans les expériences ordinaires sur la rotation électromagnétique des liquides, la ligne neutre a une forme semblable à celle que l’expérience indique; mais le point neutre est plus rapproché de l’extrémité qüe le pôle, à peu près dans'lè rapport de 3 à 4.

Ces observations tendent à modifier profondément la théorie des points neutres ; en apparence, elles la compliquent; en réalité, elles la débarrassent d’une hypothèsé inadmissible et permettent d’en tirer des conclusions bien plus conformes aux résultats de l’expérience.

Sur un disjoncteur automatique des courants induits.

(Revue des Sociétés savantes, 1.1; p. 35o,- Mémoires dette Société de Strasbourg, t. VL)

Dans mes leçons sur l’induction, j)ai eü rarement lieu d’être complètement satisfait de l’emploi du galvanomètre ou du voltamètre, pour distinguer les deux espèces de courants induits. J’ai trouvé de l’avantage à remplacer ces deux instruments par mes appareils à rotation électromagnétique des liquides. En faisant passer successivement les deux courants induits dans de l’eau acidulée soumise à l’action d’un aimant, o.n voit les flotteurs placés L ia surface du liquide se mouvoir

Pour séparer les courants induits, je me servais, comme on

le fait

habituellement, d’une double roue dentée mobile h l’aide d’une manivelle. La manœuvre de cette roue m'ayant paru fastidieuse, j’ai cherché un moyen de séparer automatiquement les courants, et j’y suis parvenu assez simplement en ajoutant quatre godets h l’interrupteur de M. Léon Foucault. Ces quatre godets sont divisés en deux couples qui communiquent à volonté avec une bobine d’induction, et qui permettent de fermer le circuit induit, soit lorsque le courant inducteur commence, soit lorsqu’il finit.

C’est en voulant appliquer mon disjoncteur à l’étude des courants induits que mon attention a été appelée sur les propriétés singulières des courants interrompus.

Sur les propriétés des courants interrompus.

(Revue des Sociétés savantes, t. III, p. 36a [i863]. - Mémoires de la Société des Sciences

de Strasbourg, t. VI [i865]. - Annales de Chimie et de Physique, 4* série, t. XV.)

Quand un courant est périodiquement interrompu, au moyen d’une roue dentée par exemple, il résulte des expériences anciennes de M. Pouillet que son intensité doit être proportionnelle à sa durée. Mais cete loi est en défaut toutes les fois que le courant traverse une bobine, surtout si cette bobine renferme un noyau de fer doux : elle n’est donc pas générale, elle a besoin d’un complément, et c’est ce complément que j’ai cherché à lui donner.

Mon Mémoire est divisé en huit paragraphes.

Dans le premier je décris la disposition assez compliquée des expériences. Les physiciens y remarqueront surtout un nouveau mode d’emploi de la boussole des tangentes. On sait que l’usage de cette boussole doit être restreint k des déviations peu considérables, sous peine de faire subir k ses indications une correction qui est k la fois pénible et incertaine. J’évite cette correction en plaçant le plan du courant k 45 degrés du méridien magnétique, et je puis alors observer des variations de 90 degrés dans l’aiguille aimantée, sans que pour cela cette aiguille soit jamais k plus de 45 degrés du courant. La correction est alors insignifiante et peut être supprimée.

Dans le second paragraphe j’expose les résultats généraux fournis par l’expérienee. Je montre que le courant interrompu est affaibli par

la présence d’une bobine dans le circuit, que cet affaiblissement, peu considérable si la bobine est vide, devient très-grand par l’introduction d’un noyau de fer, et que l'effet du noyau peut être contre-balancé, mais en partie seulement, par l’induction dans un circuit voisin.

J’examine ensuite séparément l’effet de la bobine vide et l’effet du noyau, et après en avoir déterminé les lois par l’expérience, je cherche à les expliquer par l’action du contre-courant, ou de l’extra-courant inverse, qui s’établit dans le circuit au moment où il est fermé.

L’effet de l’induction est l’objet d’un paragraphe spécial. Le raisonnement et l’expérience prouvent également que l’induction dans un circuit voisin a pour résultat de diminuer les variations do magnétisme, dans le noyau de la bobine : il est donc tout naturel que l’effet de l’induction et celui du noyau soient de signes contraires.

Mon travail est terminé par l’analyse du beau Mémoire dans lequel M. Helrnhollz a donné la théorie mathématique des courants interrompus. Cette théorie ne conduit à des formules simples que si le courant interrompu a une durée supérieure à celle du contre-courant. Cette condition paraît remplie quand la bobine est vide, mais elle ne l’est plus pour la bobine à noyau. Dans le premier cas mes expériences sont d’accord avec les formules de M. Helrnhollz; dans le second cas elles s’éloignent un peu des résultats calculés., mais toujours dans le sens indiqué par la théorie.

Sur un nouveau voltamètre.

(Mémoires de la Société dos Sciences de Strasbourg, t. VI. — Annales de Chimie

Le voltamètre, dans lequel on ne recueille que l’hydrogène, est l’appareil type pour la mesure des courants. Mais sous sa forme ordinaire, cet instrument a de nombreux défauts: il est peu précis parce que le volume d’hydrogène varie avec la manière dont la cloche est • placée, sur l’électrode négative, et il est peu commode parce que, après chaque mesure, il faut de nouveau remplir la cloche d’eau acidulée. Ces deux défauts n’existent plus dans le voltamètre que je propose et qui a pour caractère essentiel, que la cloché qui sert h recueillir le gaz n’est pas fermée;’ elle est terminée par un tube capillaire surmonté

d’une ampoule. Lorsqu’on aspire de. l’eau jusqu’à cette ampoule, et qu’on y dégage eusuite du gaz, la cloche est hermétiquement fermée par la goutte liquide qui remplit le tube capillaire, de sorte que rien n’est plus facile que de la remplir d’eaü ou de gaz à volonté. Un interrupteur à ressort ou à mercure permet de déterminer l’instant précis du commencement et de la fin du courant; on mesure ainsi le temps nécessaire pour produire un volume d’hydrogène connu, et on en déduit le poids d’hydrogène dégagé par minute et par suite l’intensité du courant. Il faut, pour faire ce calcul, connaître la température du gaz, qui est celle de l’eau d’un manchon qui entoure la cloche. 11 faut également mesurer sa pression, ce qui exige que l’on connaisse la tension de la vapeur d’eau acidulée, et j’ai trouvé qu’elle n’était pas notablement différente de celle de l’eau pure,

Get instrument est surtout très-avantageux pour déterminer le coefficient de la boussole des tangentes. La connaissance de ce coefficient est indispensable pour rendre les expériences des divers physiciens comparables entre elles.

Sur une nouvelle Table d’Ampère.

(Opuscules de Physique, dans les Mémoires de Strasbourg, t. V [1861].):;

J’ai fait subir à l’ancienne Table d’Ampère des modifications qui en ont réduit considérablement le volume et le prix, tout en augmentant singulièrement la facilité des expériences.

Les courants mobiles d’Ampère tournaient sur deux pointes qui plongeaient dans deux petites coupes pleines de mercure. Quand la ligne des pointes ne passait pas par le centré de gravité, le mouvement se produisait difficilement, et il arrivait trop souvent que l’une des pointes sortant du mercure se brûlait, et l’expérience était manquée. J’ai fait tourner tous les courants sur une seule pointe, et je leur ai donné ainsi une mobilité parfaite. Je reconnais qu’une disposition analogue a été adoptée dans plusieurs cabinets de physique, mais je n’en avais pas Connaissance lorsque j’ai imaginé mes courants, qui du reste sont peut-

J'ai encore fait à la Table d’Ampèré un autre changement. J’y ai

adapté un nouveau commutateur à ressort, qui se distingue de tous les précédents par la facilité avec laquelle il indique la marche du courant. Ce commutateur, qui peut être construit à part, commence à se répandre, ce qui prouve qu’il est apprécié des expérimentateurs.

Sur les figures électriques.

On a beaucoup étudié les traces que l’étincelle électrique laisse à la surface des corps. Lichtemberg les rendait visibles avec des poudres, et M. Riess, simplement en soufflant dessus. Le verre qui a été léché par l’étincelle électrique a acquis la propriété de condenser très-inégalement les vapeurs, et cette propriété a permis à M. Grove de graver les .traces de l’étincelle en exposant le verre à la vapeur d’acide fluorhydrique. N’ayant pas réussi à produire cette gravure d’une manière satisfaisante, j’ai eu l’idée de conserver les traces électriques par des procédés analogues à ceux de la photographie.. J’ai donc fait passer l’étincelle sur une plaque de collodion sec, que j’ai ensuite traitée comme pour faire sortir les images de la chambre obscure. L’étincelle de la machine de Holtz convient beaucoup mieux que celle de la bobine. Ce sont les épreuves positives de ces images que l’on a pu voir à la vitrine de M. Ruhmkorff; l’une d’elles, agrandie, était d’un très-bel. effet.

On obtient des figures semblables en faisant passer l’étincelle sur du papier porcelaine à base de plomb. L’étincelle y laisse une trace noire,, mais qui blanchit à la longue.

Le disque de verre avec lequel on comprime le papier dans ces expéqu'on ne peut plus les effacer..