PHÉNOMÈNES ÉLECTROSTATIQUES DANS LES PILES

Mesure de la polarisation dans l’élément voltaïque ( C. R. Ac. Sc., 19 février 1872). —

Mesure de l’intensité des courants au moyen de l’électromètre ( C. R. Ac. Sc.,

12 août 1872). — Étude des phénomènes électrostatiques dans les piles (Ann. Éc.

Norm. sup., 2" série, t. II, 1873, p. 211). — Évaluation, en unités mécaniques, de la

quantité d’électricité que produit un élément de pile ( C. R. Ac. Sc., i5 décembre 1873).

J’ai mesuré les charges électrostatiques que Volta avait le premier observées, aux deux pôles d’une pile à circuit ouvert, et sur le trajet des conducteurs interpolaires à circuit fermé. Mon travail avait de l’actualité en 1873, en raison de la nouveauté de l’application au courant électrique de la théorie électrostatique du potentiel.

L’appareil qui avait été employé jusque-là pour la mesure des charges électrostatiques était la balance de Coulomb; elle inspirait confiance, elle m’a servi pour les comparaisons. Je l’ai munie d’un miroir sur le prolongement de son fil de torsion et j’ai opéré par réflexion, en ne faisant varier que peu la distance de la halle mobile à la balle fixe.

Avec 100, 200, 2Ôo éléments zinc, cuivre et eau, associés en série, j’ai d’abord vérifié que la différence de potentiel aux deux pôles d’une pile était proportionnelle au nombre des éléments. Cette proportionnalité était admise, mais la vérification directe, sans condensateur, 11’avait pas été faite. En partant de mes mesures, je pouvais calculer la valeur absolue, en unités électrostatiques, de la différence de potentiel aux deux pôles d’un seul élément, zinc, cuivre et eau.

La valeur de cette différence de potentiel, calculée avec les données de la répulsion que j’avais observée entre les deux balles de la balance de Coulomb, diffère peu de la valeur trouvée par Thomson avec son électromètre absolu.

En chargeant une sphère avec une pile et en la déchargeant, plusieurs fois de suite, puis en faisant passer le courant de la décharge dans un galvanomètre, je m’étais proposé d’évaluer la quantité d’électricité transportée en une seconde dans le circuit d’une pile qui produit un courant

d’intensité connue. Sur ce point, mes expériences n’ont été qu’ébauchées; elles auraient d’ailleurs exigé des appareils pins perfectionnés que ceux dont je disposais. Je ne les ai pas poursuivies.

La balance de Coulomb, précieuse pour les mesures absolues, présente des difficultés d’emploi, et elle est peu sensible. 11 en est de même de la balance de Hankel, à quatre boules fixes occupant les sommets d’un rectangle et agissant sur deux boutes mobiles. Pour les mesures relatives, on avait augmenté la sensibilité en faisant agir, à petite distance, des plaques fixes sur une plaque mobile, comme dans l’électromètre de Dcllmann, l’électromètre de Hankel et l’électromètre à boites cylindriques de I hornson. Dans les deux derniers, les plaques métalliques lixes recevaient une forte charge d’une source extérieure et les déviations étaient ainsi notablement accrues. Pour les déterminations que j’avais en vue, j’ai adopté la disposition en secteurs de Thomson, en apportant à la construction de grandes simplifications.

Mon appareil comprend une plaque en aluminium, mobile horizontalement au-dessus ou au-dessous de quatre secteurs plans, formant les quadrants d’un même cercle et reliés deux à deux en diagonale. Le centre de la plaque mobile et le centre du cercle sont sur une même verticale. La plaque mobile a son grand axe parallèle à la ligne de séparation de deux secteurs voisins; elle est soutenue par un fil métallique de torsion qui lui communique la charge constante du pôle positif d’une pile de ioo petits éléments zinc, platine et eau, dont le pôle négatif va au sol. Le fil de torsion est commandé par un bouton qui permet d’amener la plaque dans la position de symétrie par rapport aux secteurs plans.

Pour mesurer la différence de potentiel entre A et B, A et B étant par exemple les pôles d’une pile, on relie A aux secteurs i et 3 qui prennent le potentiel de A, puis B aux secteurs 2 et 4 qui prennent le potentiel de B. La plaque mobile est attirée par l’un des couples de secteurs et repoussée par l’autre. Pour une certaine déviation, il y a équilibre entre la torsion du fil et l’action sur la plaque mobile. L’angle de déviation se mesure par réflexion.

On modifie la sensibilité de l’instrument en changeant le fil de torsion, en élevant ou abaissant la plaque mobile, en faisant varier sa charge.

Pour faire usage de cet appareil avec sûreté, après avoir amené la plaque mobile dans la position de symétrie, j’ai constaté que la déviation, tant qu’elle reste très petite, est proportionnelle à la fois à la charge de la plaque mobile et au nombre des éléments de la pile qui a pour pôles A et B. J’ai

vérifié, d’ailleurs, que les déviations de l’électromètre étaient, dans différentes conditions de sensibilité, proportionnelles aux indications de la balance de Coulomb et aux dilTérences de potentiel.

Piles à circuil ouvert. — Les dilTérences de potentiel aux deux pôles des éléments de pile ayant été reconnues par divers physiciens proportionnelles aux forces élcclromotrices, je me suis servi de l’électromètre à quadrants pour mesurer les forces électromotrices des éléments usuels. La vérification de certaines relations entre les forces électromotrices de différents éléments était intéressante en elle-même et elle contrôlait la régularité de la marche de l’instrument.

Par exemple, avec trois éléments à eau acidulée formés avec du zinc et du cuivre, du zinc et du fer, du fer et du cuivre, l’une des forces électromotrices est égale à la somme des deux autres. Les forces électromotrices varient un peu séparément quand on change pour tous la proportion d’acide, mais la loi de la somme se conserve. De même avec des solutions de potasse ; ici le changement de la proportion dépotasse fait varier davantage les nombres individuels, mais la loi de la somme se conserve.

Citons encore une loi analogue à la précédente avec des éléments Daniell à sulfates de protoxydes, une loi de Péclet relative aux liquides, des mesures de forces électromotrices d’éléments à eau acidulée où l'un des métaux est du zinc, tandis que l’autre est du cuivre ou un alliage de cuivre.

Circuit fermé. — Après une vérification de la loi d’Ohm sur la proportionnalité des résistances aux différences de potentiel, j’emploie la méthode électrométrique pour mesurer la résistance des solutions salines en les intercalant, entre des électrodes de même métal que le sel, dans des auges prismatiques allongées.

J’applique encore la méthode électrométrique à la mesure de la résistance intérieure d’une pile, à la mesure de la résistance d’une cloison poreuse et des variations de cette résistance. J’obtiens ces résistances par différence; je m’appuie sur ce fait expérimental que la différence de potentiel aux deux pôles de la pile ouverte est constamment égale à la somme des différences partielles dans un circuit fermé, malgré les variations relatives des résistances.

Je fais voir par des exemples comment l’usage d’un électromètre est précieux pour la mesure exacte des forces électromotrices de polarisation. Employant, soit des voltamètres ayant la forme de prismes allongés,

lorcc

soit des éléments de pile à un liquide, de même forme, je mesure la éleclromolnce de polarisation dans le voltamètre < * 1 1 luisant vanei I intensité du courant, et aussi la force électromotrice de polarisation dans l’élément lui-même, pendant son fonctionnement.