APPAREILS THERMO-ÉLECTRIQUES

Nous ne voulons pas ici envisager, dans toute son étendue, la question de la chaleur considérée comme source d'électricité, cette étude trouvera naturellement sa place dans un travail que nous pub héron s bientôt sur les phénomènes électriques observés chez les êtres vivants. Il nous suffira, pour le moment, de rappeler succinctement les principes sur les(|uels repose la construction des appareils destinés à mesurer les variations de température par l'observation des courants électriques qu'elles développent dans des circuits métalliques de forme déterminée.

Si aux deux extrémités d'un barreau d'antimoine A on soude deux barreaux de bismuth B, B (fig. 7), et qu'autour des bouts M et N du barreau ainsi composé on enroule les fils d'un galvanomètre G, tant que les soudures C et C sont à la même température, l'aiguille aimantée reste immobile sur \ezéro de l'instrument. Mais si, pour une cause quelconque, la température de l'une des soudures est supérieure à celle de l'autre, immédiatement

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un courant électrique prend naissance et est traduit par une déviation de l'aiguille aimantée. Ce courant est, d'ailleurs, toujours dirigé de manière à traverser la soudure la plus chaude^ en cheminant du bismuth à l'antimoine. Par conséquent, si la soudure C est échauffée, le

Fig. 7.

courant, dans le fil du galvanomètre, marche de N en G, et de G en M; si, au contraire, la soudure C est la plus chaude, le courant se dirige en [sens inverse, et marche de M en G et de G en N dans le fd du galvanomètre.

Les barreaux de bismuth et d'antimoine peuvent être associés en plus grand nombre, et de manière que toutes les soudures de rang pair regardent d'an côté, tandis (|Lie

Fig. 8.

toutes les soudures de rang impair sont tournées en. sens inverse (fig. 8). Si l'on vient à chaufïer toutes les sou-

dures situées d'un même côté, immédiatement un courant électrique prend naissance, et il est dirigé de manière à traverser toutes les soudures chaudes en marchant du bismuth à l'antimoine. Si, par exemple, on chnuffe toutes les soudures de rang impair, le courant, dans le hl du galvanomètre, se dirige de N en G et de G en M ; si, au contraire, on chauffe les soudures de rang pair, le courant est de sens inverse, et il marche, dans le fil du galvanomètre, de M en G et de G en N. Les phénomènes observés sont donc les mêmes que ceux du cas précédent, seulement l'intensité du courant produit augmente en raison du nombre de soudures chauffées. L'ensemble des barreaux ainsi soudés deux à deux constitue une vraie pile Ihermo-électrique, dans laquelle le courant électrique est développé par le fait de la différence de température qui existe entre les soudures de rang pair et les soudures de rang impair. Chaque paire de barreaux bismuth et antimoine soudés ensemble est un couple ou élément de cette pile. .

§ I. — Pile thermo-électrique.

Pour plus de commodité dans l'observation, on forme avec les barreaux un faisceau prismatique, en les disposant parallèlement dans des rangées superposées, de manière que l'ensemble représente une chaîne métallique semblable à la précédente et repliée plusieurs fois sur elle-même (fig. 9). Les extrémités du prisme C et D qui contiennent, l'une toutes les soudures de rang pair, et l'autre toutes les soudures de rang impair, sont appelées

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faces de la pile. D'ailleurs, chaque rangée est séparée de celle qui la précède et de celle qui la suit par une lame de papier verni, et, dans chaque rangée, tous les barreaux sont également isolés les uns des autres, afm qu'il n'y ait de contact métallique qu'aux soudures. Cette pile étant mise en communication avec les fils d'un galvanomètre, il suffit d'échauffer une face ou l'autre pour faire naître un courant électrique dont le sens est connu à l'avance, puisqu'il traverse toujours les soudures chauffées en se dirigeant du bismuth vers l'antimoine. Ces piles étant destinées à étudier les lois de la chaleur rayonnante, on a soin de recouvrir leurs faces C et D, d'une couche de noir de fumée, pour augmenter le pouvoir absorbant et le rendre indépendant de la nature de la source d'où émane le flux s ^ p' .s"

de chaleur incidente.

Enfm la pile, ainsi disposée en faisceau prismatique, est mastiquée dans un anneau de cuivre, de manière que ses faces G etD, enduites d'une couche de noir de fumée, débordent un peu.

A la partie supérieure de l'anneau sont deux petites colonnes métalliques isolées P, (fig. 10), qui communiquent aux extrémités de la chaîne des barreaux bis-

Fig. 10.

inutli et antimoine, et servent à mettre Ja pile en rapport avec les fils du galvanomètre. Pour garantir les faces de l'appareil contre tout rayonnement latéral , on se sert de deux tubes prismatiques de cuivre T, T', noircis sur leur face intérieure, de U h 5 centimètres de longueur, qui coiffent exactement les deux extrémités de la pile. Chacun de ces tubes, d'ailleurs, est muni d'un opercule mobile S, S', qui tantôt obture complètement, tantôt laisse ouverte son extrémité libre.

Quand on veut faire une observation de chaleur rayonnante, on abaisse ces deux opercules et l'on attend que l'aiguille du galvanomètre se fixe au zéro de la graduation ; cela indique que les deux faces de la pile sont en équilibre de température. Alors on relève l'opercule du côté de la source de chaleur rayonnante, et la lace correspondante de la pile est seule échauffée par le tlox de chaleur incidente, tandis que l'autre est tenue à l'abri de tout rayonnement. De cette manière, l'effet traduit par la déviation de l'aiguille du galvauomètre est dû tout entier à la chaleur rayonnante émanée de la source qu'on se propose d'étudier.

Dans les limites dans lesquelles sont comprises les observations faites avec les piles thermo-électriques, les différences de température des deux faces de l'instrument sont directement proportionnelles d.\x\ intensités des courants électriques produits'. Pour comparer entre elles les diverses températures observées, il suffit donc d'avoir un moyen d'apprécier, dans chaque expérience, Vintensitr du courant électrique. Sans doute les déviations de l'aiguille du galvanomètre sont d'autant plus considérables

THERMOMÉTIUE. '23

(jiie le coorant a plus d'intensité, niais il n'y a pas exacte proportionnalité entre ces deux éléments : une aiguille s'étant écartée , par exemple, (:e 10" de sa position d'équilibre sous l'influence d'un courant donné, s'écartera de moins de 20 et de moins de 30" sous J'influence d'un courant d'intensité double ou triple, il faut donc, expérimentalement et pour chaque galvanomètre, étudier les rapports qui existent entre les intensités du courant et la marche de l'aiguille influencée. La science possède des procédés exacts pour dresser des tables qui perinettent de déduire Vintensité du courant électrique du nombre de degrés dont l'aiguille s'est écartée de sa position d'équilibre. Ce n'est pas ici le lieu d'exposer ces moyens; il nous suffît de dire qu'à l'aide de ces tables une fois construites, on parvient à établir rigoureusement les rapports qui existent entre les températures des divers flux de clialeur rayonnante reçus sur une des faces de la pile, puisque ces rapports sont les mêmes que ceux des intensités des courants observés. La pile thermo-électrique n'étant pas employée pour la détermination de la température des êtres vivant?, nous ne pousserons pas plus loin l'étude de cet instrument ; ce que nous en avons dit nous paraît sufflsant pour comprendre la théorie d'un appareil du même genre, qui a rendu de grands services à la physiologie expérimentale: nous voulons parler des aiguilles thermo-électriques.

§ II. — Aiguilles thermo-électriques.

Tous les autres métaux jouissent, comme l'anliinoine et le bismuth, de la propriété de devenir le siège de cou-

2/l PHYSIQUE MÉDICALE.

rarits électriques, quand ils sont accouplés deux à deux et cjue leurs soudures sont maintenues à des températures différentes. Nous devons ici nous borner à l'étude du iVr et du cuivre, qui seuls ont servi à la construction d'iustruments employés dans les recherches de physiologie.

Si aux deux bouts d'un barreau de lér F (tig. 11) on soude deux barreaux de cuivre C, G, et si les extrémités

Fig. 11.

M et N de l'appareil sont mises en rapport avec le fil d'un galvanomètre G, tant que les deux soudures B, B' seront à la mêuie température, l'aiguille aimantée restera immobile, aucun courant électrique ne se manifestera. iMais, du moment c[u'uiie des deux soudures est chauffée, l'aiguille du galvanomètre est mise en mouvement par un courant . dirigé de rnanière à traverser la soudure la plus chaude, en marchant du cuivre vers le fer. Si la soudure B est chauffée, le courant se dirige dans le fil du galvanomètre de N en G et de G en M ; si, au contraire, on chauffe la soudure B^ le courant marche en sens inverse et parcoui t le fd du galvanomètre de M en G et de G en N. Cette propriété a été mise à profit pour construire des aiguilles, composées de deux métaux, assez déliées pour être enfoncées dans les tissus des êtres vivants, et destinées tantôt à donner leur température absolue, tantôt simplement la

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différence de tempéralure/le deux points de leur corps. L'appareil se compose de deux aiguilles, dont chacune constitue un véritable couple d'une petite pile tliei'ujoélectrique. Elles ont, d'ailleurs, été employées sous deux formes différentes.

M. Becquerel (1), qui le premier a introduit ces appareils dans les recherches de physiologie, s'est surtout servi d''àv^ui\\esk soudure médiane (fig.12). Chacune d'elles est

Fig. 12.

composée d'un til de fer et d'un hl de cuivi'e, de même diamètre et de même longueur, soudés bouta bout ; elles sont unies par leur extrémité fer au moyen d'un til de même métal, assez long pour permettre dë les écarter considérablement l'une de l'autre ; par le bout opposé elles sont fixées au fd du galvanomètre.

Les aiguilles à soudure terjnino-latérale ^ plus spécialement employées par M. Dutrochet (2), se composent d'un fil de fer F (fig. 1 3) recourbé sur lui-même, soudé par chacune de ses extrémités et latéralement avec un lil de cuivre C de même diamètre. Lorsque la soudure est faite, on a soin de recouvrir les deux fils d'un vernis, tant pour

(1) Annales de chimie et de physique, 2*^ série, t. LIX, p. 113.

(2) Annales des sciences naturelles , 2*" série, Botanique, t. XHI, » p. 5.

26 PiiYsiguK î\iédi(:ale.

les isoler l'un de l'autre que pour les mettre à l'abri de l'action des agents chimiques que peuvent contenii* les

Fig. lô.

corps dans lesquels ces aiguilles sont plongées. Cette petite pile thermo-électrique est mise en communication avec le galvanomètre, par les extrémités des fils de cuivre. Dans l'appareil de M. Becquerel comme dans celui de M. Dutrochet, l'égalité de température des soudures est indiquée par l'immobilité de Faiguille du galvanomètre au zéro de la graduation ; la déviation de l'aiguille et le sens de cette déviation annoncent l'existence d'une ditïerence de température, et font connaître celle des deux soudures qui est la plus chaude; enfin, à l'aide d'une étude préalable de la marche de l'instrument, l'étendue de la déviation donne, en degrés centigrades, la valeur de la différence de température des deux soudures.

Pour construire la table indicative de la valeur, en degrés centésimaux, de la déviation de l'aiguille du galvanomètre, on peut employer un procédé fort simple. L'une des soudures est placée dans un bain d'huile à la température de l'air ambiant, l'autre dans un second bain d'huile dont la température est un peu supérieure à celle de l'atmosphère et qui se refroidit très lentement; deux

TIIEUMOMÉTIUE. 27

thermomètres très sensibles donnent à cluique instant la température de chacun de ces deux bains. L'aiguille, d'abord écartée de sa position d'équilibre, rétrograde vers le zéro de la graduation du galvanomètre à mesure que le second bain d'huile se refroidit et tend à se mettre en équilibre avec le premier. On note alors avec soin les diverses positions successivement occupées par l'aiguille aimantée, on place en regard la différence des indications fournies par les deux thermomètres, et l'on dresse ainsiune table qui fournit directement, en degrés centésimaux, l'estimation de la différence de température des deux soudures correspondant à une déviation donnée de l'aiguille du galvanomètre. Pour donner une idée de la sensibilité de ces instruments, il nous suffira de dire que, dans l'appareil à soudures termino-latérales, employé par M. Dutrocliet, une déviation de 16" de l'aiguille du galvanomètre correspondait à une différence de un degré centigrade, entre les températures des deux soudures. Et, comme on peut facilement apprécier 1/5' de degré de la graduation du galvanomètre , il en résulte que les observations des différences de température étaient faites avec une approximation de 1/80^ de degré centigrade.

Les aiguilles thermo-électriques ont encore d'autres avantages qui doivent les faire préférer au thermomètre à mercure dans certaines recherches de physiologie. Leur forme linéaire permet de les introduire dans l'intérieur des tissus et d'explorer la température de parties profondément situées , sans causer de délabrement, et sans qu'il soit l)esoin d'aucune mutilation préa-

bible : on peut ainsi, par exemple, très facilement constater la température du sang dans les artères et dans les veines, sans causer le moindre trouble dans la circulation. A cause de leur faible volume elles peuvent éti e mises en contact avec des corps de très petite dimension, sans que l'on ait à craindre que la température de ces corps soit altérée par la quantité de chaleur cédée ou absorbée par l'instrument. Enfin, les aiguilles tliermoélectriques se mettent si vite en équilibre de température, leurs indications sont si rapides, qu'elles sont aptes h accuser les variations de température les plus soudaines dans les parties au milieu desquelles leurs soudures sont plongées. Cette propriété précieuse a été mise à profit par M. Becquerel, pour mesurer l'influence exercée par la contraction violente d'un muscle sur son état thermique.

Lorsqu'on veut, avec les aiguilles thermo-électriques, mesurer la température absolue d'un corps, on enfonce la soudure de l'une d'elles dans le corps lui-même, etl'on place l'autre soudure dans un appareil à température constante et connue. La déviation observée au galvanomètre indique la différence de température des deux soudures, et comme la température absolue de Tune d'elles est déjà connue, on en déduit celle du corps en expérience, par une simple addition ou par une soustraction, suivant le sens de la déviation observée. Dans ses recherches de physiologie, M. Becquerel (1) avait d'abord adopté V appareil Sorel, pour maintenir l'une des soudures à une température constante; plus tard, dans ses reclier-

(1) Annales de chimie cl de physique, 2*^ série, t. Ï.TX, p. 113.

THERMOMÉTRIE. 29

elles sur la température des mammifères, il abandomia V appareil Sorel, et plaça la soudure d'une des aiguilles dans la bouche d'un homme, tandis que l'autre était enfoncée dans la partie du corps des animaux sur laquelle il voulait expérimenter. En introduisant un petit thermomètre sous la langue, on peut mesurer exactement, et aussi souvent qu'on le veut, la température de la bouche et de la soudure qu'elle contient ; on peut ainsi s'assurer que cette température reste sensiblement constante pendant le peu de temps que dure chaque observation, à la condition toutefois que la respiration s'exécute exclusivement par le nez. Quel que soit, d'ailleurs, l'appareil à température constante que l'on emploie, il faut toujours le choisir de telle façon que sa température ne diffère que très peu de celle du corps que l'on se propose de soumettre à l'expérience. Cette condition est une conséquence nécessaire de la sensibilité extrême de l'instrument. ' ' * -

Les aiguilles thermo-électriques sont surtoutappliquées avec succès à l'appréciation de la différence de température qui existe entre deux parties d'un même corps A cet effet, on les dispose de manière que chacune des deux parties à observer contienne une des soudures ; le sens de la déviation de l'aiguille aimantée indique de quel côté existe l'excès de température, et l'intensité de la déviation fournit, au moyen de la table de réduction, l'estimation, en degrés centésimaux, de la valeur de cet excès. On procQ^de de la même manière quand on veut constater une faible différence de température entre deux corps voisins. Nous reviendrons avec détail sur ce sujet,

quand nous exposerons les recherches à l'aide desquelles M. Dutrocbet a détermmé l'excès de température des animaux inférieurs et des végétaux sur l'air ambiant. Nous dirons aussi alors pourquoi, dans la majorité des cas, les aiguilles h. soudure termino-latérale doivent être préférées aux aiguilles soudure à médiane.

§ III. — Disques thermo-électrîques.

La détermination exacte de la température des diverses portions de leur enveloppe cutanée est certainement un des problèmes les plus difficiles et les plus intéressants soulevés pour l'étude de la distribution de la chaleur chez les animaux. Le thermomètre à mercure ne peut pas être - employé à cette recherche, parce que son réservoir ne serait en contact que par une portion de sa surface avec la partie explorée. Les aiguilles thermo-électriques à soudure médiane et à soudure tei^mino-latérale^ merveilleusement disposées pour prendre la température des parties profondément situées, ne peuvent pas non plus servir à explorer la surface extérieure de la peau. Longtemps préoccupé de la solution de ce problème, et convaincu de l'importance qu'il y aurait à déterminer exactement la température des diverses portions de la surface cutanée, surtout dans le cas où eile devient le siège d'une inflammation, nous avions résolu de nous servir, à cet effet, d'une petite pile thermo-électrique, construite sur un nouveau modèle (fig. 14). Bien que nous n'ayons jamais eu occasion de nous en servir, nous croyons cependant

THERMpMÉTRlE. 31

que son emploi peut conduire à de très bons résultats, et nous en donnons ici la description.

Chacun des deux couples de la pile se conapose d'un

Fig. U.

cylindre de bismuth B, étalé à sa partie inférieure de manière à former un disque mince de 1 centimètre au plus de diamètre. A la face inférieure du disque de bisnmth est soudée une lame de cuivre très mince CG et de même diamètre. A la partie supérieure du cylindre de bismutli est soudé un cylindre de cuivre C terminé par une poupée à vis à laquelle vient se fixer une des extrémités du fil du galvanomètre G. Le cylindre de cuivre, le cylindre de bismuth, et la partie supérieure du disque de bismuth, sont mastiqués dans un tube de bois ou d'ivoire D, muni d'un manche M qui permet de manœuvrer le couple, sans que la chaleur de la main puisse lui être communiquée. La

face inférieure du disque de cuivre est recouverte d'une couche mince de vernis, pour la garantir contre l'action chimique des hquides. Les deux couples sont rehés l'un à l'autre par leur élément cuivre, à l'aide d'un fil de mêm.e métal, entouré de soie, et assez long pour permettre de les appliquer sur les parties les plus éloignées d'un animal.

Chaque couple, étant appuyé par sa face cuivre sur une portion de la peau, se met rapidement en équilibre avec elle, et l'aiguille du galvanomètre indique, par le sens et l'étendue de sa déviation, quelle est la partie la plus chaude, et la valeur en degrés centigrades de l'excès ^ de température. Ën employant le cuivre et le bismuth, le courant est dirigé de manière à traverser la soudure la plus chaude en allant du bismuth au cuivre. 11 serait toujours facile de modifier , dans sa forme et son étendue, la partie inférieure évasée de chaque couple, de manière à pouvoir explorer successivement les portions de peau situées sur les parties les plus anfractueuses.

D'ailleurs, la table à l'aide de laquelle les déviations de l'aiguille du galvanomètre, accusant des différences de température entre les deux soudures, seraient estimées en degrés du thermomètre centigrade, pourrait être construite par le procédé très simple que nous avons indiqué précédemment pour les aiguilles thermo-électriques.

GALOUliVIETUlE.