HISTORIQUE ET GÉNÉRALITÉS

984. Pile de Volta. — 1° Définitions. — On donne en général le nom de piles voltàiques à toute une catégorie d'appareils qui servent à développer de l'électricité à l'état dynamique. La première pile fut inventée par Volta en 1800 : elle fut la conséquence et l'application de nombreuses expériences, que nous exposerons ci-dessous.

2° Description de V appareil. — Il se compose d'une suite de couples ou éléments, empilés les uns sur les autres, toujours dans le même ordre. Chaque élément est formé par la superposition d'un disque de cuivre, un disque de zinc et une rondelle de drap, mouillée d'eau acidulée : les deux disques métalliques sont soudés, pour que leur contact soit mieux établi et soit préservé de l'oxydation (fig. 922). On maintient solidement tous ces couples superposés entre trois tiges ou colonnes de verre. C'est cetle disposition qui a fait donner à l'appareil le nom de pile, qui lui est resté, quoiqu'on ait adopté depuis des formes très variées ; celle-ci est appelée pile à colonnes ou pile de Volta.

3° Production de V électricité dans la pile. — Loi des forces électromotrices. — Il résulte des expériences de Volta et de plusieurs autres physiciens qu'il faut considérer Vêlement voltaïque (zinccuivre-eau acidulée) comme formant une chaîne continue, dans laquelle une différence de potentiels s'établit successivement entre chacune des substances en contact. Il s'établit une première différence entre le zinc et le cuivre, une deuxième entre le cuivre et l'eau acidulée, une troisième entre l'eau acidulée et le zinc. Ces différences de potentiels successives obéissent à la loi suivante,

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découverte par Volta, c'est que la différence de potentiels des substances extrêmes est égale à la somme algébrique des différences de potentiels des substances intermédiaires.

On désigne sous le nom de force électromotrice chacune de ces différences des potentiels, et l'on énonce la loi de Volta, en disant que : La force électromotrice d'un élément (c'est-à-dire la force électromotrice des substances extrêmes qui le constituent) est égale a la somme algébrique des forces électromotrices successives des substances intermédiaires.

Cette loi s'applique à la pile tout entière, c'est-à-dire à l'ensemble des éléments superposés aussi bien qu'à un seul élément. 4° Distribution de V électricité dans la pile de Volta. — La distribution de l'électricité dans la pile voltaïque est une conséquence

Fig. 922.

Fig. 923.

Fig. 924.

directe de la loi des forces électromotrices. Elle n'est pas la même dans la pile suivant qu'elle est isolée, ou qu'elle communique avec le sol par une de ses extrémités.

Pile non isolée. — Supposons d'abord que l'extrémité cuivre soit en communication avec le sol (fig. 925). Le potentiel sur le cuivre C4 est alors zéro; mais, la différence des potentiels sur le cuivre et le zinc d'un même couple étant constante et égale, par exemple, à + 2v, le zinc Z4 prend le potentiel 2»; par

conductibilité, le couple C3Z3 prend lui-même le potentiel 2u, et comme sa force électromotrice propre lui communique le même potentiel 1v, son potentiel final est Av. Pour la même raison, les couples suivants prennent successivement les potentiels 6v, Sv..., et le dernier couple le potentiel %nv, n étant le nombre total des couples. Donc le potentiel croît proportionnellement au nombre des couples ; et la pile étant tout entière chargée d'électricité positive, les potentiels aux deux extrémités sont 0 et *2nv.

Si la communication avec le sol était établie par l'extrémité zinc, la pile serait chargée tout entière d'électricité négative, et les potentiels extrêmes seraient 0 et — %nv.

Pile isolée. — Si la pile est isolée, ce qui est le cas général, le cuivre C4 conserve son électricité négative, et les deux extrémités sont respectivement électrisées, l'une positivement, l'autre négativement. Or, les deux charges positive et négative étant nécessairement égales, et la transition d'un état à l'autre ne pouvant s'effectuer qu'en passant par zéro, il faut que la partie médiane de la pile soit à l'état neutre.

On peut donc considérer une pile isolée comme l'ensemble de deux piles non isolées qui seraient juxtaposées par leurs extrémités, où le potentiel est nul. Il y a donc dans une pile complète de n éléments une moitié entièrement positive, ayant pour potentiels extrêmes 0 et + ±nx%v, et Vautre moitié entièrement négative, ayant pour potentiels extrêmes 0 et — {yix^v. La différence des potentiels, aux deux extrémités de la pile, est donc encore 2nv, comme ci-dessus1.

(Nous verrons que la théorie chimique conduit aux mêmes résultats relativement à la distribution de l'électricité dans l'intérieur d'une pile.)

5° Pôles, électrodes, courant. — Dans une pile, on nomme pôle positif l'extrémité où l'électricité positive prend le potentiel maximum, et pôle négatif celle où le potentiel est négatif, avec la même valeur absolue.

On a vu que, dans la pile à colonnes, le pôle positif est celui vers lequel sont tournés les zincs de chaque couple, et le pôle négatif celui vers lequel sont tournés les cuivres. Ajoutons que, dans toute pile, les couples étant composés d'une substance inattaquable par les acides, comme le platine, le charbon, ou peu attaquable, comme le cuivre, et d'un métal très attaquable, le zinc, c'est toujours au métal inattaquable que correspond le pôle positif, et au métal attaquable le pôle négatif.