CHAPITRE PREMIER

Go^r|H^ #99triqiie8 4iis i^ui «dioiM ebimi^Mef . priSAfpes des piles.

Dans le livre précédent il n'a été question que des phénomènes que l'électricité présente lorsqu'elle est en équilibre à la surface des corps ou à rétat statique ; on a vu que lorsqu'elle se transmet d'un c^rps à un autre au moment du passage dans Pair^ il se produit une étincelle; mais quand ce passage a lieu au travers des solides et desliquides; on observe d'autres effets; ce sont préoiaément ces effets que nous allons étudier dans ce livre.

Quand rélectricité cb^min^ ainsi dans )es oprps^ elle est dite m mouvement ou à Tétat dynamique; elle donne lieu alors aux couranU électriques. Les différences qui existent dans les états d'équilibre et de mouvement de PélecUricité proviennent de ce que dans les phénomènes dépendant de l'électricité statique les électricités peuvent s'accumuler sur les corps et acquérir une certaine tension , tandis que dans ceux dont il va être question elles cheminent continuellement au travers des conducteurs, ne s'accumulent pas sur leur surface , de sorte que leur tension est infiniment plus faible.

On n'étudie pas les actions des courants avec les machines électriques précédemment décrites, la quantité d'électricité qu'elles fourniraient ne serait pas assez considérable. On fait usage d'appareils fondés sur les effets dont nous allons parler.

PHKNOMKNKS GEIVERAt X.

Fip. 30.

On adapte une tige métallique horizontale CD au plateau inférieur d'un électromètre condensateur à feuilles d'or CG , et on termine cette tige par un anneau D^ de façon à pouvoir. placer sur cet anneau une capsule en platine y dans laquelle on verse de Feau acidulée avec une ou deux gouttes d'acide sulfurique. On plonge une lame de zinc EP par Tune des extrémités dans l'eau très-légèrement acidulée de la capsule , en ayant soin qu^elle ne touche pas la capsule elle-même ; l'autre extrémité de la lige de zinc EF est mise en relation avec le plateau supérieur A du condensateur. En enlevant la tige de zinc immédiatement après le contact, et séparant les deux plateau]^ l'un de l'autre, on trouve que les feuilles d'or divergent en vertu d'un excès d'électricité positive. Le plateau supérieur, qui touchait au zinc, prend l'électricité négative.

En mettant la capsule sur le plateau supérieur A , et répétant la même expérience , mais en faisant toucher le plateau inférieur B avec la tige de zinc, on obtient des effets analogues mais inverses.

En substituant à la lame de zinc une lame de platine , aucun effet n a lieu ; de même que lorsqu'on emploie simultanément une lame de zinc et pne capsule de même métal. Il est nécessaire pour que l'effet se produise qu'un des deux métaux soit attaqué par le liquide^ ou, s'ils le sont tous deux, qu'ils le soient inégalement. S'il n'y avait pas de liquide interposé entre les deux métaux , il n'y aurait aucune action produite.

50 ÉLBCTBICITR DYNAMIQUE.

Ces effets indiquent bien que lorsqu^m métal s'altère ou s'oxyde, il y a production d'électricité : le métal s'électrise négativement, le liquide qui l'attaque prend Télectricité positive.

Nous verrons dans le livre lll qu'avec d'autres métaux, tels que le fer, le plomb, etc., on obtient des effets analogues, pourvu qu'on les place dans des conditions convenables.

La réunion de deux métaux différents et d'un liquide interposé qui les attaque inégalement constitue un couple ou un élément. Le métal qui est le moins attaqué, ou qui ne Test pas, ne sert que de conducteur pour rendre manifeste le dégagement de l'électricité, en s'emparant de celle du liquide lors de l'action qu'il exerce sur le métal attaqué.

A l'époque où Volta découvrit l'admirable instrument que nous allons décrire, et en se fondant sur les effets indiqués plus haut, il pensait que l'électricité était dégagée au contact des métaux, c'està-dire, dans l'expérience précédente, au point E, où la tige de zinc touche le plateau métallique du condensateur; le liquide, suivant lui, n'agissait que comme conducteur; mais toutes les découvertes modernes ont donné raison à la théorie du dégagement de l'électricité dans les actions chimiques; c'est pour ce motif que nous l'adoptons comme base des explications que nous allons donner.

Pile voltaiqne. La pile voltaïque , dont le nom rappelle son immortel auteur, est formée de la réunion de couples ou d'éléments disposés de différentes manières. Volta lui donna d'abord la disposition d'une pile composée de rondelles superposées entre des colonnes de verre : de là est venu le nom générique de tous les Fig. 31. instruments de ce genre. Pour former cet appareil, on procède comme il suit : on place entre trois colonnes de verre un premier disque de zinc Z par exemple, auquel est soudé un fil de cuivre A ; sur ce disque on pose une rondelle de drap humectée d'eau acidulée par l'acide sulfurique au ^^ ou au ^^L à peu près, puis après la rondelle un disque de cuivre C. Si l'on fait toucher Z et C aux deux plateaux du condensateur décrit plus haut , on obtient une légère charge indiquant que le zinc a pris l'électricité négative, le cuivre la positive, par ce motif que ces deux disques en présence de la rondelle huniide constituent un couple. Mais si au-dessus du

PHENOMENES GBNEBAUX.

disque de cuivre on met un second couple semblable au premier, c'est-à-dire composé d'un disque de zinc , d'une rondelle de drap humide et d'un disque de cuivre, et qu'on place ensuite un troisième couple^ un quatrième, un cinquième^ etc.^ et ainsi de suite^ on trouve qu'avec une pile à colonne ainsi composée d'un certain nombre d'éléments^ convenablement isolée et terminée aux deux extrémités par des fils de cuivre ^ on peut charger plus fortement le condensateur qu'en employant un seul couple. La charge obtenue est d'autant plus forte que le nombre des couples est plus grande et l'excès de tension est même proportionnel au nombre des éléments de la pile , comme Coulomb Pa constaté avec la balance de torsion. Dans la figure les rondelles minces et noires I représentent les rondelles humides; les disques ombrés^ les plaques de zinc; et les disques clairs C, les plaques de cuivre. Les extrémités de la pile ont reçu le nom de pôles. Il y a donc le pôle positif et le pôle négatif.

Telle est en principe la première disposition de l'appareil dû au génie de Volta, et que ce grand physicien fit connaître en 1800 à l'Académie des sciences, appareil qui a été bien modifié depuis, et qui produit des effets extraordinaires d'aimantation , de chaleur, de lumière, de décompositions et de recompositions chimiques. Le dégagement de l'électricité se produit incontestablement à la surface de séparation du liquide et du métal oxydable , et TefTet est le même qu'en employant un seul élément; seulement, les actions s'ajoutent et l'excès de tension augmente avec le nombre des étémenls. Au lieu de zinc et de cuivre, on pourrait se servir d'autres métaux et faire usage de divers liquides conducteurs; mais comipe nous ne donnons dans ce livre que les phénomènes généraux de la pile, ayant Fintention de traiter dans le livre III la théorie des différents instruments en usage aujourd'hui, il n'est question ici que des piles analogues à celle de Volta.

Pile à couronne. La forme de la pile à colonne était trop incommode pour qu'elle pût subsister longtemps; im des principaux inconvénients provenait de ce que la pression occasionnée par le poids dés disques exprimait le liquide des rondelles humides et diminuait

d8 ELECTBICITB DYM4IIIQUK.

peu à peu Taction de la pile. La forme la plus simple coosistait à placer séparément les parties humides de Tappareil et les portions métalliques; aussi a-tron eu de bons effets avec la pile à couronnés (le tasses. Cette pile se compose de vases en verre pleins d'eau acidulée par l'acide sulfurique au vingtième ou au trentième^ et placés à côté les uns des autres ; dans chacun de ces vases plonge Tun des houts d'une lame mixte formée par la réunion de deux lames de cuivre et de zinc^ comme l'indique la figure 32. Chaque vase avec sa dissolution et ses lames de zinc et de cuivre forme un couple ou un élément. Le pôle négatif sa trouve à l'extrémité du dernier zinc ou à gauche du lecteur; le pôle positif à droite.

Piles à auges. La pile à couronnes^ quoique d'une disposition simple, 0st cependant inconunode à cause des manipulations assez longues qu'elle occasionne. On y a remédié au moyen de piles à auges se chargeant et se déchargeant assez rapidement et qui furent considérées comme un progrès.

Fig. 33.

Une auge eu bois renterme des couples formés de plaques de cuivre et de zinc soudées par une de leurs faces ; ces doubles plaques sont placées verticalement et parallèlement les unes aux autres , de manière à ce que la face zinc de Tune regarde la face cuivre de Tautre. Les bords sont mastiqués co.ntre les parois de l'aiige, et l'intervalle compris entre deux couples est rempli d'une certaine quantité d'eau acidulée; la pile est alors chargée en vertn du principe dont il a été question précédemment et elle fonctionne (aussitôt qu'elle jsst remplie du liquide conducteur. Dans la figure le9 plaques de zinc sont plus foncées que celles de cuivre, et le pôle négatif se trouve à gauche.

Pfi'^ à la ff^ollaston. Ces modèles sont aujourd'hui remplacés par les piles à la Wollaston et par celles de Faraday, ou de Muncke^ quand on ne se sert que d'un seul liquide. Chaque couple d'une pile à la Wollaston se compose d'nn bocal en verre ou d'une auge séparée ,

FIg. 33 bit.

renfermant Teau acidulée^ et d'une lame de cuivre reployée sur ellemême de manière à entourer avec ses deux faces une plaque de zinc Les deux lames métalliques sont tenues à distance à Vaide de morceaux de bois et le zinc de chaque couple communique avec le cuivre du couple voisin au moyen d'une lame de cuivre fixée à une traverse de bois placée au-dessus. En réunissant plusieurs éléments^ on forme une pile qui est d'un emploi commode en ce que Ton retire facilement les couples des bocaux quand on n'a pas besoin de faire fonctionner la pile.

Souvent on ne se sert que d'un seul élément à la Wollaston d'une surface assez grande. On a substitué à ce couple isolé un coqple en hélice dont la surface est plus étendue et qui est destiné à fournir une grande quantité d'électricité à faible tension. On le forme en roulant autour d'un cylindre en bois deux lames , l'une de cuivre, Vautre de zinc, mais de façon à ce qu'elles restent séparées l'une de l'autre par du drap ou des morceaux de bois. On met ce couple en activité en le plongeant dans un tonneau rempli d'eau acidulée.

PHe de Muncke. MM. Faraday et Muncke ont employé une disposition analogue à celle de Wollaston, mais avec cette distinction que les éléments ont moins de surface et plongent tous dans la même auge. La figure 33 ter représente une pile de Muncke de soixante éléments. Pour la faire fonctionner il suffit de la faire plonger dans l'auge remplie d'eau acidulée. La différence de conductibilité des métaux et des liquides fait que Ton perd peu à faire baigner tous les éléments dans la même dissolution. Chaque lame de cuivre est séparée des lames de zinc à Faide de petits morceaux de liège m, comme l'indique la partie de la figure où est représentée une coupe

00 KLRCTRICITÉ DYNAMIQl'C.

Fi& 33 ter.

en plan horizontal de trois éléments. On voit que la disposition des zincs z et des cuivres c est telle qu'un zinc est placé entre deux cuivres, et vice versa.

Cet instrument est d'un emploi facile , et donne des effets énergiques au moment où l'on plonge les couples dans le liquide ; mais l'action s'afTaiblit rapidement.

Piles en chaînes. Nous indiquerons encore la forme de piles adoptée par M. Pulvermacher, et qui peut être fort commode pour obtenir des effets de tension considérables.

Fig. 33 quat. Chaque couple se compose d'un petit cylindre en - bois AB^ dont les dimensions varient depuis deux centimètres de longueur jusqu'à cinq ou six, et de cinq à dix milUmètres de diamètre. Deux fils métalliques, l'un en zinc aa'y l'autre en laiton bb'^ sont enroulés en hélice autour dece petit cylindre, mais parallèlement à un demimillimètre de distance et sans se toucher. Le premier >» aboutit à deux crochets a, a! en laiton fixés dans le bois, et le deuxième à deux crochets b, b'. En plongeant ce système dans du vinaigre ordinaire , les deux métaux et le bois humide constituent un couple voltaîque qui cesse de fonctionner quand le bois est sec.

Si on réunit cinquante à soixante éléments semblables en les accrochant Pun à l'autre par les p61es de nom contraire, on Fig. 38 qaini. ^ fonne uue chaîne MN qui est

une véritable pile voltaîque.

Au lieu de les disposer en chaîne, on peut placer ces petits cylindres parallèlement

^UKN0AI£N£S GKMiBAUX. Cl

daiis des boites en verre ou en bois^ afin d'avoir des piles d'un petit volume et composées d'un très-grand nombre d'éléments. M. Pulvermacher a proposé ces appareils pour les applications de l'électricité à la médecine ; nous n'en parlons ici que comme forme nouvelle donnée aux piles ^ et d'un emploi facile pour avoir de grands effets de tension, mais avec une faible quantité d'électricité; car si on attaquait vivement les fils de zinc , l'instrument serait promptement détruit.

Nous avons fait connaître seulement jusqu'ici les piles les plus simples à l'aide desquelles on peut produire des courants d'électricité; mais elles présentent les mêmes causes de diminution d'intensité que la pile voltaîque primitive. Elles sont maintenant remplacées par les piles à courant constant dont il sera question dans le livre m. Nous donnerons encore un autre genre de pile n'ayant pas reçu d'application importante, mais qui met bien en évidence les effets résultant de la tension électrique produite à chaque extrémité quand on augmente le nombre des éléments. Nous voulons parler des piles improprement appelées piles sèches.

Piles sèches. Nous avons dit qu'une pile ne pouvait fonctionner qu'au détriment d'un des métaux qui s'altérait peu à peu en présence du liquide intermédiaire. Quelque temps après la découverte de Volta on chercha à ne pas employer de liquide actif; on n'y parvint pas complètement, mais on obtint des appareils disposés comme on va le dire : MM. Hachette et Desormes remplacèrent d'abord le liquide dans les piles ordinaires par la colle d'amidon. Deluc, quelques années après, forma une colonne composée de disques de zinc et de papier doré d'un côté seulement, entassés les uns sur les autres , le zinc en contact avec la face dorée. L'humidité du papier suffisait pour charger la pile ; c'est donc à tort qu'on leur donna le nom de piles sèches. Zamboni, en 1812, apporta quelques perfectionnements à l'appareil de Deluc ; ce sont les appareils construits suivant les indications de ce dernier que l'on emploie maintenant. On entasse, en les pressant fortement les uns contre les autres, des milliers de disques de papier, dont l'une des faces est étamée , et l'autre recouverte d'une couche très-mince de peroxyde de manganèse broyé avec un mélage de farine et de lait. L'humidité du papier sert encore à établir la circulation d'électricité qui, en raison du peu de conductibilité du papier, donne une charge aux deux extrémités de la pile plus lentement que dans les piles ordinah*es. Les piles de ce genre cessent de fonctionner au bout

62 KLEClttlClTE DVNAMlQtE.

d'UD certain temps, quand le papier a perdu toute son huniidilé. On ralentit habituellement cette déperdition en coulant du soufre autour de la pile sèche et ne laissant à nu que les deux extrémités. On peut, à Taide de ces piles, charger facilement un condensateur, et en obtenir même des étincelles. L* excès de tension étant proportionnel au nombre des éléments de la pile est plus considérable que dans les piles ordinaires; mais la quantité d'électricité produite étant très-petite, les autres effets sont très-faibles et même souvent inappréciables. C'est à raison de cela que ces piles n'ont servi jusqu'ici qu'à produire des mouvements continus au moyen de faibles attractions et répulsions qu'exercent les électricités accumulées aux deux pôles. Ces mouvements finissent toujours par s'arrêter au bout d'un temps plus ou moins long. Ou a aussi employé les piles sèches, comme nous l'avons vu plus haut, pour augmenter la sensibilité de Télectromètre condensateur. C'est là une de ses applications les plus utiles.

L'action des piles ne se borne pas à donner aux fils qui touchent h leurs extrémités le pouvoir d'attirer faiblement les corps légers qu'on leur présente. Si une personne se mouille préalablement les mains avec de Teau salée , et qu'elle touche simultanément par chaque main les extrémités d'une pile à auges d'une quarantaine d'éléments^ aussitôt elle reçoit une légère secousse, comme si ses mains servaient à décharger une petite bouteille de Leyde. En outre un fil très-fin de platine peut être porté au rouge ou même fondu. Il se manifeste également un grand nomlj^re de phénomènes <|ui seront étudiés plus tard, et qui indiquent qu'au moment de la fermeture du circuit d'une pile, il se produit une circulation continuelle d'électricité.

Nous devons donner ici quelques définitions qui reviendront dans le cours de cet ouvrage. Lorsque l'on ferme le circuit d'une pile avec des fils métalliques ou des corps conducteurs, on dit alors que ces corps qui servent à la recomposition des deux électricités sont pai*courus par un courant électrique.

Sens du courant. On définit habituellement le sens du courant par la direction que suit l'électi*icité en allant du pôle positif au pôle négatif. Cela ne veut pas dire que le flux d'électricité ail lieu uniquement dans ce sens ; car, d'après ce que nous avons dit dans le livre P% on ne sait rien de positif quant à l'origine du principe en vertu duquel les effets électriques se manifestent. On ne prétend nullement que le mouvement ait lieu plutôt du pôle + au pôle — , que du pôle — au pôle-f-; on est convenu seulement de

PHBROMSnfiS» UBNBMAUX. 63

lui donner un sens pour définir difTérents phénomènes qui tiennent à celte direction et dont il sera question dans la suite de ce^ ouvrage.

Pôles ou électrodes. Les deux extrémités d'une pile ont reçu le nom Appelés; on dit alors le pôle positif ou le pôle négatif^ suivant le côté par le€|uel débouche l'électricité positive ou l'électricité négative. Lorsque Ton fait arriver un courant électrique dans une dissolution à l'aide de deux tils ou de deux lames en communication avec les extrémités d'une pile , les portions des (Ils ou des lames plongées dans le liquide portent aussi le nom de pôles. On donne également à ces conducteurs le nom A' électrodes: il y a donc à chaque pile l'électrode négative et l'électrode positive.

Tension, intensité^ densité. Nous avons encore à faire connaître quelques dénominations usitées, telles que tension , intensité, densité, appliquées aux courants électriques. Le nom de tension indi que le degré de réaction électrique dû à la répulsion des électri • cités du inéme nom , et la facilité avec laquelle un courant peut franchir Tespace qui sépare deux conducteurs. Dans les piles ^ la tension est proportionnelle au nombre des éléments, ainsi que nous^ Pavons yu; une pile qui doit donner de l'électricité de tension doit donc être composée d'un grand nombre de couples (plusieurs centaines), h* intensité électrique au contraire dépend de la quantité d'électricité qui passe dans un temps donné , abstraction faite de la tension . Enfin, quelquefois on se sert de la dénomination de densité électrique pour indiquer la quantité d'électricité qui traverse une étendue déterminée d'un conducteur dans Funité de temps; ainsi dans deux fik de cuivre de diamètre différent soudés bout à bout et laissant circuler le même courant , l'intensité électrique et la tension seront les mêmes, mais la densité électrique sera plus foiledans le fil dont le diamètre est moindre.

C4 BLECTBlCtTÉ bVMAMlQtfi.