CHAPITRE IV

Piles vollaïques.

Couples à courant constant. Nous avons parlé, dans le livre IT, de la pile voltaïque et des piles à auges, à la Vollaston, de Muncke, et de la plupart des piles à un seul liquide généralement employées. Ces appareils, ainsi qu’on l'a dit, sont loin de donner des effets réguliers; mais, comme les piles sont d’un usage journalier, il était nécessaire d'exposer les différentes sources électriques, avant d'indiquer les perfectionnements apportés aux appareils producteurs d'électricité. Nous avons traité avec détails la production de l'électricité dans les actions mécaniques et physiques, mais jusqu'ici ces sources ne donnent que des quantités insuffisantes d’électricité pour les besoins des arts; c’est aux actions chimiques qu'il faut avoir recours.

Lorsqu'on fait usage d’une pile voltaïque à colonne, à auges, à la Vollaston, de Muncke, etc. , montée comme il a été dit, pages 36 et suivantes, dans les premiers instants le courant est assez éner- | gique, mais il diminue assez rapidement d'intensité; on ne peut donc songer à les employer quand il faut une action active et constante. Les causes suivantes diminuent l'intensité du courant : 1° le changement dans la composition du liquide conducteur et la variation

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du travail chimique dans chaque couple; 2 les changements dans l’état de la surface des métaux, en y comprenant les dépôts d'oxydes, de gaz, etc., c’est-à-dire les effets de polarisation. En s’opposant à ces changements, on rend la pile constante; en outre, en augmentant la quantité d'action chimique produite et en opérant avec les liquides les meilléurs conducteurs, on augmente la quantité d'électricité dégagée.

Nous allons indiquer comment on est parvenu à obtenir les piles réunissant ces conditions, et quelles sont les formes actuellement en usage. Nous parlerons d’abord de chaque espèce de couple, qui est l’élément essentiel de la pile; ensuite nous indiquerons ce qui arrive quand on réunit les couples pour former les piles.

On évite les changements dans la composition des liquides conducteurs, en prenant un vase assez grand pour que , dans un temps donné, il y ait toujours à peu près la même quantité d’acide dans l'appareil ; mais, quand la pile est un peu énergique, cela ne suffit pas pour assurer une force constante au couple: on a recours alors à un système de siphons qui renouvelle peu à peu le liquide. On doit remarquer qu'avec les couples tant soit peu énergiques, si lon opère avec le même volume d’eau acidulée, on ne peut pas espérer avoir une intensité constante ; elle ne peut être qu’à peu près constante; la plupart du temps, dans les arts cela suffit. Mais dans les recherches scientifiques, où il est indispensable de remplir rigoureusement cette condition, il faut avoir soin de maintenir le liquide à la même température et au même degré de concentration : sans cela l'intensité varierait rapidement; lorsque même cela est possible, on doit faire usage de couples peu énergiques, et l’on gagne alors en constance ce que l’on perd en intensité.

Zinc amalgamé. Pour maintenir les surfaces conductrices dans les mêmes conditions, il faut examiner les effets produits sur les deux métaux ou les deux conducteurs dont se compose le couple. Le zinc ordinaire dans l’eau acidulée donne, comme on le sait, du gaz hydrogène, même quand le circuit est fermé, ce qui indique que toute l’action chimique n’est pas employée dans le couple à la production de l'électricité; on y a substitué le zinc amalgamé, qui jouit de propriétés remarquables.

On amalgame le zinc en le décapant dans de Peau acidulée par l'acide sulfurique , et étendant dessus du mercure avec un tampon; cependant, si les plaques sont épaisses, il faut amalgamer à plusieurs reprises et à différents jours d'intervalle, pour que le mercure pénètre profondément.

Une plaque de zinc ainsi amalgamé n’est pas attaquée, ou du moins l'est très-faiblement dans l’eau acidulée par l'acide sulfurique au milieu de laquelle on la plonge ; tandis que, si on la touche avec un fil de cuivre ou de platine , elle est attaquée assez vivement : le zinc se dissout , et l'hydrogène se dégage sur le fil métallique. Cette différence dans les effets paraît provenir, comme on le verra plus loin, de ce que hydrogène, dans le premier cas, adhérant à la surface du métal, s’oppose à l’action ultérieure de l’acide , ce qui n’a pas lieu dans le second cas, Phydrogène se dégageant sur le fil qui est en contact avec lui.

Si on plonge dans l’eau acidulée une lame de zinc ordinaire et une autre amalgamée, et qu’on les fasse communiquer au moyen d’un fil de cuivre , la lame amalgamée se comporte comme le zine, et. l’autre comme le cuivre dans un couple voltaïque ordinaire. Aïnsi la lame de zinc amalgamé se conduit comme un métal plus vivement attaqué par l’eau acidulée que le zinc ordinaire.

Ce qui distingue les effets produits dans l’eau acidulée par une lame de zinc amalgamé en relation avec une lame de cuivre ou autre, de ceux qui ont lieu avec une lame de zinc et une lame de cuivre , c’est que l’action chimique , d'ordinaire violente et intense sur le zinc, est tranquille et uniforme sur les lames de zinc amalgamé. En outre, les pouvoirs électriques sont plus fortement exaltés.

Mais d’où peuvent donc provenir les propriétés du zinc amalgamé? Jusqu'à présent on n’a pu répondre d’une manière parfaitement satisfaisante à cette question. Cette différence a été attribuée à la présence du fer, du cadmium , qui sé trouvent dans le zinc impur, lesquels constituent autant de couples voltaiques; il résulte de cette multiplicité d'actions qu’il y a beaucoup de zinc détruit, et que l'hydrogène se dégage en apparence sur la surface, bien qu’en réalité ce dégagement n’ait lieu qu’à la surface des particules métalliques étrangères : on conclut évidemment de là que ces particules servent en même-temps à décharger l’électricité du zinc, et diminuent ainsi le pouvoir qu’a ce métal de produire un courant électrique, ce qui fait que l’intensité du courant qui passe dans le circuit métallique se trouve beaucoup affaiblie. En amalgamant la surface de zinc, on amène cette surface dans une condition uniforme qui détruit l’action des petits couples voltaïques. La difficulté est d’expliquer pourquoi la présente du mercure s’oppose à ce que le zinc soit attaqué tant qu’on ne le touche pas avec un fil de cuivre ou de

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platine. Tout ce que l’on peut dire à cet égard, c’est que, la surface du zinc étant partout recouverte de mercure, une partie ne peut agir comme déchargeur vis-à-vis de l’autre; dès lors l’action chimique est suspendue. Un fait vient à l’appui de cette manière de voir, c’est que le zinc pur se comporte à peu près comme le zinc amalgamé dans l’eau acidulée.

Deux avantages importants résultent de l'emploi de zinc amalgamé. Le premier est que l'équivalent d'électricité s’obtient par l'oxydation d’une certaine quantité de zinc; on verra dans le tome IT que l’on nomme équivalent d'électricité celui qui donne par décomposition un équivalent d'un composé chimique. Le second avantage est que le zinc n’est pas ou est peu attaqué, quand le circuit n’est pas fermé : nous disons peu attaqué, car, dans l’eau acidulée, il ñ’y a peut-être avec le zinc amalgamé qu’une action chimique faible. En outre de ces avantages, lors de l’action de l’eau acidulée le zinc seul est attaqué , le mercure ne l’étant pas, et la dépense en métal est par cela même moindre qu'avec du zinc ordinaire , puisqu’une même quantité de zinc amalgamé produit un plus fort courant que le zinc ordinaire.

Dépolarisation de l’électrode négative du couple. Dans les couples ordinaires, le cuivre qui sert de pôle négatif se polarise en se couvrant d'hydrogène, et de là résulte une augmentation de résistance et une diminution dans l'intensité des couples (voir page 201). Si la polarisation est constante, le couple peut conserver à peu près la même force, mais n’a pas le maximum d’effet. On a conseillé de substituer au cuivre, du cuivre platiné ou du platine platiné , qui, étant couvert d’une poudre noire de platine, permet au gaz hydrogène de se dégager. On forme ainsi un couple constant, mais ne donnant pas le maximum d'effet en raison de la ‘ause que nous venons d'indiquer (couple de M. Smée). Il en est de même des autres dispositions analogues proposées pour laisser dégager l'hydrogène provenant de la décomposition de l’eau sans labsorber.

On est conduit alors à plonger le conducteur négatif dans un autre liquide que celui qui attaque le zinc, liquide qui, par sa décomposition lors du passage du courant, empêche le dégagement de gaz hydrogène , ce gaz étant employé ou à réduire un sel métallique, ou bien à désoxyder une combinaison chimique, ainsi que cela a été dit page 199. On a alors les couples à deux liquides. Ce sont ces couples que l’un de nous, avant qu’on fit usage des cou-

ples à courant constant, a formés en 1829 et 1830, pour la reproduction de certaines substances minérales ; quelques-uns peuvent fonctionner sans altération sensible pendant des mois, des années : nous en donnerons la description en traitant de l’électro-chimie (*).

Nous allons citer quelques-uns des couples en usage; ensuite nous indiquerons les tentatives que l’on a faites pour les améliorer, et les conditions à remplir pour augmenter leurs effets.

Couple à oxygène. Il repose sur les principes exposés précédemment, et montre l’action produite par la réaction des deux dissolutions l’une sur Pautre (Becquerel). On a déjà vu, page 489, un moyen d'observer le dégagement de l'électricité lors de la réaction de l'acide azotique et de la potasse; mais, pour avoir des effets plus énergiques, on peut disposer le couple comme il suit :

Il est composé de deux bocaux en verre, dont l’un renferme une solution de potasse caustique concentré, et l’autre de l’acide nitrique également concentré. Les deux vases communiquent ensemble par l'intermédiaire d’un tube de verre recourbé rempli de kaolin ou d’argile exempte de carbonate de chaux, et humectée d’une solution de sel marin. Dans le bocal où se trouve l’alcali plonge une lame d’or; dans l’autre, une lame d'or ou de platine. Si l’on meten communication les deux lames au moyen de fils d’or ou de platine, on a un courant assez énergique provenant de la réaction de l'acide sur l’eau et le sel marin d’une part, de la potasse de l’autre sur l'eau et le sel marin. La direction du courant montre que la lame plongée dans Palcali prend l'électricité négative, et la lame plongée dans l’acide Pélectricité positive; la permanence dans l'intensité du courant pendant plusieurs jours annonce que les surfaces des lames ne sont point polarisées; il est facile, en effet, de le prouver. Pendant que cet appareil fonctionne, le nitrate de potasse qui se forme à chaque instant est décomposé par l’action du

courant; l'acide est transporté au pôle positif, qui est la lame plongeant dans la potasse, tandis que celle-ci est transportée sur la lame négative qui plonge dans l’acide. Or lacide et l’alcali transportés, se trouvant en contact d’un côté avec la potasse , de l’autre avée un acide, se combinent immédiatement avec les liquides environnants, de sorte que les lames sont toujours parfaitement décapées; dès lors il ne peut y avoir aucun effet secondaire. Le courant ne diminue d'intensité que lorsque le nitrate de potasse qui se

(*) Annales de physique et de chimie, t. XL, p. 1 et suiv. (1829).

forme peu à peu cristallise en assez grande quantité dans le tube de communication pour interrompre la circulation du courant ; dans ce cas, il faut changer l’argile, inconvénient que l’on évite en disposant l'appareil de la manière suivante :

Le tube intermédiaire est formé d’un tube de verre BB'; ses

Fig. 72, deux bouts entrent avec frottement dans deux tubes recourbés en platine, comme l'indique la figure 72, dont les extrémités libres plongent dans les liquides. Sur les tubes en platine E, E’ se trouvent deux petits ap-

= pendices servant à établir la communication avec un galvanomètre, un voltamètre ou tout autre appareil : les deux extrémités du tube ne renferment qu’une petite quantité d'argile retenue au moyen d'une lame très-mince de platine, et percée de trous pour laisser passer le courant. Le reste du tube est rempli d’eau salée qu’on peut changer à volonté.

Si l’on veut donner plus d'énergie à l’appareil simple que nous avons décrit avant le modèle représenté figure 72, on substitue à la lame d’or qui se trouve dans la potasse, une lame de zinc amalgamé qui, étant attaquée par la solution de potasse, produit un courant dirigé dans le même sens que celui provenant de la réaction de l’acide sur l’alcali, d’où résulte un courant unique d'une intensité plus grande que celle qui provient de chacun d’eux.

Ce couple, fondé sur action mutuelle de deux dissolutions, peut servir dans des recherches scientifiques; on a vu précédemment, page 188, que son nom de couple à oxygène lui a été donné à cause du dégagement de l'oxygène sur la lame formée d’un métal inoxydable plongeant dans la potasse.

Les dispositions que nous allons indiquer permettent d'obtenir des couples à courant constant qui sont aujourd'hui généralement adoptées suivant le but que l’on se propose.

Couples à sulfate de cuivre dans la cloison négative. M. Daniell, d’après les principes exposés précédemment , et qui se déduisent des expériences faites avec l'appareil à cloison décrit page 99, a donné au couple la disposition suivante :

son centre. Au fond est une portion de cylindre ab plus grande que l’ouverture, sur laquelle s’attache fortement une portion d’intestin de bœuf, qui s'attache aussi en EF correspondant à ab. Cette portion d’intestin forme un cylindre creux dans lequel plonge un morceau de zinc amalgamé cd. Alors, si l’on emploie différents couples, le cuivre AB, qui est une des lames du couple, est mis en rapport avec le zinc d’un autre couple, et l’on.peut ainsi former une pile. A louverture inférieure placée au centre de ab se trouve un tube en siphon ef recourbé en g, de telle sorte que, si on ajoute du liquide en EF dans le cylindre formé par l'intestin, il en coulera autant par g, si l’intérieur du sac membraneux est déjà rempli.

M. Daniell emploie, pour liquides, de l’eau acidulée par l'acide sulfurique dans la case zinc, et une solution saturée de sulfate de cuivre à l’extérieur du sac membraneux. Seulement l’eau acidulée tombe goutte à goutte dans la case zine, et, à mesure qu’elle tombe, elle chasse dans le siphon l’eau acidulée chargée de sulfate de zinc, qui est plus pesante et qui diminuerait l’action de la pile. Des morceaux de sulfate de cuivre placés dans la solution de sulfate saturent cette solution au fur et à mesure que le sulfate dissous se décompose. Les couples ont 17 centimètres de hauteur sur 10 centimètres de diamètre, et l'intensité de l’action chimique reste sensi-

. blement la même pendant plusieurs heures.

Un des avantages de cette pile et des piles analogues est qu’elle ne fonctionne pas quand le circuit est interrompu (voir zinc amalgamé, page 220) ; mais à peine est-il établi, le sulfate est décomposé , l'acide sulfurique se porte sur le zinc et concourt à produire le courant électrique, tandis que l'hydrogène de l’eau décomposée réduit le cuivre du sulfate sur la surface du cuivre du cylindre extérieur. Le courant électrique résulte donc , 1° de l’action de l’eau acidulée sur le zinc; 2 de l’action de l’acide sulfurique du sulfate de cuivre sur le même métal; 3° de l’action des deux dissolutions

l'une sur l’autre. Cette dernière étant la plus faible, le zine se trouve être le pôle positif du couple. Dans ce couple la polarisation est détruite, puisque l’électrode négative, le cuivre, se couvre de cuivre et reste identique à elle-même, l'hydrogène provenant de la décomposition de l’eau étant alors absorbé; sur le zine, Poxygène est employé à oxyder le métal.

On peut donner à ces couples la disposition suivante, qui présente de très-bons résultats :

Fig, 74. On dispose une auge en cuivre AB (fig. 74), munie de deux appendices creux ab, ab en biseau, communiquant avec l’intérieur de lauge par plusieurs ouvertures, et remplis de cristaux de sulfate de cuivre. Une lame de zinc amalgamé MN est placée dans un sac en toile à voile; en Get D sont soudés deux appendices de cuivre destinés à transmettre l'électricité développée. Dans l’auge AB, on verse une —— dissolution de sulfate de cuivre, et dans le sac servant de diaphragme, de l’eau salée ; le zinc et son diaphragme sont ensuite placés dans l'auge. En fermant le circuit, on a alors un courant énergique. Cet appareil permet de recueillir beaucoup plus d'électricité dégagée, parce que chaque face de la lame de zinc est en présence d’une surface de cuivre; c’est donc une des meilleures dispositions que l’on puisse adopter. Si lon veut donner plus de force à l’action voltaïque, suivant les effets que lon se propose d'obtenir, on plonge l’auge dans de l'eau dont on élève la température. À 60° ou 80°, la réaction de l’eau salée sur le zinc est telle que Paction décomposante du couple est énergique. Une pile de dix éléments de 60 centimètres de hauteur sur 40 de largeur, ainsi montée, à une action puissante.

On ne peut employer cette disposition pour une action de longue durée, à moins de changerles dissolutions. Si l’on veutobtenir un courant persistant pendant plusieurs jours, rien n’est tel qu’une disposition permettant , à l’aide de siphons, de renouveler le liquide qui attaque le zine, afin d'enlever continuellement le sulfate de zinc formé. Quant au sulfate de cuivre, en le maintenant toujours saturé avec des cristaux de ce sel , il peut fournir à l’action pendant longtemps.

On emploie très-fréquemment, dans ces couples, des diaphragmes

en porcelaine dégourdie , en baudruche ou en vessie. On peut placer le zinc à l’intérieur ou à l'extérieur. Nous donnerons ci-après un exemple de chaque disposition.

Le couple représenté fig. 74 bis a le zine à l’extérieur. Un dia-

Fig bis. . phragme poreux P, en porcelaine dégourdie, est placé à l'intérieur d’un vase en verre ou en terre. Une lame de cuivre G est mise à l’intérieur du diaphragme; le zinc z est à l’extérieur. On verse une dissolution saturée de sulfate de cuivre dansle diaphragme, et de l’eau légèrement acidulée ou de Peau salée dans le vase où plonge le zinc, ou même mieux encore une dissolution de sulfate de zinc.

Une des causes du défaut de constance de ces couples est lincrustation des vases poreux; aussi, en employant comme liquide le sel marin et le sulfate de cuivre, cette incrustation s’opère rapidement ; il vaut mieux employer alors le sulfate de cuivre et le sulfate de soude. Si lon veut se servir du chlorure de sodium pour la case zne, le chlorure de cuivre est préférable au sulfate de cuivre dans la case cuivre, mais le prix en est plus élevé (Despretz). On doit également observer que les vasés poreux ont une résistance à la conductibilité assez grande; en augmentant donc la dimension des éléments, si on augmente l'épaisseur du diaphragme , l'intensité du couple s’aceroît peu. Il résulte de 1à que, toutes choses égales d’ailleurs, des couples montés avec des diaphragmes en toile à voile ou en vessie sont plus énergiques qu’avec des vases en porcelaine dégourdie.

Le couple représenté ci-contre est formé d’une enveloppe en

Fig. 75, cuivre cylindrique, munie d’un appendice d creux analogue à celui du couple (fig. 74). La dissolution de sulfate de cuivre est mise dans ce vase, et se trouve maintenue à saturation par les cristaux que lon place dans l'appendice. Un diaphragme en vessie sépare le cylindre en cuivre du cylindre en zinc plongeant dans de l’eau salée, ou dans la dissolution de sulfate de zine ou même dans de l’eau acidulée. Plus le zine est attaqué lentement, plus l'action du couple est faible.

Quand on se sert de vessie ou de baudruche, comme diaphragme, on peut placer simplement un cylindre creux de cuivre, lesté avec du sable, dans une poche formée avec la vessie. Le tout est plongé dans un vase de verre et entouré d’un cylindre creux de zinc amalgamé; la poche en vessie est remplie d’eau saturée de sulfate de cuivre, et l’on met des cristaux de ce sel à la partie supérieure du cylindre dans une espèce de galerie à jour; ces cristaux baignent dans la solution, et la saturent continuellement à mesure que le sulfate est décomposé. Dans la case ou se trouve le zinc, c’est-à-dire dans le vase en verre, on met de l’eau salée saturée,

D’après cette disposition, le zinc, au lieu d’être à l'intérieur, est placé à l’extérieur. Quelquefois il y a plus d'avantage à employer l’eau salée que l’eau acidulée ; l’action est un peu plus lente, mais aussi elle est constante pendant plus longtemps.

Lorsque les couples fonctionnent pendant longtemps, il se dépose du cuivre métallique sur le cuivre, et il est nécessaire de l’enlever. on a proposé d'employer, comme vases extérieurs de couples analogues à ceux de la figure 75, des vases en gutta-percha enduits intérieurement de plombagine. Cette surface intérieure se recouvre de cuivre au fur et à mesure que le couple fonctionne , et au bout d'un certain temps il suffit de fondre la gutta-percha pour retirer le cuivre déposé. On forme ensuite un nouveau vase, et l’on opère de même dans celui-ci.

Quand on n’a besoin que de couples de très-petite dimension, on peut en disposer de semblables aux précédents, mais en prenant des têtes de pipe comme diaphragmes poreux.

Plusieurs années avant que parüt la pile de M. Daniel], et ainsi qu’on l’a déjà dit plus haut, l’un de nous avait employé une disposition analogue pour la reproduction électro-chimique de certaines substances minérales, qui exigeait une action continue pendant un laps de temps plus ou moins considérable, et, comme on le verra dans le deuxième volume, le diaphragme était alors souvent formé par un tampon d’argile.

Nous nous bornerons à citer encore les dispositions suivantes, utilisées aujourd’hui dans les horloges électriques et la télégraphie.

La première est d’un emploi facile et d’un maniement très-simple. C’est un couple à sulfate de cuivre, dont le zinc extérieur Z est placé dans un vase en verre ou en terre A. Le vase en terre poreuse P porte une petite plaque en gutta-percha à la partie supérieure, plaque percée de trous afin de laisser passer le liquide du dia-

phragme au-dessus d’elle. On met de l'eau et quelques gouttes d’acide sulfurique pour commencer l’action dans la case zinc à l’extérieur du diaphragme ; dans l’intérieur on met également de l’eau et quelques cristaux de sulfate de cuivre au-dessus de la plaque de gutta-percha. Le conducteur positif est un simple fil de cuivre plongeant sur une étendue de quelques millimètres dans l’eau contenant un peu de sulfate de cuivre. Une pile formée

avec ces couples donne peu d'électricité, mais elle peut marcher pendant sept ou huit jours; au bout de ce temps, on remet un ou deux cristaux de sulfate de cuivre au-dessus de la gutta-percha, et on peut ainsi, sans toucher au zine ni changer les liquides, la faire fonctionner pendant plusieurs mois. Au fur et à mesure qu'elle fonctionne, le cuivre métallique provenant de la réduction du sulfate de cuivre se dépose au bout du fil; le dépôt s’allonge, et forme un cylindre de cuivre métallique que lon enlève après plusieurs mois; on plonge alors de nouveau le fil dans l’eau du vase poreux, et l’action continue comme auparavant.

Souvent on substitue au fil positif et à la plaque en gutta-percha un conducteur en cuivre formé d’une tige mince passant au milieu d’un disque qui plonge dans le liquide à l'intérieur du diaphragme, mais de façon à ce que ce disque occupe la partie supérieure de la colonne liquide ; ce disque remplace la plaque de gutta-percha, et sert à maintenir les cristaux de sulfate de cuivre qui se dissolvent continuellement dans le vase poreux. On les remplace avec facilité, et l’on enlève le cuivre déposé à leur partie inférieure. Quant aux autres parties du couple, savoir, le zinc extérieur, le vase et les liquides, ils sont les mêmes que dans l’appareil précédent.

Ces couples sont fort utilisés aujourd’hui pour les actions lentes, et remplacent avec avantage la pile de Bagration, qui sera indiquée plus loin.

Couples à acide azotique dans la cloison négative. Nous avons vu, à propos de la pile à oxygène, page 223, que l'acide azotique pouvait absorber l'hydrogène naissant, et par conséquent dépolariser les lames métalliques. M. Grove a basé sur ce principe le couple qui, modifié ainsi qu’on le verra plus loin, est le plus énergique de ceux qui sont employés aujourd'hui. Il se compose

de deux lames métalliques plongeant chacune dans un liquide différent, ces liquides étant séparés par un vase perméable en porcelaine dégourdie. O est le vase poreux ; P une lame de platine intérieure, Z le zinc extérieur plongeant dans le vase MM. On verse dans le vase poreux où se trouve le platine de lacide azotique du commerce, et dans l’autre de l’eau acidulée par l'acide sulfurique; on varie LL la force de l’eau acidulée depuis -L jusqu’à -L d’acide ; mais, dans ce dernier cas, il est nécessaire que le zine soit bien amalgamé, sans cela il serait promptement détérioré. Le zinc est attaqué par l'acide sulfurique, et prend l'électricité négative ; la lame de platine prend Pélectricité positive; l'hydrogène qui s’y transporte forme des composés azotés moins oxydés, et même de l’azotate d'ammoniaque.

Les couples construits de cette manière sont très-énergiques, en raison de la conductibilité des liquides qui les composent; mais ils consomment de l’acide azotique et produisent des vapeurs nitreuses incommodant les personnes qui s’en servent continuellement; ils exigent, en outre, des lames de platine; il est vrai que c’est une première mise de fonds, car ce métal ne se détériore pas.

M. Bunsen a substitué au platine des conducteurs en charbon; ces couples fonctionnent de la même manière, et sont aussi énergiques , quoique exigeant moins de frais de premier établissement. On les fait actuellement de diverses dimensions ; tantôt le zine est à l'extérieur, tantôt il est à l'intérieur.

La figure 78 indique un modèle de couple à zinc intérieur. Les cylindres en charbon sont formés d'un mélange de coke et de matières bitumineuses recuites ensemble; un collier en cuivre les serre , et est soudé au conducteur qui fournit l'électricité positive du couple. Le eylindre, ou mieux la plaque de zine amalgamé in-

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térieure est rivée simplement à une tige de cuivre bifurquée qui s’attache aux conducteurs des autres couples, et fournit l’électricité négative ; cette lame de zinc plonge dans uñ vase poreux ciréulaire. Quant au vase extérieur, il est en verre afin que l'acide azotique ne puisse l’attaquer. Un des inconvénients qui se présentent dans l'emploi de ces couples est la détérioration prompte des colliers en cuivre ; ils exigent aussi plus d’acide azotique que ceux dont la forme est représentée figure 78 bis, mais il ne se consomme toujours que la même quantité d'acide pour la même quantité d'électricité produite.

La figure ci-dessus indiquée représente une seconde lame de cuivre placée transversalement à la tige fixée au zinc; elle dépasse les bords du vase poreux, et s’oppose à ce que, la partie inférieure du zinc étant rongée, le conducteur ne s'enfonce dans l’eau acidulée de façon à ce que le cuivre baigne dans le liquide, Mais cette précaution est superflue quand on maintient le zine en bon état,

Le zinc doit toujours être bien amalgamé, et plongé dans de eau acidulée par l’acide sulfurique au 4. Quand à l'acide azotique, s’il a servi plusieurs fois, l'action va en s’affaiblissant.

Bret Die La figure 78 bis est un modèle de couple à zinc extérieur. Le vase qui le contient est en faïence, puisqu'il renferme seulement de l’eau acidulée. Le charbon placé à l’intérieur du vase poreux cylindrique est un morceau de charbon de cornue: plongeant dans l'acide azotique ; pour établir la communication entre ce charbon et les conducteurs destinés à transmettre le courant; on applique sur sa surface, à l'aide

——— d’une pince en cuivre, une lame de même métal bien décapée. Ge couple est jusqu’à présent le plus commode de ceux qui sont à charbon intérieur. Nous comparerons plus loin son intensité avec celle d’un couple à zine intérieur de même dimension.

La pile de six éléments indiquée ci-après représente une autre disposition de couples à zinc extérieur et à charbon intérieur. Seulement les charbons sont cylindriques, et ils ont une ouverture

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longitudinale qui les traverse dans leur partie centrale. Les conducteurs en cuivre sont terminés par un morceau de cuivre conique que Pon enfonce légèrement à la partie supérieure de ces ouvertures, afin d'établir les communications électriques.

Mais les couples à acide nitrique, chargés de cette manière, ne sont pas constants : leur intensité augmente pendant quelque temps après qu’ils ont été chargés ; elle atteint un maximum, puis elle diminue graduellement. Un système de siphons renouvelant les liquides peut seul maintenir l'intensité constante entre certaines limites. Ainsi, ces couples, quoique beaucoup plus énergiques que ceux à sulfate de cuivre, et en usage quand on produit des phénomènes de lumière, de chaleur, et en général les phénomènes qui exigent une grande quantité d'électricité, ne doivent pas être préférés à ceux-ci dans les recherches scientifiques et dans les opérations de galvanoplastie.

Il est possible d'imaginer d’autres dispositions que les précédentes , et qui en réalité reviennent à celles que nous venons de décrire; car la condition sine qua non de la construction d’une pile à courant constant est la séparation des deux lames qui forment le couple à l’aide d’une cloison perméable, et Pemploi de deux liquides différents dans lesquels plongent ces lames. En général, ces dispositions sont toutes bonnes; il suffit de choisir pour chaque série dexpériences que lon veut faire la pile qui convient le mieux, suivant l'intensité du courant, la quantité d'électricité dont on veut faire usage , et le temps pendant lequel on a besoin d’un courant constant en intensité.

On se sert également, dans certaines circonstances, de piles voltaïques à un seul liquide , dont nous n’avons pas parlé dans le li-

vre IT, mais que nous devons indiquer pour terminer la description des principales piles en usage ; nous allons en décrire quelques-unes. Voici la disposition donnée par M. Wheastone :

Fig. 80. On prend un vase enterre poreuse, à demi cuite, __-= pour qu'elle ne se délaye pas dans l’eau; on y verse Pamalgame liquide dezinc A, et on plonge ce vase dans un bocal plein d’une solution saturée de sulfate de cuivre; un fil de cuivre qui plonge dans l’amalgame communique l’électricité négative, tandis que l’électricité positive est transmise par une lame de cuivre plongeant dans le sulfate du même métal. C’est ici la réaction ‘ seule de l'acide sulfurique du sulfate sur le zinc de Éoslgatne qui produit le courant électrique. On peut employer à la place de l’amalgame de zinc différents amalgames, et en particulier celui de potassium.

M. Froment a fait usage de couples d’un emploi facile :

Fig. 80 bis.

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Chaque couple est formé d’un vase À contenant un diaphragme QQ' en terre poreuse, auquel est mastiqué un long tube en verre TT”. Un cylindre de zinc Z extérieur plonge dans une solution légère d’eau

acidulée. La même eau acidulée remplit en partie le diaphragme et le tube; une lame de plomb P, qui n’est pas attaquée par Peau faiblement acidulée, sert d’électrode négative et fournit l'électricité positive au dehors, Ge couple fonctionnerait ainsi comme un faible couple ordinaire, mais la dissolution extérieure de la case de zine se chargerait de sulfate de zinc. Le vase de Mariotte B; donnant un niveau constant m0 aû haut du tube TT’, fournit le liquide nécessaire pour renouveler la dissolution; ce liquide suinte au travers du vase poreux, en vertu d’un excès de pression, puis vient dans le vase À, Un siphon @be amène le liquide du fond du vase À dans un petit vase D, et; au fur et à mesure que le liquide s’infiltre au travers du vase poreux Q, une même portion de dissolution se rend dans le vase D avec le niveau constant x, puis tombe dans le vase extérieur G. Il résulte de là que le liquide du couple est toujours renouvelé, et que &est la portion de la dissolution chargée de sulfate de zinc dans le couple qui s'écoule au dehors.

M. le prince de Bagration a indiqué encore la construction de couples d’une action assez lente, et qui peuvent fonctionner pendant longtemps.

Fig. 80 ter. Dans. un vase en bois, en faïence, on place deux lames métalliques, lune de cuivre, lautre de zinc, mais qui ne se touchent pas. On remplit le vase de sable, et on humecte le tout avec une solution de chlorhydrate d’ammoniaque ; il suffit de verser de temps à autre de la dissolution dans le vase pour maintenir le courant électrique pendant des semaines et des mois; il dure jusqu’à la destruction du zinc.

On peut donner à ces couples des dimensions plus ou moins grandes (seaux, tonneaux, etc.) ; on multiplie les surfaces métalliques en plongeant plusieurs lames dans le même vase. On peut en outre former une pile de plusieurs éléments, et même de plusieurs éléments plongeant dans le même vase.

Ce dernier couple est aujourd’hui avantageusement remplacé par le couple à sulfate de cuivre en usage dans la télégraphie électrique et décrit p. 229.

Nous venons de décrire les principales piles en usage; mais, malgré les résultats auxquels on est arrivé, certaines applications de Pélectricité réclament des couples fournissant une très-grande

quantité d'électricité et au plus bas prix possible. On doit remarquer que, l'électricité de chaque couple provenant des actions chimiques intérieures, il faut chercher les corps qui coûtent le moins cher et dont les réactions s’opèrent dans les meilleures conditions de conductibilité. De là viennent les nombreuses tentatives faites pour substituer aux couples assez coûteux. qui précèdent d’autres couples, tentatives qui n’ont pas éncore été couronnées de succès, mais qui ne doivent pas arrêter les expérimentateurs engagés dans cette voie. Pour aider dans les recherches, nous nous occuperons des résultats obtenus dans les expériences entreprises pour trouver qu’elle est Pinfluence des différentes parties des couples à deux liquides sur le dégagement de Pélectricité, Nous parlerons successivement :

4° Des diaphragmes;

2° De la nature du métal attaqué et du liquide dans lequel il plonge ;

3° De la nature du conducteur négatif et du liquide dans lequel il plonge;

4 De la dimension des métaux ou des conducteurs;

>° De la grandeur des couples;

G° Du nombre des couples composant. la pile.

Des diaphragmes. La baudruche et la vessie sont les diaphragmes qui, en raison de leur peu d’épaisseur, opposent le moins de résistance à la transmission du courant; ils ne peuvent servir que dans les expériences de recherches, et encore quand les solutions ne sont ni acides ni alcalines, ou qu'elles ne renferment aucuns sels d’or, d'argent ou de platine, dont les oxydes sont réduits par les matières organiques; car alors les agents chimiques les détruisent promptement. La présence des métaux réduits sur leur surface présente des inconvénients dont il sera question ci-après.

Le cuir et la peau tannés à sec, c’est-à-dire sans apprêt avec les corps gras, ont à la vérité les mêmes inconvénients; mais, comme ils sont plus résistants, leur durée est plus grande. Le cuir doit être plongé pendant plusieurs jours dans l’eau, afin d'enlever toutes les matières organiques solubles; quand il a séjourné dans l’eau salée; qu'il a été laissé à l’air et qu’on le fait servir de nouveau, il acquiert une densité telle que les courants ne passent plus. Cet effet est dû non-seulement à la cristallisation du sel marin dans les pores dü cuir, mais encore à Ja formation d’un composé que l’eau chaude ne saurait dissoudre. D’après cela, il faut, toutes les fois que les

diaphragmes ont été plongés dans l’eau salée, les remettre tremper dans Peau, afin d'éviter les effets signalés. On conçoit que l’on puisse donner de grandes dimensions à des diaphragmes de ce genre, en réunissant plusieurs peaux par une Couture à points serrés, et en goudronnant les points de suture. De semblables diaphragmes bien préparés tiennent longtemps le liquide sans perte sensible; le seul inconvénient est l’épaisseur souvent un peu forte du cuir. La peau chamoisée et la peau en général sont trop perméables au liquide. On ne peut les employer que dans le cas où les deux liquides possèdent un très-faible degré d’endosmose. Le cuir préparé avec des corps gras ne peut convenir, parce qu’il s’oppose au passage du courant.

La toile à voile est un des meilleurs diaphragmes, surtout avec des dissolutions neutres n’ayant qu’un faible degré d’endosmose, car le courant n’est pas sensiblement arrêté, et l’on peut enlever facilement les cristaux de sel résultant de la réaction des deux dissolutions lune sur Pautre. On peut donner aux diaphragmes de toile à voile la grandeur que l’on veut, ce qui est un avantage dans Pindustrie; la couture doit être faite avec un fil enduit de poix.

Les planches de sapin ou de tout autre bois fibreux à tissu lâche ne peuvent être employées que lorsqu'elles n’ont pas plus de deux à trois millimètres d'épaisseur; mais il faut encore avoir soin d’enlever la séve et les matières résineuses en plongeant le bois pendant longtemps dans de l’eau bouillante alcalisée; ces diaphragmes ne peuvent servir que dans des cas assez bornés, car ils finissent par se cambrer lorsqu'ils sèchent.

Le kaolin ou l’argile exempte de carbonate de chaux est, sans contredit, une matière qui offre des avantages pour former des diaphragmes, attendu que, dans les recherches scientifiques, Pon peut leur donner une épaisseur de plusieurs centimètres, pourvu toutefois que Pargile soit imbibée d’un liquide bon conducteur, et qu'elle ne soit pas trop fortement tassée. Ces diaphragmes présentent les effets suivants quand ils ont une certaine épaisseur: 1° les effets d’endosmose sont nuls; 2° le mélange des dissolutions est tellement retardé, qu'il se passe souvent plusieurs mois avant qu'il se soit effectué. Il en résulte cependant quelquefois un inconvénient dont il faut se garantir : lorsque deux dissolutions réagissent l'une sur l’autre par l’intermédiaire de l’argile, s’il se forme une combinaison hydratée, alors Pargile perd Veau qui servait à l’humecter, et acquiert une compacité telle, que le courant

DE L'ÉLECTRICITÉ. 237 finit par ne plus passer. C’est un motif pour placer dans le circuit une boussole destinée à faire connaître les variations du courant. Quand on reconnait que l'argile est devenue trop compacte, il faut l'enlever et la remplacer. On évite d'employer de largile qui renferme des carbonates, parce que, quand un des liquides est acide, il se produit un dégagement d'acide carbonique qui vient porter le trouble dans l'appareil.

La porcelaine dégourdie est employée actuellement avec de grands avantages; mais elle offre plus de résistance que la terre demi-cuite et les creusets : seulement il faut avoir soin de laver les diaphragmes de temps à autre, afin d’enlever les sels qui, en cristallisant dans l’intérieur, finissent par faire éclater les parois. Sa résistance à la conductibilité augmente beaucoup avec l'épaisseur ; si l’on pouvait avoir, surtout pour les piles à acide azotique, des diaphragmes assez solides, quoique peu épais, l'avantage que l’on en retirerait serait très-grand. On peut donner la même qualité aux creusets en leur faisant supporter un plus fort degré de cuisson.

Les creusets sont des diaphragmes très-commodes en raison de la facilité que l’on trouve à se les procurer; seulement, quand leurs parois sont trop épaisses, il faut diminuer cette épaisseur avec la lime.

Les diaphragmes en plâtre peuvent être employés, mais non avec des dissolutions renfermant de l'acide sulfurique libre, qui dissoudrait peu à peu le sulfate de chaux, en sorte que le diaphragme finirait par disparaitre.

Le papier ou carton goudronné perméable au liquide est un bon diaphragme facile à préparer; le goudron n’est employé que pour empêcher le carton de se délayer dans l’eau.

En général, toute substance perméable aux liquides, qui n’est pas attaquée ou délayée par eux, peut servir à établir des cloisons poreuses; mais elle ne doit pas renfermer de matières conductrices de l'électricité, car il en résulterait, par suite du passage du courant, autant de centres d'actions décomposantes. En effet, toutes les fois qu’un corps solide conducteur se trouve dans un liquide traversé par un courant, l’extrémité de ce corps qui regarde le pôle positif devient un pôle négatif, et l’autre extrémité un pôle positif, de sorte que le corps constitue un élément voltaïque qui, en réagissant sur le liquide ambiant, opère la décomposition des substances qu'il tient en solution. Il faut éviter, d’après cela, que les diaphragmes ne contiennent du charbon, des pyrites et autres subs-

tances métalliques : c'est à cause de la présence de ces matières dans l'argile que des décompositions électro-chimiques s’opèrent quelquefois dans la croûte du globe. Les substances organiques ne présentent pas cet inconvénient, car elles ne sont conductrices que lorsqu'elles sont mouillées; néanmoins, quand quelques-unes de leurs parties sont très-denses , elles peuvent servir d'éléments décomposants.

Nature du métal attaqué et du liquide dans lequel il plonge habituellement. On fait usage de zine parce qu’il s'attaque vivement dans l'eau acidulée par l'acide sulfurique et donne un produit très-soluble; un métal moins coûteux s’attaquant aussi vivement donnerait les mêmes effets. Le cadmium se comporte de même que le zinc; mais ce métal est rare, et il ne faut pas songer à son emploi.

On a pensé à utiliser la fonte et le fer comme métaux altérables. Mais ils s’attaquent mal dans l’eau acidulée, ne s'amalgament pas, et jusqu'ici on y a renoncé. Il est facile de montrer du reste que l’action électro-chimique du zinc est supérieure à celle du fer dans l’eau acidulée par lacide sulfurique ; si l’on plonge dans ee liquide deux lames, l’une de zinc, l’autre de fer, il en résulte un couple dans lequel le fer prend l'électricité positive, comme

le ferait une lame de cuivre ou de platine, mais moins énergique- :

ment.

On a proposé aussi de remplir un vase poreux de débris de zinc amalgamé:, afin d'utiliser ces débris, et de s’en servir comme de lame positive ; il est préférable de les mélanger avec du mercure, et d’en faire une pile à amalgame liquide, analogue à celle qui est représentée figure 80, page 233.

On emploie assez généralement, pour liquide conducteur, de l’eau acidulée par l'acide sulfurique ; on pourrait utiliser également l'acide chlorhydrique. Dans la pile à sulfate de cuivre , comme l’acide sulfurique provenant du sulfate de cuivre peut attaquer le zinc, on a besoin d'employer seulement un liquide bon conducteur; on peut donc se servir, comme on l’a vu, d’eau salée, d’une dissolution de sulfate de zinc, de sulfate de soude, etc.

Nature du conducteur négatif et du liquide dans lequel il plonge. On à vu que Pénergie des couples dépend de la non-polarisation du conducteur négatif, et qu’il est nécessaire d’enlever le gaz hydrogène provenant de la décomposition de l’eau et qui s’y transporte continuellement, Nous avons dit que le sulfate de cuivre était généralement en usage, mais on pourrait aussi bien employer des sels métal-

liques réductibles; dans ce cas, les meilleurs conducteurs donneraient les meilleurs effets : si l’on pouvait, par exemple, faire usage de chlorure de platine, on aurait une pile très-puissante ; mais on doit y renoncer, en raison du prix élevé de ce métal.

L’acide azotique, comme on l’a vu, produit des actions très-énergiques, mais les vapeurs qui s’en émanent et son prix élevé font que cette pile est d’un emploi coûteux. On a tenté de le remplacer par une dissolution oxydante, Parmi.celles qu’on a proposées, nous citerons la dissolution de bichromate de potasse, dont on pourrait tirer très-bon parti. D’après M. Poggendorf, en prenant trois: parties de bichromate de potasse, quatre d'acide sulfurique et dix-huit d’eau, on a dans les piles de Grove ou de Bunsen un effet aussi énergique qu’avee Pacide azotique ; il se forme un alun de chrome dans la dissolution après la réduction complète de Pacide chromique. On pourrait alors, en reprenant les résidus, reformer du bichromate de potasse et ne pas perdre le sel de chrome.

Le conducteur négatif qui plonge dans ces liquides ne joue qu'un rôle passif; aussi peu importe que l'on ait du cuivre, du platine, du charbon selon les couples, pourvu que ce corps ne soit pas attaqué. L'énergie de la pile reste la même, quel que soit le conducteur, pourvu qu'il conduise bien. C’est pour cela que l’on n’a pas donné suite aux recherches de M. Schoenbein , qui proposait d’employer le fer inactif au lieu de charbon. On sait que le fer jouit de cette propriété remarquable de devenir inactif après avoir été plongé, sous certaines conditions, dans l'acide azotique; dans cet état, il peut fonctionner comme conducteur inoxydable. Ce résultat scientifique est fort curieux, mais il n’y a aucun avantage à lutiliser ici.

Si lon avait un corps solide qui fût relativement à l'hydrogène ce que le zinc est par rapport à l'oxygène, on formerait un couple d’une grande puissance. On a dù songer dès lors à utiliser les peroxydes métalliques qui, en couche mince, sont conducteurs de l'électricité. M. Delarive a montré qu’en tassant du peroxyde de plomb dans un diaphragme autour d’une lame de platine , l'hydrogène était absorbé, et il résultait un couple à un seul liquide, l’eau acidulée, lequel était aussi énergique que ceux dont il a été question précédemment.

Le peroxyde de manganèse pourrait servir également; mais, plongé dans une dissolution d’eau acidulée, il faut élever la température pour que la réaction se manifeste, car il est nécessaire d'amener le mélange près de Pétat où l’oxygène doit commencer à

se dégager. D’après M. F. Leroux, l’action est assez énergique entre 70° et 80°, et ce n’est qu’en portant les couples à cette température que l'on pourrait se passer d'acide azotique. Il en est de même des couples à chlore, que l’on pourrait former en remplaçant l’acide azotique par une mélange d’acide chlorhydrique et de peroxyde de manganèse; une fois le chlore qui se produit dans les premiers instants dégagé, il faut chauffer vers 35°, pour que ce mélange dépolarise le condueteur négatif, et absorbe hydrogène que le courant du couple transporte sur le conducteur négatif, charbon ou platine. Cette élévation de température , comme on le sait, est un obstacle à l'emploi usuel de ces couples (F. Leroux).

Nous devons également placer ici quelques observations relatives à l'intervention de l'oxygène de l’air sur les couples voltaïques. Dès les premiers temps de la découverte de la pile, on s’aperçut que les couples ordinaires plongés dans l'air absorbaïent de l'oxygène et que le courant tendait à s’arrêter quand il ne restait plus que de l'azote. Mais il résulte des observations récentes de M. Viard que l’effet est dû , non pas à l’action de l'oxygène sur le zinc, mais à une action analogue à celle qui se produit dans la pile à gaz (voir page 204) ; l’oxygène agit sur l'hydrogène de la lame négative pour la dépolariser. Dans les couples semblables à ceux de Volta, de Wollaston , l’action de l'oxygène est appréciable; dans ceux où la force électro-motrice est très-considérable , elle est nulle ; en effet, dans ce cas, la dépolarisation est effectuée dans les couples euxmêmes par d’autres substances que par l'oxygène.

Dimensions des éléments. Dans les couples dont il a été question, nous avons supposé que l'étendue des conducteurs était à peu près la même ; mais leur étendue comparative peut avoir de l’influence, et, d’après Wollaston, l’étendue de la surface du cuivre ou négative devrait être double de celle du zinc ou du métal attaqué. Il serait à désirer que de nouvelles recherches fussent faites dans cette direction.

Quant à la grandeur des couples et à leur nombre pour former des piles, on ne pourra bien comprendre les résultats des observations faites jusqu'ici qu'après avoir indiqué les lois suivant lesquelles l’intensité augmente. Nous dirons, pour l'instant, que lorsqu'on a un long circuit à. faire parcourir à l'électricité, l’étendue du couple n’y est pour rien ; il faut un grand nombre d’éléments, car alors la tension électrique de la pile croit avec le nombre des éléments. Ainsi la tension s’obtient par le nombre des couples.

Quand on veut augmenter la quantité d'électricité produite parune pile, et obtenir de grandes étincelles, une forte chaleur, il faut augmenter la grandeur de chaque couple. La quantité d'électricité s’obtient par l'étendue des couples.

Théorie des piles voltaïques. 11 existe deux théories fondées sur des bases tout à fait différentes et à l’aide desquelles on a voulu expliquer tous les phénomènes relatifs à la production de lélectricité dans les piles voltaïques. L’une repose sur un principe métaphysique, savoir les effets électriques produits au contact des corps, abstraction faite de toute influence chimique : principe dont l’existence ne saurait être constatée d'une manière exempte de toute objection ; autre s’appuie sur les efféts électriques produits dans les actions chimiques dont l’existence ne peut être mise en doute et que nous avons adoptée dans cet ouvrage. Nous allons montrer comment cette dernière théorie conduit à la formule de la pile voltaïque donnée pour la première fois par M. Ohm en 1827, démontrée par M. Pouillet à l’aide d’expériences faites avec les courants thermo-électriques, et vérifiée par les travaux exécutés depuis cette époque, comme on va le voir ci-après (Fechner, Jacoby, Lenz, Poggendorf, Wheastone, Daniell, Delarive , Despretz, Becquerel, E. Becquerel , etc...).

On sait que, lorsque les deux électricités sont séparées l’une de l’autre par le seul fait d’une action chimique entre deux corps, elles tendent toujours à se recomposer directement sur la surface de contact pour former de l’électricité naturelle, sauf un léger excès qui reste à l’état de liberté, ou plutôt à l’état d'équilibre sur chacune des deux surfaces d’action : le corps qui se comporte comme acide rend libre de l'électricité positive ; celui qui se comporte comme alcali, de l'électricité négative. Si les deux corps sont mis en communication par l'intermédiaire âe conducteurs, la recomposition s'effectue au moyen de ces derniers. Gette recomposition s'opère suivant la tension des deux électricités, la nature et la conductibilité des conducteurs; la très-petite quantité quireste libre sur chacun des corps en présence, quand le circuit n’est pas fermé, constitue sa tension. C'est cette quantité qui échappe à la recomposition pendant le temps que s’effectue le dégagement de lélectricité. On arrive ainsi à une limite qui est constante tant que les conditions de Factiôn chimique ne sont pas changées.

Il se passe des effets semblables dans une pile composée de laréunion de plusieurs couples; car, lorsque les deux électricités se dé-

RE du LE gt ARS ge En = ALT É DETRMLSEIT EE GR I — —

gagont dans les réactions chimiques et qu’elles sont à l’état de liberté, elles se répandent immédiatement, du moins les quantités libres, dans les corps qui communiquent entre eux, sans perte sensible ; le phénomène se passe donc comme si à instant de ce dégagement il y avait une force d’impulsion chassant au loin les deux électricités qui jouissent alors chacune dés propriétés que nous leur Connaissons, c’est-à-dire qu'elles tendent à former de l'électricité naturelle en suivant tous lés conducteurs qui se présentent sur leur passage.

La force en vertu de laquelle ce dégagement d'électricité a lieu a recu le nom de force électro-motrice dans la théorie du contact. Nous nous servirons de cette dénomination qui a été généralement adoptée, mais en n’y attachant pas la même signification. Nous entendons par force électro-motrice cette force en vertu de laquelle deux corps en contact se constituent dans deux états électriques différents par les actions des affinités, de la chaleur, etc.

Formule des piles voltaïiques. Supposons que, dans un couple à courant constant, on désigne par E l’exès de tension des électricités résultant des quantités qui restent en présence quand le circuit est ouvert, c’est-à-dire la force électro-motrice du couple; quand on fermera le circuit, la circulation de l'électricité aura lieu en raison de E et de —E. Or, la quantité qui passera dans un temps donné dans le circuit, ét qui constitue l'intensité du courant, dépendra de sa résistance à la conductibilité et sera en raison inverse de cette résistance. Si on désigne l'intensité du courant par I, et la résistance du courant par R, on aura :

(Die R

R est aussi ce qu’on appelle la longueur réduite du couple, c’està-dire la longueur dun fil métallique normal équivalent en conductibilité au circuit. (Voir page 78 et suivantes.)

Si, au lieu d’un couple, on considère une pile formée de » éléments, les effets seront les mêmes, la résistance totale sera »R ; l'excès de tension électrique sera »E, d’après ce que l’on a dit plus haut, et on aura pour l'intensité du courant :

Qi nR

Telle est la formule fondamentale des piles voltaïques. On l’exprime en disant: «L’intensité d’un courant électrique dans une « pile voltaïque est égale à la somme des forces électro-motrices « développées dans chaque couple, divisée par la somme des résis-

« tances de ces couples. » On doït entendre par somme des forces électro-motrices celle qui résulte de l’ensemble de toutes les réactions chimiques qui s’opèrent quand le circuit de la pile est fermé.

Si lon joint les deux pôles d'une pile de x éléments par un fil ou un conducteur d’une résistance 7, la résistance du circuit augmentera et sera »R 7; alors l’intensité du courant diminuera comme on l’a vu page 79, et on aura (*) :

Bee nR +7r

Si l'on cherche à vérifier cette formule par l'expérience, et à déterminer par l'interposition d’un rhéostat, les valeurs de R et de E, en faisant varier les intensités du courant, on ne trouve pas des nombres parfaitement constants, ou, en d’autres termes, la force électro-motrice et la résistance de chaque couple ne sont pas des quantités constantes. Il est facile de se rendre compte des variations que l’on observe : on a dit, pages 102 et suivantes, que lorsqu'un courant traverse un circuit mixte composé de métaux et de liquides, le coefficient de résistance de ce circuit ne peut être considéré comme constant dans le cours d’une expérience, et qu’il se produit aux changements de conducteurs une résistance due non-seulément au passage du courant dans un sens ou dans l’autre, mais encore à la polarisation des lames; la résistance totale qui en résulte, et qui porte le nom de perte au passage, est fonction de lintensité du courant et ne peut être évaluée approximativement que par une formule d'interpolation. Or, quand on fait varier la longueur du circuit r qui entre dans lexpression de l'intensité du couple, l'intensité du courant I diminue, et, les résistances au passage étant modifiées, les autres termes doivent en être affectés ; ils ne peuvent donc pas être considérés comme constants.

(*) Les valeurs R et > sont ce que nous avons appelé, page 80, les résistances relatives que les corps présentent au passage de l'électricité. Quand on les détermine à l’aide des formules précédentes, on obtient les coefficients de résistance, ou bien les résistances comparées à celles du fil normal dont on fait usage, et cela indépendamment de l’intensité du courant. Quant aux résistances absolues que les conducteurs présentent au passage de l’électricité, elles sont fonction de l'intensité du courant, et, par analogie avec les effets observés dans les autres phénomènes physiques, on peut les considérer comme proportionnelles au carré de l’intensité du courant. Mais dans les déterminalions numériques comparées, ct ainsi que nous l'avons fait dans le livre 11, cette considération n’est pas nécessaire à introduire, ét on se borne à représenter les rapports des résistances comme constants pour les inêmes substances, indépendamment de l'intensité du courant.

+ a LES AS RE ne 7

us

Ainsi la formule précédente ne doit pas être regardée comme l'expression exacte de la loi du dégagement de l'électricité dans la pile voltaïique, à moins d’y introduire les quantités dont il vient d’être question. Dans le cas des piles thermo-électriques et de circuits tout métalliques, cette loi s'éloigne peu de la vérité, les pertes au passage étant peu appréciables devant les résistances des conducteurs. Maïs avec des piles formées de circuits mixtes liquides et solides, et surtout avec les piles qui ne sont pas constantes, quand on fait varier l'intensité du courant dans de grandes limites, les valeurs de E et de R ne restent pas les mêmes.

D’après ce que lon a vu page 105, si l’on ajoute à la résistance

Le : L BAC ; du circuit r une expression de la forme TE la formule que l'on

en déduira représentera les déterminations numériques entre les limites des expériences; on trouve alors en introduisant cette expression à la suite de dans la formule (3), et en réduisant :

nE—B+ ê QU nR+r Le terme à est toujours plus petit que B, mais n’est pas négli-

geable. On voit que les termes qui proviennent de l'introduction des résistances au passage, dans le calcul, remontent au numérateur de la formule, et peuvent être considérés comme diminuant la force électro-motrice de la pile. On peut donc les considérer comme des forces électro-motrices produites aux changements des conducteurs.

Quelquefois on fait entrer dans l’expression de la formule l’étendue des plaques métalliques des couples, l'épaisseur des dissolutions, des diaphragmes qui les séparent, etc. ; mais, d’après ce que nous venons de voir, on ne peut obtenir une formule exacte, en raison des variations qui se produisent à la surface des conducteurs. On doit se borner aux indications que nous avons données.

Supposons que lon considère la formule (3) comme lexpression approchée de la loi du dégagement de l'électricité dans les piles voltaïques ; on en déduit facilement plusieurs conséquences importantes :

1° Un couple est d'autant plus énergique que sa force électromotrice est plus grande et que sa résistance est moindre. Aïnsi en cherchant les conditions dans lesquelles ces deux quantités peuvent être augmentées ou diminuées, on obtiendra des piles plus énergiques.

2 Un couple donne autant d'électricité qu’une pile d’un nombre

n d'éléments quand il n’y pas de résistance additionnelle. En effet, :

les formules (1) et (2) donnent la même valeur. pour I.

3° Si la résistance additionnelle » croît proportionnellement au nombre des éléments que l’on ajoute, alors l'intensité électrique reste la même, quel que soit le nombre de couples.

En effet, avec un couple on a I — ; avec x couples la ré-

E R—<+r sistance additionnelle étant nr par hypothèse, on aura, d’après la formule (3), 1 = RU , c’est-à-dire I — ee.

4 L’étendue d’un couple augmente /a quantité d'électricité , car dans la formule (1), quand le couple a une plus grande étendue, E est plus grand et R, la résistance, est plus petit.

5° Le nombre des éléments de la pile augmente /a tension, et

permet à électricité de franchir une plus grande résistance. On

peut mettre, en effet, la formule (3) sous la forme [I — ; on R+T

= Pa ss . L? , voit alors que, à mesure que » croit, — diminue, et l'intensité I augmente. 2

Courants dérivés. Lorsqu'on met en communication les deux extrémités d’une pile voltaique à l’aide de deux fils conducteurs, le courant se partage dans les deux fils en raison de leur conductibilité, c’est-à-dire en raison inverse des résistances ou de leurs longueurs réduites ; ainsi les résistances étant représentées par a et b, les quantités d’électricité qui passent par les deux fils sont entre elles comme à : « (Pouillet).

Il est facile de calculer l'intensité du courant qui traverse chaque fil. En effet, la réunion des deux fils rend la résistance additionnelle moindre, la quantité d’électricité qui circule dans la réunion

des deux fils est donc plus considérable; or, la résistance de ces deux

HSE ab fils réunis est

rs (*), et l'intensité sera dans tout le circuit et

dans chaque fil :

(*) On peut le démontrer comme il suit : Considérons un fil d’une même nature et d’une section variable, dont la longueur est Z, et la résistance sous l’unité de section et de longueur r. Les sections s et s’, nécessaires pour que les fils aient les résistances & et b, seront déterminées par les équations :

rl rl — — et b —-.

Or les deux fils réunis parallèlement , ayant même longueur, équivaudront à un fil

> he, Cp Es DE ge

246 CAUSES DU DÉGAGEMENT nE

ab , Aa à

Dans le fil dont la résistance est a, l' =

Dans le circuit total, I —

nEb nR (a+ 0) + ab?

nEa .

Dans le fil dont la résistance est b, [" — Tec ;

Et Ponal'+I"—1T,

Détermination de la force électro-motrice et de La résistance des couples voltaïques. La formule des piles voltaïques renfermant seulement l'intensité du courant, la force électro-motrice et les résistances du circuit, il semble facile de pouvoir en déduire les rapports des forces éléctro-motrices et des résistances des différents couples; aussi plusieurs physiciens se sont-ils occupés de cette détermination (Fechner, Wheastone, Joule, etc.). Mais, d’après les explications données plus haut, la formule (3) devant être modifiée pour représenter les intensités du courant quand on fait varier les résistances du circuit dans de grandes limites, les nombres que lon peut en déduire pour représenter E et R dans chaque couple ne doivent pas être constants. Il serait nécessaire que l’on püt indiquer dans chaque cas l'intensité du courant sur lequel on opère. Nous citerons néanmoins quelques-uns des résultats obtenus pour montrer entre quelles limites sont comprises les valeurs comparées des forces électro-motrices de différents couples.

M. Wheastone, en partant de la formule (3), a opéré comme il suit : soit deux couples dont les forces électro-motrices sont E, EF, et les résistances R et R’. On met dans chaque circuit successivement un galvanomètre et un rhéostat (voir page 80) capable de rendre plus grande à volonté la résistance en augmentant ou diminuant la longueur d’un fil normal. L’intensité du courant évaluée par la déviation de l'aiguille aimantée sera dans les deux cas :

a 1 Lbe = R+7 R'+r r et r' étant les résistances du fil de rhéostat interposé dans les deux circuits.

de même longueur et dont la section serait s + 5’, c’est-à-dire, d’après les deux équations précédentes r + LR la résistance de ce nouveau fil ou de la réunion des fils dont les résistances sont a et b est donc : ARS EOU ab CDN a nl a+v a b

Si l’on fait varier les résistances » et r’ de façon que les déviations de l'aiguille aimantée soient les mêmes, on aural=T', et de là: E __R+r E R'+7

r, comme ut déterminer avec le rhéostat les résistances Or, comme on peut déterminer avec le rhéostat le t R, R', et les résistances additionnelles r et r' comprenant le fil du

rhéostat et celui du galvanomètre, on aura le rapport F des forces électro-motrices de chaque couple.

M. Wheastone a préféré introduire dans chaque couple amené à donner la même déviation une nouvelle résistance additionnelle avec le rhéostat, afin que la déviation moindre qui en résulte soit encore la même pour les deux couples; il est facile de démontrer que les deux résistances additionnelles & et à introduites dans les deux circonstances sont également proportionnelles aux forces électro-motrices des couples.

Les nombres suivants sont exprimés en fonction du nombre de tours dont on tourne la roue du rhéostat et se rapportent aux couples dont la forme a été indiquée page 233.

Amalgame de zinc, sulfate de cuivre, cuivre.....,........,. 30 Id., acide sulfurique étendu, cuivre......... 1120

Id., chlorure de platine, platine............. 40

Id., acide sulfurique étendu, platine......... 97 Amalsame de potassium, sulfate de zinc, zinc,....... fs Ts) Id. sulfate de cuivre, cuivre.,..,.,.,.. 59

Id. chlorure de platine, platine. ...... 69

Amalgame de zinc, acide sulfur. étendu, peroxyde de plomb. 68 Id., de potassium, acide sulfurique étendu , peroxyde

CÉniilissoénanotoumpibssooréennetnne ‘98

Id., de zinc, acide sulfurique étendu, M lee de manganèse. ..... jo vas douce RARE Prato:

Id., de potassium, acide sulfurique étendu, enr de de manganèse.....,..... sc r0 56 bSHo Aonrasontit

Les résultats précédents groupés différemment montrent qu'avec trois métaux, la force électro-motrice due aux deux métaux extrémes est équivalente à la somme des forces électriques de deux éléments formés de métaux consécutifs ; en effet :

PR de EE RP PE | RE : SR

Amalgame de potassium, sulfate de zinc, amalgame de zinc. . 29 Id.,. de zinc, sulfate de cuivre, cuivre. ....... HP EOE 30

Id., de potassium, sulfate de cuivre, cuivre. (Somme). 59

Id., de potassium, sulfate de zinc, amalgame de zinc. 29 Id., de zinc, chlorure de platine, platine............ 40

Id., de potassium, chlorure de platine, platine (Somme). 69

M. J. Regnault a proposé une autre méthode pour faire cette détermination: il emploie une pile composée d’un nombre variable de couples à l’aide de laquelle il annule le courant électrique du couple dont il cherche le pouvoir électro-moteur en les opposant pôle à pôle et introduisant un galvanomètre dans le cireuit (*).

Nous donnons ci-après quelques déterminations faites avec des couples usuels en introduisant dans le circuit des fils métalliques d’un diamètre d’un millimètre, et variable de 0 à 100 mètres de longueur. Ces couples ont la forme de ceux qui ont été représentés page 231 (E. Becquerel) :

(*) Soit x le nombre de couples de résistance r el d’un pouvoir électro-moteur e employés pour produire le même effet. qu’un couple d’une résistance R et d’un pouvoir électro-moteur E. Comme l'intensité de chaque courant dirigé en sens inverse est, d’après la formule (3) :

ner pen Eise N'HR nr+

On aura ne— E. Donc le nombre x pourra servir à comparer la puissance électromotrice du couple.

Les couples pris pour unités sont des couples thermo-éleciriques et des couples à courants constants à deux liquides peu énergiques, sulfate de zinc, sulfate de cadmium, et ayant pour métaux le zinc et le cadmium.

Couples.

Zinc amalgamé.1:. ,..101 Annee Cuivres. séries UE } 165 HT Bredanseoetenttnnee Sulfate de cuivre.......... Zinc amalgamé...................... PIATINO Transmettre | : ; S0? HO Se 310 Acide sulfurique É 1%) of ss Acide azolique..........., | Amalgame liquide de po- 1 potassium) rise sta ÉASSINMS eee 150 mercure / 417 Chiorure de sodium....... ape Chlorure de platine. ....... ZINC AMAIZAINÉ eee Peroxyde de plomb en lames | galvaniques............ 466 c Hs SO ON RTÈE Hydrate de potasse............. .... Acide sulfurique 10 À |