MESURE DES QUANTITÉS D'ÉLECTRICITÉ EN MOUVEMENT
M. Pouilleta publié (i) un travail très important sur l'évaluation de la quantité d'électricité mise en mouvement dans un courant donné, et de la quantité d'électricité nécessaire pour décomposer un poids donné d'eau.
Quantité d*éiectricité des courants. — Lorsque l'intensité d'un courant reste constante, il est évident que la quantité d'électricité qui traverse un circuit donné est proportionnelle au temps pendant lequel le courant passe. Cela posé, soit V (Fig. 3U) un couple à courant constant. R est une roue de bois qu'on peut faire tourner sur son axe, au moyen de la manivelle M. La jante de la roue est recouverte d'une virole de cuivre dont une moitié rst pleine, et dont l'autre moitié e^t'découpée en un nombre; déterm né de dents. Ces dents sont toutes égales, et sont
(!) Comptes vendus de V Académie des sciences, \S31i t.îV, p. 787. II. 1)
séparées par des espaces vides de même largeur <iue les dents métalliques elles-mêmes. Une languette métallique / communique avec un des pôles du CQuple, et appuie constamment sur la partie découpée de la virole ; une seconde languette métallique /' communique avec l'autre pôle du
Fig. 314.
eoiiplej et correspond, par son extrémité libre, à la partie pleine de la virole. Soit, en outre, B une boussole des sinus placée dans le circuit.
Quand la roue R est ati repos, si la languette / appuio ^ur une, dent métallique, le Circuit est fermé, le courant passe et Taiguille de la boussole est déviée ; mais, si la lan-^ guette / repose sur le bois qui sépare deux dents consécutives, Id communication n'existe plus, le courant est inter-
MESURE DES QUANTITÉS ^'ÉLECTRICITÉ EN MOUX'EIIENT. là?
rompu, rélectricité ne passe pas, et raiguille de la boussole retombe à zéro.
Quand la roue R est en mouvement, l'extrémité libre de la languette métallique / correspond alternativement à une dent métallique et à un des espaces isolants placés entre ces dents ; par conséquent, le circuit est alternativement fermé et interrompu. D'ailleurs, puisque les dents métalliques et les espaces isolants qui les séparent ont la même largeur, tant que dure la .rotation de la roue le circuit reste alternativement fermé et interromim pendant des temps égaux.
Lorsque la roue est en mouvement, le circuit livre donc passage à une quantité d'électricité ^le seulement à la moitié de celle qui le traverserait, dans le même temps, s'il restait /èrme d^une manière permanente.
Soit ^l'angle de dé>iation de l'aiguille de la boussole Bj quand le circuit est fermé d'une manière permanente, Faisons tourner la roue, le circuit est alternativement fermé et interrompu, et le courant ne passe que d'une manière intermittente i Si la rotation est lente, ces alternatives sont traduites par des oscillations de l'aiguille aimantée, dont l'amplitude diminue à mesure que le mouvement s'accélère. Pour une certaine vitesse, l'aiguille cesse d'osciller et se maintient dans une position fixe d'écartemenl angulaire. A partir de cette limite inférieure, la déviation de l'aiguille reste comtante, quelque grande que devienne la vitesse de rotation. Soit rf' l'angle de déviation, quand la vitesse de rotation est assez grande pour que, sous l'influence du courant interrompu, l'aiguille de la boussole B prenne une position fixe, .
iZl8 ÉI^ECTRICITÉ DYNAMIQUE.
L'expérieace démontrç que jsin. d est double de sin. d\ c'est-à-dire que l'intensité du courant continu est double de celle du courant interrompu. Or, que le circuit reste fermé d'une mamère continue ou qu'il soit périodiquement interrompu, sa résistance et la force électromotrice du couple V conservent évidemment les mêmes valeurs. Cette supériorité du courant continu sur le courant inter* rompu doit donc provenir uniquement de la diminution que les interruptions successives du circuit font éprouver à la quantité d'électricité qui traverse l'ensemble du système.
De cette expérience, et d'observations de même nature faites avec des roues mobiles dans lesquelles la largeur des dents métalliques et l'étendue des espaces isolants avaient d'autres rapports, il résulte que :
1" La quantité d'électricité fournie, dans l'unité de temps, par un courant de force constante est proportionnelle à l'intensité de ce courant.
2" Le produit de l'intensité d'un courant de force constante par le temps pendant lequel il circule, est proportionnel à la quantité d'électricité fournie par le courant dans le même intervalle de temps.
QucmtUé d'éleetrlcité nécessaire pour décomposer
no gramme d'eau. — Dans le circuit d'une pile de force constante^ M. Pouillet a placé une boussole des sinus, et un voltamètre à eau acidulée avec de l'acide sulfurique. Dans ces expériences, il a pris successivement pour électrolytes des' dissolutions à divers degrés de concentration, et, dans chaque cas, il a laissé passer le courant pendant un temps suffisant pour que la quantité d'hydrogène dé-
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gagé restât la même. Dans chaque observation, Tintensité du courant était fournie par le sinus de l'angle de dévialion de Taiguille de la boussole, et le produit du tomps par rintensité était pris pour mesure de la quantité d'élec- Iricité qui traversait Télectrolyte. Or, malgré les variations qu'éprouve la résistance du circuit par le fait des variations dé composition de l'électrolyte, le produit du temps par l'intensité est resté constant. D'où il résulte que :
Quelles que soient l'intensité du courant et la composition de l'électrolyte employé, une même quantité d'électricité dynamique est toujours nécessaire et suffisante pour décomposer une même quantité d'eau.
M. Feuillet a pris, pour unité électrique^ la quantité (rélectricité fournie, en une minute^ par un couple bismuth pt cuivre^ dont les soudures sont maintenues l'une à zéro ot l'autre à 100", lorsque la résistance du circuit est rgale à celle (l'un fil de cuivre d'ww millimètre de diamètre et (le vingt mètres de longueur. En tenant compte , dans cliaciue expérience, de la résistance du circuit traversé par le courant, il est arrivé à cette conclusion reniar- (juable :
Dans tous les cas, la quantité d'électricité dynamiciuc nécessaire et suffisante pour décomposer un gramme d'eau est égale à 13 787 unités électriques.
nesare de r équivalent électrique. — \J équivalent électrique est la quantité d'électricité dynamique nécessaire pour décomposer un équivalent chimique d'eau. Si nous prenons un milligramme pour poids de l'équivalent chimique de l'hydrogène, Yéquivalent chimique de Veau
pèse nécessairement neuf milligrammes. Par conséquent, \ équivalent électrique est égal à :
OU 1 24 unités électriques.
Si maintenant nous nous reportons à ce que nous avons dit (tome I", page 519 et suiv.) des lois de Faction électrolytique définie des courants, nous pouvons les résumer dans cette formule générale :
Dans un électromoteur hydro-électrique en action, la dissolution d'un équivalent chimique du métal positif dans chaque couple produit un équivalent d^électricité dynamique ^ei cet équivalent électrique peut mettre en liberté un équivalent chimique de Télément négatif d'un électrolyte quelconque placé dans le circuit interpolaire.
Compci raison des piles bydro-électriqnes et des macbines électriques à plateau de verre. — M. Faraday (1)
a mesuré la quantité d'électricité statique nécessaire pour décomposer un poids donné d'eau. A cet effet, il s'est servi d'une batterie électrique composée de quinze jarres égales. Chaque jarre était assez grande pour que son armure extérieure et son armure intérieure eussent, l'une et l'autre, 184 pouces carrés anglais de surface. Cette batterie était chargée par trente tours de roue d'une forte et puissante machine à plateau de verre.
Il fallut 800 000 décharges de cette batterie pour opérer
(1) Expérimental Hesearches^ 1. 1, p. 84 , § 291 ; p. 253, § 800 et 861.
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la décomposition d'une quantité d*eau représentée par m grain anglais. Or,
1 pouce anglais vaut. . . . 2'^c»''n»-,53995
i gramme vaut i58«'oin»,432o (mesure anglaise).
Il en résulte que, pour décomposer un gramme d'eau, il faudrait toute Télectricité accumulée sur une bouteille dt» Leyde chargée au même degré de tension que la batteriîB de quinze jarres de M. Faraday, et dont chaque armure métallique aurait une surface do
21 964 430 mètres carrés.
Pour décomposer un équivalent ou neuf milligrammes d'eau, il faudrait donc toute Télectricité accumulée sur une bouteille de Leyde chargée au même degré de tension , et dont chaque armure aurait une surface de
OU 197 680 mètres carrés.
M. Becquerel (1) a appliqué une autre méthode expérimentale à l'examen de la môme question. Il résulte de ses recherches que, pour décomposer un équivalent ou neuf milligrammes d'esLXX^ il faudrait touterélectricité accumulée sur une bouteille de Leyde se déchargeant spontanément à ll'»'",28 de distance, et dont chaque armure aurait une surface de
180 571 mètres carrés.
M. Yerdet (2) a fait connaître les résultats des reclierclies
(1) Compt. rend, de VAcad, des se, 18i6, t. XXII, p. 400.
(2) Ann, de chim. et de phys , 3* sér., 1857, t. XLIX , noie de la page 118.
152 ÉLBCTRICITÉ IXYNAMiyUE.
entreprises, en 1853, par M. Ruff sur ce même sujet. I)*après ces expériences, pour décomposer un équivalent ou neuf milligrammes d'eau, il faudrait toute Télectricitô accumulée sur une bouteille de Leyde, qui se déchargerait spontanément par une étincelle produite entre deux boules de vingt-cinq millimètres de diamètre à une distancée de cent millimètres, et dont chaque armure aurait une surface de
H 370 mètres carrés.
En admettant que la charge d'un condensateur varie en raison directe de la distance explosive, cette évaluation do M. Buff porte à conclure que, pour décomposer un équivalent d'eau, il faudrait toute l'électricité accumulée sur une bouteille de Leyde se déchargeant spontanément à dix millimètres de distance, et dont chaque armure aurait une surface de
1 1 3 700 mètres carrés.
Ces recherches conduisent à trois évaluations diiférentes de la quantité d'électricité statique qui représente un équivalent d'électricité dynamique. En effet, un équivalent d'électricité dynamique serait égal :
1** D'après M. Faraday et dans les conditions de tension par lui définies, à la charge d'une bouteille de Leyde dont chaque armure aurait une surface de
197 680 mètres carrés.
2" D'après M. Becquerel, à la charge d'une bouteille do
MESURE DES QUANTITÉS D'ÉLSGTRICIIÉ EN &IOUVEMENT. 153
Leyde se déchargeant spontanément à une distance de 11""", 28, et dont chaque armure aurait une surface de
1 80 571 mètres carrés.
3* D'après M. Buff, à la charge d'une bouteille de Leydé se déchargeant spontanément à une distance de 10 millimètres, et dont chaque armure aurait une surface de
113 700 mètres carrds.
Les grandes différences qui existent entre ces trois évaluations de Yéquioalent d'électricité dynamique doivent être attribuées aux imperfections des méthodes employées. En effet, MM. Faraday, Becquerel et Buff ont pris, tous les trois, pour unité^ la quantité d'électricité accumulée sur une bouteille de Leyde dé grandeur donnée, soit quand la chaîne a été communiquée au condensateur par un certain nombre de tours de révolution du plateau d'une macliine, soit quand la tension est suffisante pour que la décharge s'effectue spontanément entre les deux armures à une distance connue. Mais la nature et l'épaisseur du verre des bouteilles de Leyde employées, le poli, le diamètre et la forme des surfaces entre lesquelles s'effectue la décharge, et beaucoup d'autres circonstances impossibles à définir exactement, influent sur la quantité d'électricité fixée par le condensateur. 11 n'est donc pas permis d'admettre que Xunité choisie par chaque observateur soit restée rigoureusement la même pendant toute la durée des expériences; à plus forte raison, ne devons-nous pas considérer, comme comparables , les trois unités qui servent II. 9.
de base à ces trois évaluations de Y équivalent d'électricité dynamique.
Mais, si les résultats précédents ne donnent pas une évaluation exacte de Y équivalent d'électricité dynamique, ils suffisent pour montrer combien la quantité d'électricité fournie, dans un temps donné, par une machine à plateau de verre, est faible en comparaison de celle qui, dans le même temps, traverse le circuit d'une pile hydro-électrique.
Ce dernier fait est rendu bien plus évident encore par les mesures consignées dans un mémoire de MM. Weber et Kohlrausch, sur la réduction aux unités mécaniques des mesures d'intensité des courants (1). Il résulte des recherches expérimentales de ces deux habiles physiciens, que :
La quantité d'électricité positive fournie par une pile hydro-électrique pour opérer la décomposition d'un équivalent ou de neuf milligrammes d'eau, accumulée sur un nuage placé à un kilomètre de la surface de la terre, et agissant sur une quantité égale d'électricité négative accumulée à la surface de la terre au-dessous du nuage , exercerait une attraction égale à 2268 000 kilogrammes.
Mais si, aux quantités d'électricité, nous substituons les tensions des charges électriciues comme point de comparaison, les machines électriques à plateau de verre prennent une très grande supériorité sur les piles hydro-électriques. Ainsi, M. Gassiot (2) a montré que, même eii prenant toutes les précautions nécessaires pour obtenir un
(1) Ânn, de chim. et de phys.y 3* sér., 1857, t. XUX , p. 115.
(2) Dihl. univers, de Genève, 18*6, t. III, p. 44.
MESURE ms QUANTITiS D*ÉLECTRICITÊ £N MOUVEMENT. 155
isolement complet des diverses pièces deTappareil, il ne faut pas moins de 6000 couples de GiX)ve, associés en une série unique, pour fournir, avant le contact, une étincelle de un millimètre de longueur entre deux surfaces métalliques en communication avec les pôles de Télectromoteur. —Lorsque, dans cette expérience, les surfaces métalliques sont remplacées par dés fragments de charbon, les pièces polaires doivent être rapprochées à environ un demi-millimètre de distance, pour qu'elles échangent une étincelle avant le contact.
Tout le monde sait, au contraire, qu'avec une bonne machine à plateau de verre, quand l'atmosphère n'est pas trop humide, on peut facilement obtenir des étincelles (le vingt-cinq à trente centimètres de longueur, entre les conducteurs de la machine et une sphère en communication avec les coussins.
Ces faits établissent d'une manière incontestable que :
1' Les machines électriques à plateau de verre sont des appareils qui fournissent, sous xme très forte tension, de très faibles quantités d'électricité.
2° Les piles hydro-électriques sont des appareils qui fournissent, sous une très faible tension, des quantités très f-onsidérables d'électricité.
