Discussion du principe de Volta. — Avant d'étudier

plus complètement la pile électrique, il est nécessaire de revenir sur la théorie du contact, et d'examiner les expériences qui ont été publiées depuis Volta, pour combattre ou pour appuyer le principe nouveau qu'il a introduit dans la science.

En dehors de l'hypothèse du contact, on peut attribuer la production d'électricité, dans les expériences de Volta, soit à des actions mécaniques, telles que le frottement ou la pression des métaux l'un contre l'autre, soit aux actions chimiques exercées par la moiteur de la main ou par l'humidité des rondelles, soit enfin à l'action de la couche d'air environnante.

Péclet (l) a fait à ce sujet un certain nombre d'expériences intéressantes. Il s'est servi d'un électroscope condensateur à feuilles

(!) Annales de Chimie et de Physique, 5e série, t. II, p. 233.

d'or, dont les plateaux étaient des disques de verre dorés, recouverts sur les laces en regard d'une couche de vernis que l'on avait usée à l'émcri afin de rendre les surfaces bien parallèles. Cet électroscope avait été gradué à l'aide du multiplicateur à trois plateaux (268), ou bien avec une pile électrique. Les deux modes de graduation indiquèrent que jusqu'à 50° la divergence des feuilles d'or était sensiblement proportionnelle à la quantité d'électricité, ou à la différence de potentiel des plateaux.

Péclet répète la quatrième expérience de Voila de la manière suivante. Deux plateaux, A et B, l'un de cuivre et l'autre de zinc, portés par des manches isolants, sont appliqués l'un sur l'autre, puis séparés normalement, et mis en contact séparément avec les deux plateaux A' et B' de l'électroscope condensateur. Après plusieurs opérations semblables, on sépare les plateaux de l'éleclroscope et on observe la déviation des feuilles.

Après 10 contacts, l'écarlement fut de 10°

Un très grand nombre 100°

On voit, d'après ce tableau, que la charge est d'abord proportionnelle au nombre de contacts, comme on pouvait le prévoir. En effet, lorsque les plateaux A etB sont séparés, ils se trouvent à des potentiels très-élevés par rapport à ceux de l'électroscope, auxquels ils cèdent la presque totalité de leurs charges électriques. Le défaut de proportionnalité qui se manifeste plus tard tient surtout à la déperdition.

Les actions mécaniques ne jouent aucun rôle dans le phénomène. En effet, les résultats ne sont pas modifiés quand on appuie plus ou moins l'un contre l'autre les plateaux A et B ; si on les frotte et qu'on les sépare quand ils se touchent par leurs bords, non-seulement la quantité d'électricité n'est pas augmentée, mais elle devient insensible. C'est là une conséquence facile à prévoir, puisque la capacité des plateaux est devenue très-faible par rapport à sa valeur primitive.

Pour le démontrer d'une manière plus complète, on applique l'un sur l'autre les plateaux A et B, sans faire coïncider leurs

546 TRAITÉ D'ÉLECTRICITÉ STATJQUK.

centres, de façon que la surface de contact soit diminuée ; on reconnaît alors que la quantité d'électricité varie à peu près comme l'étendue des surfaces en contact, c'est-à-dire comme la capacité électrique de l'appareil.

On peut encore, comme le faisait Pfaff (*) , vernir les plateaux A etB sur les faces qui se touchent et les réunir extérieurement par un fil métallique quelconque ; quand on les sépare ensuite, le zinc est positif et le cuivre négatif. C'est même la méthode qui donne le maximum d'effet. L'avantage de celte disposition tient sans doute à ce que la couche de vernis, bien que diminuant par son épaisseur la capacité électrique du condensateur formé par les plateaux, permet de les séparer sans provoquer de contact irrégulier. Si l'on veut se borner à manifester la présence et le signe de l'électricité, il suffit d'approcher ces plateaux d'un électroscope sensible.

Dans l'expérience de Péclet, le plateau de zinc B, par exemple, est alternativement en contact avec deux plateaux de cuivre A el B'. Si l'on veut éviter ces contacts multiples, on formera le plateau inférieur A' de Télectroscope en cuivre, le plateau supérieur B' en zinc, vernis tous deux sur les faces en regard. On appliquera alors les deux plateaux A et B l'un sur l'autre, puis les séparant, on touchera A par A' el B par B'; on trouvera toujours de l'électricité positive sur le zinc et négative sur le cuivre. On peut d'ailleurs, dans cette expérience, maintenir en communication avec le sol l'un des systèmes de plateaux, A et A' ou B et B', sans modifier sensiblement les résultats.

Enfin, une dernière expérience consiste à employer deux électroscopes condensateurs, dont l'un a ses deux plateaux A et B en cuivre, et l'autre un plateau B' de zinc et le second plateau A' en cuivre, tous vernis sur les faces en regard. On réunit par des fils métalliques isolés, d'uni; part les plateaux A et A', et d'autre part Bet B'; supprimant ensuite les communications, puis enlevant les plateaux supérieurs, on trouve que le plateau de zinc B' est positif et le plateau de cuivre B négatif.

Bans cette expérience de Voila, qui a été variée de tant de manières, on voit que la production d'électricité ne peut pas être

(*) Annales de Chimie el de Physique, 2e série, t. XLI, p. 25(1.

attribuée aux actions mécaniques, et que les phénomènes s'expliquent dans tous leurs détails, si l'on admet l'existence d'une différence de potentiel caractéristique du coniact.

889. Toutefois, un certain nombre de physiciens ont refusé d'admettre l'électricité de contact et, généralisant l'idée de Fabroni, cherchent à expliquer tous les phénomènes par des actions chimiques. De la Rive (') attribuait, par exemple, la production d'électricité dans les premières expériences de Volta à l'action chimique qui s'exerce entre le zinc et les doigts humides ou le drap mouillé, action par laquelle le métal devient négatif et le liquide positif. Pour les autres cas , où l'on ne fait intervenir aucun liquide , l'électricité des deux métaux , zinc et cuivre, proviendrait de l'oxydation du zinc au contact de l'air. Par suite de cette oxydation, le métal oxydé est électrisé négativement, et la couche d'air qui l'environne, positivement. Le zinc communique alors au cuivre par contact une partie de son électricité négative, de sorte que, si l'on sépare les deux métaux, le cuivre est négatif et le zinc parait positif, à cause de l'excès d'électricité positive que possède la couche de gaz qui lui reste adhérente (2).

Cette explication est en désaccord avec les expériences par lesquelles Pfaff a montré que l'on obtient exactement les mêmes résultats dans le vide et dans les gaz secs, tels que l'air, l'oxygène, l'azote, l'acide carbonique, l'hydrogène, l'hydrogène bicarboné; néanmoins, de la Rive réfutait l'objection en disant qu'il est impossible d'enlever par le vide ou par un courant de gaz la couche d'air condensée à la surface d'un métal, et qu'il doit y avoir dans tous les cas une action chimique sur le zinc.

Rien de pareil ne peut se produire dans l'expérience suivante de Péclet. Deux plateaux de cuivre et de zinc, vernis sur toute leur surface, portent chacun un fil de platine; on applique ces deux plateaux l'un sur l'autre, et l'on fait toucher les fils de platine ; on supprime le contact et, séparant les plateaux, on les approche d'un électroscope : le zinc est positif et le cuivre négatif. Il ne se manifeste aucune trace d'électricité, si l'on néglige de faire toucher les fils de platine.

(') Annales de Chimie et de Physique, 2e série, t. XXXIX, p. 510. (*) Traité d'électricité, t. H, p. 776.

M. Gassiot (*) a répété la même expérience, sans produire de contact, même indirect. Deux plateaux, l'un A en zinc, l'autre B en cuivre, maintenus à une distance de j~ de pouce, communiquent séparément par des fils d'or avec deux plaques en or, À' et B', entre lesquels est suspendue une feuille d'or reliée au pôle positif d'une pile sèche. Les deux plaques A' et B' étant au même potentiel, la feuille se maintient en équilibre au milieu de leur distance par raison de symétrie. Quand on écarte les deux plateaux, la feuille d'or se rapproche de la plaque B' qui communique avec le cuivre. Pour expliquer ce phénomène par la théorie des actions chimiques, il faudrait admettre que l'électricité négative du zinc, due à l'oxydation, a passé à la plaque d'or correspondante, et qu'on l'a enlevée avec la main en montant l'appareil; l'explication est, au contraire, très-simple par l'hypothèse de l'électricité de contact. Soit x le potentiel du zinc, y celui du cuivre, a celui des plaques d'or. On a :

x — a = Zn | An , a — y = Xu\Ca;

et, par suite,

x — y = Zn | An -h An | Cn = Zn j Cu ;

la quantité d'électricité positive m, que possède le plateau de zinc, est, en appelant C la capacité de ce plateau dans les condiditions où il est placé,

m — C (x — y) = CxZn|Cn.

Si l'on sépare les plateaux, la charge de chacun d'eux restant la même, leurs potentiels deviennent beaucoup plus élevés, puisque la condensation n'a plus lieu ; comme ils sont électrisés en sens contraires, la différence des actions des plaques correspondantes sur la feuille d'or peut être rendue manifeste.

890. Expériences de m. Thomson. — Nous rapporterons encore quelques expériences ingénieuses de M. Thomson, qui conduisent aux mêmes conséquences.

Une lampe à alcool en métal est placée sur un support isolé et mise en communication avec un électromètre très-délicat.

(*) Phil. Mag., 5e série, t. XXV, p. 3G3.

DES SOURCES D'ÉLKCTIUCIÏÉ.

il!)

Des cylindres de cuivre et de zinc, maintenus en relation avec la cage de l'électromètre et avec le sol, sont placés alternativement dans une position verticale, de façon que la flamme brûle au centre de ces cylindres qui sont ouverts aux deux bouts. Si l'on note l'indication de l'électromètre qui correspond à l'emploi du cylindre de cuivre, on vérifie qu'en substituant le zinc au cuivre, le potentiel de la flamme augmente d'une manière trèssensible. Cette expérience différentielle élimine l'objection que l'on pourrait tirer de la combustion de la flamme et de la complication du conducteur qui la relie à l'électromètre. La déviation de l'aiguille étant de 79 divisions pour un couple Danicll, le changement produit par la substitution du zinc au cuivre a été de 59 divisions. Comme la flamme prend, dans les deux cas, exactement le potentiel du cylindre qui l'entoure, si ce dernier est assez long pour qu'on puisse le considérer comme infini (il suffit que la longueur égale 5 ou 4 fois le diamètre) , on peut conclure de cette expérience que la différence des potentiels produite par le contact du zinc et du cuivre est environ la moitié de celle que donne un couple Daniell.

Tous les égaliseurs de potentiel peuvent servir à démontrer la même propriété ; tel est, par exemple, l'appareil à chevilles de métal décrit plus haut (860). On entoure les ressorts R et R' (fig. 246) par deux lames de métal recourbées A et R; ces lames servent d'inducteurs, et l'on fait communiquer les ressorts avec les deux électrodes d'un électromètre. Les deux inducteurs communiquant l'un avec l'autre, on garnit la surface intérieure de l'un d'eux par une feuille de zinc, puis, faisant marcher l'appareil, on note la position d'équilibre qu'atteint l'aiguille de l'électromètre. On remplace ensuite le zinc par une feuille de cuivre, et la nouvelle déviation observée montre que le potentiel du cuivre est notablement plus faible. Dans une expérience de M. Thomson, la différence a atteint 0,72 de celle que donne un

Fig. 246.

couple Daniell. Ce résultat n'est pas tout à fait identique au précédent, mais l'expérience comporte plusieurs causes d'erreur ; il suffit, par exemple, que la surface de cuivre soit ternie par l'oxydation, pour que ce métal devienne sensiblement plus négatif. En répétant la même expérience avec du cuivre dont la surface avait été exposée à la flamme d'une lampe jusqu'à prendre une teinte ardoisée, M. Thomson a obtenu une déviation égale à 1 ,25 fois celle d'un couple Daniell.

891. On peut même, à l'aide des multiplicateurs, augmenter l'électricité de contact au point d'en obtenir des étincelles. Nous avons déjà indiqué (846) la propriété curieuse que possédait une machine de Tœpler de se charger spontanément et toujours dans le même sens, grâce au contact de métaux différents.

M. Thomson emploie encore un appareil à écoulement d'eau formé d'un seul inducteur 1 (fig. 242) et d'un récepteur R, ce dernier étant en communication avec un électromètre délicat. L'inducteur et le tube à écoulement T sont réunis par un fil de métal. Si ce tube est en cuivre et l'inducteur en zinc, ou recouvert d'une feuille de zinc bien polie sur sa surface intérieure, les gouttes qui tombent s'électrisent négativement, et le récepteur acquiert rapidement une charge croissante d'électricité négative. Si la surface intérieure de l'inducteur est en cuivre poli, le récepteur devient très-faiblement positif, ce qui prouve que le contact de l'eau et du cuivre donne une différence de potentiel trèsfaible. Mais, si l'intérieur du cylindre de cuivre a été chauffé par une lampe jusqu'à ce qu'il fût couvert d'une couche continue d'oxyde de cuivre, les gouttes sont alors électrisées positivement et la charge du récepteur croit rapidement.

Il suffit même d'employer un cylindre de zinc muni d'un entonnoir central en cuivre rempli de limaille de cuivre. Chaque grain de limaille qui s'échappe emporte de l'électricité négative que l'on peut accumuler sur un récepteur. Il serait facile d'ailleurs de multiplier ces effets en mettant le premier récepteur en communication avec un autre inducteur, et l'on ne tarderait pas à obtenir des étincelles.

892. Après toutes ces expériences, que nous ne voulons pas multiplier davantage, il est difficile de ne pas reconnaître que l'existence de l'électricité de contact est parfaitement démon-

trée. L'incrédulité de la plupart des physiciens qui refusent de l'admettre provient surtout de ce qu'on croit pouvoir en déduire quelque conséquence analogue à celle du mouvement perpétuel ; mais nous avons vu que la loi de Volta n'exprime pas autre chose que l'impossibilité de produire de l'électricité sans travail. Lorsque deux plateaux hétérogènes sont mis en contact, par exemple, ils s'attirent sans doute par ce seul t'ait qu'ils sont électrisés en sens contraires ou portés à des potentiels différents; mais, pour utiliser cette électricité, il est nécessaire de séparer les plateaux et de vaincre précisément l'attraction électrique qui s'exerce entre eux. Il en est de même pour une aiguille d'acier que l'on met en contact avec un aimant : cette aiguille s'aimante elle-même, et l'énergie magnétique qu'elle acquiert est représentée par le travail que l'on est obligé de dépenser pour la détacher de l'aimant. L'électricité de contact est aussi impuissante que les aimants à produire un travail mécanique quelconque sans une dépense équivalente.

895. Action des liquides. — Il y a cependant dans les premières expériences de Volta, les seules que l'on cite habituellement, un point qu'il est important d'éclaircir. La lame de zinc étant en contact avec la main de l'opérateur ou avec une rondelle humide, Volta admet que l'humidité des doigts ou de la rondelle n'intervient pas d'une manière sensible dans le phénomène; Péclet a montré que le rôle de l'humidité est rarement négligeable et qu'il peut, dans certains cas, masquer complètement l'effet dû au contact des métaux.

Le plateau supérieur d'un électroscope étant en zinc et le plateau inférieur en verre doré, vernis tous deux sur les faces en regard, Péclet les réunit par les doigts mouillés ; il obtint sur le plateau doré de l'électricité positive produisant une déviation de 20° ; si les plateaux étaient réunis par un fil de métal, la déviation n'était plus que de 5°, et l'électricité négative. 11 réunit de môme avec les doigts deux disques, vernis, zinc et cuivre, puis les ayant séparés, il les mit en communication respective avec les deux plateaux d'un électroscope condensateur; après trois opérations semblables, il eut une déviation de 55° indiquant de l'électricité positive sur le cuivre. Si, au contraire, les disques étaient réunis par un lîl de métal, la déviation après trois con-

tacts n'était plus que de 5° et le cuivre négatif. Il résulte de là que Faction de l'humidité doit toujours être éliminée quand on veut étudier le contact des métaux.

On peut ainsi disposer la première expérience de Volta de manière à éviter complètement l'influence de l'humidité; il suffit d'employer un électroscope condensateur dont l'un des plateaux A est en zinc et l'autre B en cuivre. Si l'on touche le plateau A d'une main et le plateau B avec une double lame cuivre et zinc que l'on tient par le zinc de l'autre main, on trouve sur le plateau de zinc de l'électricité positive qui ne peut être attribuée aux actions chimiques, puisqu'elles sont les mêmes de part et d'autre. Si, au contraire, on touche le plateau de cuivre d'une main et le plateau de zinc avec la double lame que Ton tient de l'autre main par le cuivre, on obtient le même résultat. Ici encore, les actions chimiques sont symétriques ; elles sont même nulles, si l'on admet que le cuivre n'est pas sensiblement attaqué par l'humidité de la main.

On doit conclure de ces expériences que le contact d'un liquide avec un métal et, plus généralement, le contact de deux corps conducteurs quelconques, établit entre eux une tension électrique ou une différence de potentiel, avec cette restriction que les tensions des métaux entre eux suivent la loi de Volta, c'est-à-dire donnent une somme nulle dans une chaîne fermée, tandis que la loi n'est plus applicable aux contacts des liquides avec les métaux ou des liquides entre eux.

SEMES DE TENSIONS.

894. Contact de deux métaux. — Un problème important se présente maintenant : c'est de déterminer par expérience la valeur des tensions relatives au contact de tous les corps entre eux, et de réunir ces valeurs en tables.

Volta avait obtenu déjà pour un certain nombre de corps des résultats que l'on peut considérer seulement comme une première approximation, à cause de l'incertitude qui existe sur le rôle de l'humidité dans sa manière d'opérer. En représentant par 100 la différence de potentiel qui caractérise le contact du zinc

avec le cuivre, on déduit des expériences de Volta (885) les nombres suivants (on a calculé par la loi des tensions les résultats relatifs aux métaux qui n'avaient pas été observés directement avec le zinc) :

ZîncJ Argent 109

Zinc | Cuivre 100

Zinc | Fer • 82

Zinc|Étain 55

Zinc | Plomb 45

Volta indique encore l'or, le charbon, le graphite et le bioxyde de manganèse comme étant plus négatifs que l'argent, mais sans donner de résultats numériques.

Différents physiciens ont publié d'autres classifications des métaux qui s'accordent d'une manière générale avec la série de Volta ; ces classifications n'étaient pas le plus souvent appuyées sur des déterminations numériques, et il faut arriver aux expériences de M. Kohlrausch (l) pour trouver une méthode d'observation parfaitement correcte.