ÉTÉ IMMERGÉ

11 résulte de ce qui précède, comme l'avait reconnu Volta, que la loi des tensions ne s'applique pas au contact des liquides

avec les métaux. On a, en effet, d'après les nombres de M. llankel,

In | Cw = 100 In \ kq ■+- kq | Cm = — 25

In | ku — 1 1 0 ln\kq + kq \ ku = — 26

Zrc | kq = 1 1 8 In | Àg -h A<? | kg = — 24

Z/j|PÎ — 125 Zw |Ag + Ag|P*= — 50

Des recherches plus récentes de M. Gerland (l) conduisent à des résultats tout à fait analogues.

901. Deux métaux et un liquide. — La présence d'un liquide entre deux métaux différents dans une chaîne de corps conducteurs interrompt l'application de la loi de Volta, de sorte que, si les extrémités de la chaîne sont formées par deux lames d'un même métal, la somme totale des tensions de contact pourra n'être pas nulle. Si l'on réunit ces lames extrêmes par un* fil extérieur d'un métal quelconque, on n'introduira plus de nouveau contact efficace, et ce fil sera traversé par un flux d'électricité, comme par la décharge d'une batterie. La différence de potentiel des lames extrêmes se rétablissant dune manière continue et plus ou moins rapide, en même temps que des réactions chimiques s'accomplissent entre les métaux et le liquide, le fil extérieur pourra être considéré comme parcouru par un courant continu d'électricité positive allant d'une lame à l'autre, et par un courant contraire d'électricité négative. Ce fil jouit alors de la propriété de dévier l'aiguille aimantée, de sorte qu'on pourra avoir recours au galvanomètre pour indiquer l'existence et le sens des différences de potentiel.

Considérons, par exemple, la double lame de Volta, formée d'un disque de zinc et d'un disque de cuivre soudés entre eux, et appliquons sur le cuivre une rondelle de drap humide. La différence des potentiels du zinc et du drap a pour expression

In | Cn -hCu\A.q.

Cette différence de potentiel ne peut pas être utilisée telle quelle dans un circuit fermé, parce qu'il faut établir une communication extérieure entre le zinc et le drap mouillé, et introduire au moins un nouveau contact. Si nous mettons une seconde

(') Pogg. Annal., t. CXXXIIf, p. 515.

lame de zinc sur le drap, la différence de potentiel des lames extrêmes sera

Zn | C u -h Cu | Xq H- Xq | Zn .

Les lames de zinc extrêmes, n'étant pas au même potentiel, pourront être mises en communication par un fil extérieur d'un métal quelconque et donner lieu à un courant continu.

902. Force électromotrice. — C'est cet ensemble qu'on appelle un couple ou un élément de Volta, mais il vaudrait mieux réserver le nom d'éléments aux différentes pièces qui constituent le couple; la différence de potentiel des métaux extrêmes est la force électromotrice du couple.

En prenant les nombres suivants pour les différents contacts,

Zn|Ctt = 100,

Cu\Aq= 9, kq\Zn= 16,

la force électromotrice du couple de Volta sera représentée par 125, tandis que la différence de potentiel du zinc et du drap est de 109. Si l'on admet que le liquide n'a pas d'influence, la force électromotrice sera égale à la tension de contact des métaux, c'est-à-dire à 100 ; enfin elle serait seulement égale à 25, si l'on ne tenait compte que de l'action du liquide.

Au point de vue des applications , il est indifférent de se préoccuper ou non du contact des métaux : la seule quantité que l'on détermine en bloc est la force électromotrice résultante, sans faire le départ de ce qui appartient à chacun des contacts. Cette quantité peut être mesurée, d'ailleurs, avec beaucoup plus de précision que les tensions de contact des métaux entre eux, et surtout celles des liquides avec les métaux, et elle n'est pas sujette à éprouver d'aussi grandes modifications sous l'influence de diverses circonstances.

905. À ce propos, nous pouvons encore revenir sur quelques expériences réalisées par Faraday (l) dans le but de démontrer la non-existence de l'électricité de contact. L'objection principale que l'on oppose à la théorie de Volta consiste en ceci : qu'il est impossible d'obtenir un courant continu dans un circuit fermé,

(l) Expérimental Researchcs, l. II, p. 18.

sans qu'il existe en même temps des opérations chimiques dont le travail est, pour Faraday, la cause du développement d'électricité. Il est clair qu'il ne peut pas exister de courant continu dans un circuit entièrement métallique dont tous les points sont à la même température; ce serait le mouvement perpétuel, dont la loi de Volta est précisément la négation. Si le circuit n'est pas entièrement métallique, la somme algébrique des tensions, ou la force électromotrice, n'est plus nulle; alors, à moins d'admettre que quelque chose puisse provenir de rien, il faut bien que le travail effectué par le courant électrique soit accompagné en quelque point du circuit par une dépense équivalente. Démontrer qu'à température conslante il n'y a pas de courant possible dans un circuit fermé, sans actions chimiques, c'est donc simplement démontrer dans un cas particulier l'impossibilité du mouvement perpétuel; mais toutes les objections de cette nature ne peuvent pas infirmer l'existence de l'électricité de contact. C'est à cela, en définitive, que se résument les expériences de Faraday, si l'on ne veut pas en faire l'objet d'une discussion oiseuse sur la question de distinguer, entre deux phénomènes simultanés et inséparables, lequel est la cause et lequel est l'effet.

Faraday a cherché d'abord des liquides bons conducteurs qui n'eussent pas d'action chimique sensible sur les métaux ; la dissolution de sulfure de potassium est celle qui parait le mieux réaliser cette condition.

Un circuit formé d'une lame de platine et d'une lame de fer plongées dans une dissolution de sulfure de potassium, et communiquant avec le iil d'un galvanomètre, ne donne pas de courant appréciable. Cette expérience prouve simplement que les trois tensions de

Fie-. 249.

conlacl des métaux entre eux et avec le liquide donnent une somme algébrique nulle, et qu'on a

(i) P«|Fe+Fe|KS + KS|Pi=0.

Faraday place ensuite dans un même circuit une dissolution de sulfure de potassium N (fîg. 249), dans laquelle plongent deux lames de platine et de fer, P et F, puis une dissolution semblable M dans laquelle sont deux lames de platine P' et P", puis un galvanomètre G, dont on peut supposer que la bobine est formée par un fil de platine, et enfin un fil de fer F' entre les deux conducteurs de platine P et P". il y a ainsi trois contacts du fer avec le platine, l'un a entre F etP\ et deux autres b etc entre P" et P. Le courant est encore nul, mais l'expérience est exactement lu même que la précédente. On a, en effet, en suivant l'ordre des contacts de P" à P à travers les liquides,

(2) P* |KS + KS | Vl + P/ ; Fe -h Fe j KS -h KS | P£=0,

équation identique à la première, puisque les deux premiers termes sont égaux et de signes contraires.

On obtient maintenant un courant si l'on interpose une rondelle humide en a, b ou c, entre le fer et le platine. Faraday attribue le courant à l'action chimique que l'eau exerce alors sur le fer ; cette action existe, en effet, mais la somme des tensions n'est plus nulle, et la force électromotrice a pour valeur

(3) E = Vt\Fe-h¥e\Aq + Aq\Vt.

Faraday remplace ensuite dans la première expérience la lame de fer F par une lame de nickel, et constate que le courant est encore nul. Il résulte de là

(4) P* | Ni + Nî|KS4-KS | P£=0.

En comparant les équations (1) et (4), on en déduit par soustraction

Nt|Fc + Fc|KS + KS|Ni=-0;

cette équation signifie que l'on pourrait aussi bien remplacer le platine par du nickel, sans qu'il y eût encore de courant appréciable.

Toutes les expériences analogues s'interpréteraient de la même manière, sans fournir jamais un argument concluant contre l'électricité de contacl. En outre, Faraday lui-même fait remarquer que, dans les cas semblables à ceux qui précèdent, le courant n'est presque jamais absolument nul au début : l'aiguille du galvanomètre éprouve d'abord une petite déviation et ne revient au zéro qu'au bout d'un certain temps; cela signifie que la somme des tensions de contact n'est pas nulle d'abord et que les surfaces se modifient peu à peu, comme nous l'avons vu dans les expériences de M. Hankel. Les lames de métal immergées sont alors dans un état particulier qu'on appelle la polarisation des électrodes, et sur lequel nous reviendrons.

Il arrive souvent, en effet, qu'un circuit ouvert donne lieu à une force électromotrice et que cette force s'annule rapidement après la fermeture du circuit, à cause même des réactions qui se sont accomplies dès le début. Ces réactions sont de deux espèces : les unes dépensent du travail sous forme de chaleur ou autrement, les autres en produisent. Comme le passage du courant dégage dans le fil et dans le liquide conducteur une certaine quantité de chaleur, il faut, pour que ce courant persiste, que le travail total des actions chimiques soit positif. Toutes les fois qu'un circuit est composé de telle façon que le travail des actions chimiques qui peuvent s'effectuer n'est pas supérieur au travail des décompositions qu'entraînerait le passage d'un courant, le courant ne peut pas se produire, au moins d'une manière permanente; s'il existe au moment de la fermeture du circuit, par suite d'une inégalité entre les tensions de contact, il ne tarde pas à s'arrêter. Les travaux de M. Favre ont bien mis en évidence les relations qui existent entre les forces électromotrices des couples électriques et les quantités de chaleur dégagées ou absorbées en différents points du circuit.

904. Contact des liquides. — Les tensions de contact des liquides entre eux ne suivent pas non plus Ja loi de Volta et peuvent donner lieu à une force électromolrice dans un circuit fermé. Pour éviter l'influence des métaux qui interviennent dans la constitution du circuit, on fait en sorte qu'il y ait deux contacts identiques et de sens contraires entre un liquide et un métal. Considérons, par exemple, deux vases A et B renfermant un

même liquide L, dans lesquels plongent des lames d'un même métal, de platine, par exemple. Si l'on fait ensuite communiquer les liquides des deux vases par un autre liquide quelconque L', sans nouveau contact métallique, il est aisé de voir que les deux lames de platine seront au môme potentiel, car d'une lame à l'autre on rencontre la série des tensions

P/|L+Ljl/ + I/|L-+-L't)/,

dont la somme est identiquement nulle.

Supposons maintenant qu'on établisse la communication des vases A et V> par une chaîne formée de deux liquides différents M etl"; les tensions de contact sont alors

P*|L + L|L, + L/|L" + L',|L-+-L|P/ = LjL' + L/|L"H-L"|L.'

Cette somme n'est pas nécessairement nulle, elle représente la force électromotrice qui existe entre les deux lames de platine; il se produira en général un courant quand on réunira ces lames par un fil métallique.

On voit que l'existence d'une force électromotrice entre liquides, sans faire intervenir aucun contact métallique, exige au moins que l'on emploie trois liquides différents; c'est pour n'avoir pas pris cette précaution que l'on a cru quelquefois vérifier par expérience la loi de Volta entre les liquides.

905. Nobili (*) a obtenu ainsi un courant par l'action de liquides seuls. 11 prit, par exemple, pour liquides extrêmes des solutions de nitre, comme intermédiaires l'acide azotique et un bâton de potasse humectée, et il établit les communications des liquides entre eux par des arcs d'amiante ou de coton. L'aiguille d'un galvanomètre, installé sur le circuit extérieur, fut fortement déviée, indiquant un courant qui allait de la potasse à l'acide par le liquide, ou de l'acide à la potasse par le galvanomètre. On avait donc

Nobili indique encore plusieurs autres chaînes de liquides, acides, bases ou dissolutions salines, qui donnent lieu à des courants continus.

(*) Annales de Chimie et de Physique, 2e série, t. XXXVIII, p. 259.

Fechner (') s'est servi de la même méthode. Un premier liquide L était placé dans deux vases extrêmes A et B où plongeaient des lames de platine ; deux vases intermédiaires A' et B' contenaient deux autres liquides L' et L", et les communications d'un liquide à l'autre étaient établies par de petits siphons en verre. Fechner s'est borné en général à indiquer le sens du courant.

906. La disposition imaginée par M. Wild (2) est un peu plus simple. Un vase en bois Y (fig. 250) est muni cle deux tubes de

verre verticaux, fermés à la partie inférieure par des plaques M et M' d'un même métal. Les deux tubes contiennent à la partie inférieure deux colonnes A et B d'un même liquide L, et ces colonnes sont réunis par deux couches A' et B' de deux liquides différents L' et L". Les plaques métalliques qui terminent les tubes étant mises en communiquant avec un galvanomètre très-sensible, la déviation de l'aiguille indique le signe de la force électromotrice E qui résulte des contacts entre les trois liquides.

Fig. 250.

E = L|L'-hL'|L"-hL*|L

On voit d'ailleurs que la même disposition permettrait de mettre dans le circuit un plus grand nombre de liquides différents, superposés dans l'ordre des densités.

Les expériences ont donné les résultats suivants : 1° Une série quelconque de liquides ne suit pas en général la loi de Volta, et les forces électromotrices des dissolutions dépendent du degré de concentration. Voici quelques exemples : dans le tableau qui suit, la série formée par les liquides compris dans une même colonne verticale, lorsque les densités ont les valeurs indiquées en regard, donne un courant qui traverse les liquides de haut en bas.

(*) Pogg. Ann., t. XLVIII, p. 1 et 225.

(-) Pogg. Annal. T. CIIl, p 555. — Annales de Chimie et de Physique. 5e série, t. UII, p. 575.

LIQUIDES

Sulfate de zinc. .

Sulfate de cuivre.

Sulfate de zinc. .

Sulfate de zinc . .

Acide sulfurique.

Sulfate de cuivre.

Sulfate de zinc. .

Sulfate de cuivre .

Sulfate dépotasse.

Acide azotique. .

Sulfate de cuivre.

2° Tous les sulfates neutres de la formule MO. SO5, à l'exception du sulfate d'ammoniaque, satisfont entre eux à la loi de Volta. 11 en est de même pour le chlorure, le bromure et l'iodure de potassium.

5° La loi, au contraire, ne se vérifie pas pour les acides entre eux, ni pour les sulfates de sesquioxydes de la forme M203. 5SOr> combinés entre eux ou avec les sulfates de protoxydes MO. SO\ ni pour les chlorures et les sulfates, etc.

11 n'y a donc en réalité qu'un très-petit nombre de cas où la loi de Volta soit applicable aux liquides, et encore est-il permis de supposer qu'il serait possible de manifester une force électromotrice avec des procédés d'observation plus délicats. Il existe des relations intimes entre les tensions de contact des liquides et les phénomènes calorifiques auxquels donnent lieu les réactions de ces corps entre eux.

907. M. Branly (*), en évaluant directement les différences de potentiel, a vérifié de plusieurs manières que, si l'on emploie trois colonnes liquides dont les deux extrêmes sont identiques, la nature du liquide intermédiaire n'a aucune influence.

Dans un grand vase en verre V contenant de l'acide suliurique étendu, M. Branly place quatre vases poreux, dont deux A et A' renferment la même solution d'acide sulfurique, et deux autres B et B' de l'acide azotique étendu. Des lames de zinc sont plongées dans les vases A et B, des lames de platine dans les vases A' et B', et l'on met deux de ces métaux en communication avec les électrodes d'un électromètre à quadrants.

Voici les résultats obtenus avec différentes combinaisons. En désignant par A et B les deux liquides, on a indiqué dans la dernière colonne les tensions relatives à chaque expérience.

(*) Annales scientifiques de l'Ecole normale, 2e série, t. II, p. 227.

TBAITÉ D'ÉLECTRICITÉ STATIQUE.