CHAPITRE XV

DES SOURCES D'ÉLECTRICITÉ (som)

PHÉNOMÈNES THERNOÉLECTRIQUES.

930. rircvits de pinsicvM métaux. — Quand un circuit métallique fermé est maintenu à une température constante, la somme algébrique des tensions aux différents points de contad est nulle et il ne se produit pas de courant électrique ; mais la loi de Yolta cesse d'être exacte si les différents contacts ou soudures sont à des températures différentes ; ce fait important a été découvert par Seebeck en 1821 (*).

Pour le démontrer, on forme un circuit avec un barreau de bismuth BB' (fig. 259) aux extrémités duquel sont soudées les branches d'une lame de cuivre CC courbée en fer à cheval, et Ton met dans l'intérieur de ce cadre une aiguille aimantée. En chaufTant Tune des soudures avec une lampe à l'alcool, on voit l'aiguille se dévier et indiquer un courant qui va du bismuth au cuivre à travers la soudure chauffée. Avec un circuit de cuivre et d'antimoine, le courant va au contraire du cuivre à l'antimoine à travers la soudure chaude. Enfin, comme on peut le prévoir d'après ces deux premiers résultats, l'effet est maximum avec un cadre de bismuth et d antimoine. Dans ces conditions, si l'on emploie un système astatique d'aiguilles aimantées, il suffit de toucher à la main l'une des soudures pour ob-

(*) Mémoireê de r Académie de Berlin, l. IX, p. 265. — > Ànnnieê de Chimie d ée Phyiigue, '2" série, t. XXJI, p. il)9.

hKS SOURCKS DtLËCTKICITÉ.

tor.ir un rouranl inaniieste qui va du bismuth à ruiitiinoiiie à Ira vers la soudure chaufTée.

Il y a donc là une force électromotrice nouvelle capable de produire des courants (ju'on a appelés ihennfuflectrù/ue^ ; avant d en établir les lois, il importe d*étudier davantage les conditions dans lesquelles elle se manifeste.

Fig. tse.

On obtient des effets du même genre en chaun'ant la soudure de deux métaux quelconques; mais Secbeck et Slurgeon ont trouvé qu'il peut aussi se produire des courants dans un circuit composé d'un seul mét;d.

DÔl. CIrcMite ffonMéii

4*Misrfri WÊtéud. — Inexpérience réussit d*abord avec les métaux cristallisés. On emploie, par exemple, un cadre de bismuth ou d*antimoine (fig. 200) sur lequel on ^.^, ^^

place une petite aiguille

aimantée ; en chauffant différents points, on observe des couranb qui vont tantôt dans un sens et tantôt dans Tautre. Entre

les régions dont réchauffement donne lieu à des courants de sens contraires, il y a des points neutres tels que A, que Ion peut échauffer sans provoquer de courant appréciable.

M. Matteucci (*) a reconnu que ces points neutres correspondent à des régions où le métal a été refroidi brusquement et où les cristaux ne présentent pas d'orientation particulière, à Tinverse de ce qui a lieu dans le reste du métal ; remarquant que la propagation de la chaleur doit se faire d'une manière différente dans les zones inégalement cristallisées, il a assimilé ces courants à ceux que M. Becquerel a obtenus par le contact de deux parties inégalement chaudes d'un même métal.

Il avait cru observer aussi que, quand on chauffe la région voisine d'un point neutre, le courant allait toujours de la partie chaude à la partie froide à travers le point neutre pour Tantimoine, du froid au chaud au contraire pour le bismuth, et que le sens du courant à travers le point neutre ne dépendait que de la nature du métal. M. Gaugain (')a fait remarquer que cette relation ne peut être exacte. En effet, si deux points neutres A et B d'un barreau de bismuth jouissent de la propriété indiquée, il en résulte qu'en chauffant l'intervalle de ces deux points au voisinage du point A, on obtiendra un courant marchant du point neutre vers la partie chauft'éc et, par suite, allant de A en B. En chauffant, au contraire, un point voisin de B, on obtiendra un courant dirigé de B en A; entre les deux régions qui, ainsi chauffées, provoquent des courants de sens contraires, il se trouvera nécessairement un troisième point neutre C. Ce nouveau point neutre, situé entre les deux premiers, jouira de propriétés différentes : quand on chauffera une région voisine, le courant, à partir de la partie chauffée, devra cette fois se rapprocher du point neutre.

Pour constater ces courants^ il n'est pas nécessaire que le circuit soit entièrement formé d'un même métal; il suffit de réunir par un fil de cuivre et un galvanomètre les extrémités du barreau à étudier, en ayant soin de ne pas chauffer les points d'attache du fil de cuivre. M. Gaugain a coulé, par exemple, du bismuth dans un tube de verre recourbé deux fois, et, ayant

'i biil. universelle ilcGenrvc, ^i' série, I. XVIII, p. .mô ^I8."8). .-) Annales de Ghimis el de Phifséque, 5« série, l. I.XV^ p. 5.

DI£S SOURCES DtLËCTRlClTÉ.

réuni les branches à un galvanomètre, il a chauffé diflérents points de la partie moyenne; il a trouvé ainsi 5 points neutres jouissant alternativement de propriétés contraires, comme les pôles d'un barreau aimanté à points conséquents. Un tel barreau se comporte donc exactement comme un circuit hétérogène, à cause des inégalités de structure qui sont dues à des états différents de cristallisation.

93t2. On a fait beaucoup de tentatives pour obtenir de semblables courants en chauffant différents points d'un même métal non cristallisable et, par suite, parfaitement homogène. M. Becquerel (^), par exemple, a indiqué a ce sujet plusieurs expériences curieuses.

Les fils d'un galvanomètre sont terminés par deux petites

Kig. nul .

spirales de platine A et B (fig. 251). On chauffe Tune d'elles, puis on l'applique sur l'autre ; il se produit un courant qui va de la spirale chaude à la froide, à travers le contact, et qui persiste tant que les températures sont inégales.

Fig. 96t.

Si Ton chauffe un point quelconque d*un fil de platine Con-

' Annaht de Chimie ci <le Phyiiffnr, *j* ï^tlic, t. XXUl. p* 15b.

416 TRAITÉ DÉLKCTRICITÉ STATIQUE.

tinu réuni à un galvanomètre, on n'obtient aucun courant. Si ce fil forme un nœud et qu'on chauffe un point voisin du nœud, il se produit un courant qui va de la partie chauffée vers le nœud. La même chose a lieu si le nœud est remplacé par une hélice (fig. 262).

Cette propriété n'appartient pas exclusivement au platine. Le palladium donne les mêmes résultats, mais on n'obtient rien avec un fil d'or et il se produit des courants très-faibles avec des fils d'argent ou de cuivre. 11 suffît, par exemple, de croiser Tun sur l'autre deux bouts du fil de cuivre communiquant avec les bornes d'un galvanomètre et de chauffer avec une lampe à alcool un point voisin du contact, pour obtenir un courant qui persiste tant qu'on n'enlève pas la lampe.

M. Becquerel avait même construit, d'après ce principe, une pile thermoélectrique composée uniquement de fils de cuivre, l^our cela, un fil / attaché à un tube de verre AB (lig. 265), est réuni par un crochet a à un autre fil semblable qui s'enroule en-

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Kig. 'iiSù.

suite sur un autre tube A' B', revient au premier, puis se rattache par un crochet a' à un troisième bout, etc. En plongeant le tube A'B' dans de l'eau chaude, on obtient une série de courants qui vont tous de la partie chauffée au crochet voisin : ces courants ayant tous la même direction s'ajoutent dans le circuit total et donnent un courant résultant dont l'intensité est proportionnelle au nombre des contacts.

Une aulre expérience de même ordre consiste à terminer les deux bouts du fil d'un galvanomètre par des cônes de cuivre dont l'un a été chauffé. 11 se produit un courant si Ton applique les cônes en croix l'un sur l'autre, mais rien d'appréciable si les cônes sont ajoutés bout à bout.

M. Becquerel attribuait la production des courants dans ces diverses expériences à une propagation inégale de la chaleur de

part et d'autre du point du contact, par suite d'un défaut d'homogénéité, ou d'une différence de section des conducteurs.

953. Toutefois, des expériences nombreuses ont montré qu'on n'obtient aucun courant thermoélectrique avec un circuit homogène, quelles que soient les différences de section. M. Matteucci (*) a essayé sans succès le contact de deux couches de mercure à des températures différentes. Le mercure était placé dans trois capsules successives dont l'intermédiaire était chauffée, et on les réunissait par des siphons ù mercure. Magnus (*) a répété la

-■-iftii

même expérience d'une manière plus simple, comme l'indique la figure 264. On peut chauffer le tube capillaire D, qui renferme du mercure, et le plonger dans l'entonnoir C dont le liquide est maintenu à la température ordinaire, ou bien chauffer l'entonnoir et y plonger le tube capillaire froid : ilans les deux cas, il ne se produit pas de courant appréciable.

De même une baguette de cuivre de 7 millimètres de diamètre (fig. 265) a été réduite au tour à une épaisseur de i millimètre sur une longueur de 13 millimètres. En mettant cette baguette

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dans un circuit fermé muni d'un galvanomètre, on pouvait la

(«) hibi. universelle de Genève, 2- série, t. XU, p. tîll (1837).

C) Pogy. Ann., l. LXXXUI, p. 469. — Annales de Chimie et de Physique. 3« série, l. X\XIV, p. 105.

(*) Je dois, avant de terminer cet ouvrage, exprimer tous mes remerciements à H. Gavarret pour les nombreuses figures qu*il m'a pennis d'emprunter à son Traité d'électricité.

chaulTer en un point quelconque, sur la portion amincie ou au contact g des deux sections différentes, sans produire le moindre courant. L'inégal refroidissement par rayonnement n'intervient pas non plus, car l'expérience ne réussit pas davantage quand on couvre une partie de la baguette d'un vernis quelconque ou d'une couche de noir de fumée.

Une variation de température continue dans un milieu homogène ne peut donc provoquer aucune dissymétrie électrique, mais les moindres altérations suffisent pour produire un courant. Ainsi, quand on dépose par la galvanoplastie une légère couche de cuivre sur une portion d'un fil djargentan, réchauffement du point de contact des parties nues et couvertes donnent lieu à un courant. 11 en serait de même pour une légère couche d'oxyde, de sulfure, etc., et l'on comprend qu'il se produise quelque chose d'analogue dans la plupart des expériences où l'on croit opérer avec un circuit homogène. Les expériences de M. Gaugain conduisent aux mêmes conséquences. 934. M. Gaugain a montré d'abord que, dans l'expérience des

spirales de M. Becquerel, l'effet

js ''{Ç^y obtenu est le même qu'avec un

seul contact de deux fils. Si une spirale chaude M (fig. 266) est appliquée sur un fil froid N qu'elle touche en plusieurs points a, 6, c, le courant allant de la partie chaude à la partie froide à travers le contact, on voit aisément que les contacts tels que a et 6 tendent à se neutraliser; l'expérience indique en effet que le courant est le même que si le contact en c existait seul.

Ce contact intervient aussi de la même manière dans les expériences du nœud et de l'hélice, car on n'obtient rien si on essaie de les répéter avec des hélices dont les différentes spires ne se touchent pas, ou des nœuds dont les fils restent éloignés ; les courants se manifestent, au contraire, aussitôt qu'on écrase le nœud ou l'hélice de façon à provoquer des contacts. Ces différentes expériences sont donc ramenées au cas du croisement de deux fils. M. Gaugain a étudié ainsi différents métaux dont il avait soin de bien nettoyer les surfaces avant d'établir les contacts. Il a constaté que pour le platine, l'étain et l'argent le courant va du

Fig. 266.

Fig. 267.

chaud au froid à travers le contact; que le courant va au contraire du froid au chaud pour Tor, le plomb, le cuivre et le fer. Avec le zinc, la direction du courant est variable avec la température du bout cliaufTé.

Si le courant dépend uniquement de ce qui se passe au contact des fils, il doit se produire dans les deux boucles d'un 111 fermé replié sur lui-même en un point. On peut, en effet, réunir deux galvanomètres par deux fils de platine appliqués l'un sur Tautre : en chauffant un point voisin du contact C (fig. 267), les galvanomètres indiquent l'existence de courants qui marchent, comme le montrent les flèches, du fil chaud au fil froid à travers le contact.

L'expérience suivante de M. Gaugain jette un jour nouveau sur ces phénomènes et permet de concevoir quelle peut être l'influence des oxydations superficielles. Quand on croise deux fils d*argent, nous avons dit que le courant va du fil chaud au fil froid à travers le contact; mais, si Ton sépare les deux fils par une mince feuille de platine, il y a inversion. Dans ce cas, il existe en réalité deux contacts voisins entre l'argent et le platine; quoique la différence des températures soit très-faible , elle suffit à produire un courant thermoélectrique dont le sens est déterminé par le contact le plus chaud. Toute couche mince d'oxyde doit produire un effet analogue à celui de cette lame de platine; si donc cette manière de voir est exacte, il doit être possible de prévoir quel sera le sens du courant dans le cas du croisement de deux fils de même nature.

M. Gaugain, par des expériences directes sur différents métaux purs ou altérés, a établi la liste suivante :

Fer oxydé, Platine,

Argent carburé, Cuivre, Argent,

Or,

Zinc,

Cuivre oxydé.

Fer,

Fer carburé.

Quand on chaulîe le contact de deux quelconques des corps de cette liste, on obtient un courant qui traverse le contact en allant du corps supérieur vers l'inférieur. Cela étant, si Ton croise

430 TRAITE U'ËLtiGTIlICiTË STATII.iUI!;.

deux (ils identiques dont l'un a été chauffé, il peut arriver, coiiime dans le cas du fer, que le fil chauffé se recouvre d'une couche d'oxyde et qu'il se produise en réalité deux contacts à des températures différentes entre les couches d'oxyde et les métaux. Or, d'après la liste précédente, le courant à travers le contact chaud va de l'oxyde au métal pour le fer; dans le croisement des fils, le courant doit donc marcher du fil froid au fil chaud, ce qui est conforme à l'expérience. Ce raisonnement ne pourrait pas être étendu à tous les métaux , puisque l'oxydation du cuivre a pour effet d'interverUr le sens du courant qui se produit au contact de deux fils froid el chaud; mais les observations ingénieuses de M. Gaugain sur le rdle deï couches minces superficielles permettent de faire rentrer dans le cas des contacts hétérogènes la plupart des faits observés par M. Becquerel.

935. Des modifications mécaniques, telles que la trempe el l'écrouissage , produisent dans les métaux des différences de structure analogues aux inégalités de cristallisation et suffisent pour provoquer, des courants thermoétcctriques. Ici encoiv on ne peut pas attribuer les courants à une différence dans la propagation de la chaleur, parce que le recuit ou l'écrouissage ne modifient pas d'une manière sensible les conductibililés intérieure ou extérieure d'un métal.

Si l'on prend, par exemple, un lil qui a été durci par la liliùie ou le martelage et dont une partie seulement a été recuite, l'échaufTement du point de contact des deux régions donne Heu » un courant. Magnus a constaté que, pour la plupart des mûtaux, le courant va de la partie recuite à la partie écrouic; mais la règle n'est pas générale, et te contraire a lieu pour l'argentan, le linc.

l'étain, le fer et le plomb.

La chaleur delà main dans certains cas peut donner un courant appréciable. Magnus enroule sur une monture Fig.ws. en bois (fig. 2G8) un fil de laiton

ocroui de manière à former par le fil les cAtés d'un cadre rectangulaire. Deux c6tés opposés de ce cadre ayant été ensuite recuits, il suffit de le tenir entre les doigts de manière à toucher

deux angles opposés, C et D ouE et F, pour obtenir un courant dans un sens ou dans l'autre; Tappareil fonctionne comme une pile thermoélectrique.

936. On peut encore faire des expériences analogues d*une manière très-simple, comme Ta indiqué M. Gaugain. On prend un long fil de zinc recuit à une température élevée et on le chauffe avec une lampe à alcool. Il n'y a pas de courant si la lampe est stationnaire ; mais, si on la déplace le long du fil, on obtient un courant qui marche dans le sens du mouvement de la lampe. La môme expérience réussit avec un fil d'un métal quelconque, pourvu qu'il soit écroui. Le cuivre, par exemple, donne encore un courant qui va dans le sens du mouvement de la lampe, c'est-à-dire de la partie recuite à la partie écrouie, comme dans les expériences de Magnus. Toutefois, il y a des cas pour lesquels le courant obtenu par le déplacement de la lampe est invei'sede celui que donnerait réchauffement du contact de deux parties, l'une recuite et l'autre écrouie.

957. Enfin M. Thomson (*) a montré que les actions mécaniques passagères, telles que la traction, la pression, la torsion, etc., produisent des effets analogues à la trempe.

Lorsqu'un fil de fer est tendu sur une partie de sa longueur, pressé longiludinalement ou transvei^salement, ou soumis à une opération mécanique quelconque, réchauffement d'un point voisin de la séparation des deux parties différentes donne encore un courant qui va du fil modifié au fil libre.

M. Le Roux' a repris les expériences de M. Thomson relativement à la traction. Il a constaté que le courant va du métal tendu au métal libre pour le palladium, le fer, l'acier, le platine, l'argent, le laiton, et en sens contraire pour le zinc et le cuivre. Il y a toutefois des différences notables entre les résultats obtenus par ces deux physiciens. Ainsi, M. Thomson avait trouvé que pour le fer et le cuivre, tirés dans les mêmes conditions, le rapport des intensités des courants est égal à 4,2, tandis que M. Le Roux a obtenu la valeur 15,5 pour le môme rapport.