ÉLECTRICITÉ PRODUITE PAR L*ACT10K HE LA GHALEUR

bioa^Qs dont las pouvoirs Ibermo-éléeinques soiept ^^mm^ 00 Mra aussi que les variations de température secondaire produites par le même couraot qui les traverse toutes les deux seront entre elles c=m:n. liais si les différences de température aux points de soudure étaient les mêmes pour les deux combinaisons, on aurait que les intensités de leurs courants thermoélectriques seraient entre elles s m : »; or ces différexices de température, au lieu d'être égales, étant elles-mêmes ^m:n^ il en résulte nécessairement que les intensités des deux courants tbermo^lectriques sont entre elles = m^ :n^. Cette loi importante a été vérifiée par M. Frankenbeim, qui a également étudié la réaction que le courant secondaire, qui est produit par le ré^ chauffement ou le refroidissement au point de soudure, doit exercer sur le courant même de la pile. U n'en résulte pour ce courant aucun affaiblissement , si l'interposition d'un métal dans le circuit formé d'un autre détennine à ses deux points de contact deux courants égaux et contraires; tel est le cas, par exemple, de l'interposition d'un barreau de bismuth entre deux conducteurs de cuivre, où la chaleur secondaire produit un ré^ chauffement égal aux deux points de contact, et par conséquent développe deux courants thermo-électriques égaux dirigés en sens contraires, qui s'annulent. Mais, si par l'effet de l'action secondaire il y a réchauffement à Vun des points de contact et refroidissement à l'autre, ces deux courants, thermo^lectriques ssjoutent, et le courant principal (celui de la pile) éprouve une diminution qui est égale au double de l'intensité du cou^ rant produit par le couple bismuth et cuivre. Peut^tre est-ce à l'action de ces courants secondaires inverses du courant prin^ cipal qu'on peut attribuer les différences apparentes de conductibilité de métaux qui semblent identiques. Il sufBt en effet d'une légère différence dans l'état moléculaire, et de l'existence, par exemple, de petits cristaux dans la texture d* un métal, pour que le passage de l'électricité d'un de ces métaux dans un autre, disposé dans une direction divergente, fasse naître un courant thermo-électrique. C'est ce qui fait que le cuivre galvanoplastique à grain plus grossier diminue moins l'intensité du courant que le cuivre fondu à grain plus fin, qui offre au oou-

524 SOURCES DE L*ÉLECTRIGITÉ.

rant ud plus grand nombre de passages d'un petit cristal à un autre. Le même effet se présente avec d'autres métaux, et en particulier avec le fer carbonisé où les molécules de charbon sont intimement mélangées avec celles du fer.

C'est également à une réaction produite par le courant secondaire sur le courant principal que nous devons attribuer les résultats curieux obtenus par M. Wartmann sur la diathermansie des métaux; M. Wartmann désigne ainsi la faculté que possèdent deux métaux à laisser passer de l'un à l'autre, quand ils sont en contact, un courant électrique dont l'intensité est appréciée par son effet calorifique sur l'hélice d'un thermomètre de Breguet , mise dans son circuit. Le courant lui-même était produit par un seul couple cuivre et zinc amalgamé plongé dans l'eau acidulée. Un très-grand nombre d'expériences ont montré que les couples formés de deux métaux non soudés présentent de grandes différences dans la faculté qu^ils possèdent de laisser passer le courant apprécié toujours par son effet calorifique» suivant le sens de ce courant lui-même, mais que ces différences existent surtout quand un des métaux du couple, au moins, est à texture cristalline» tandis qu'elles sont nulles quand les -couples ne renferment que des métaux ductiles. Ce résultat indique bien clairement que la diminution d'intensité du courant principal provient du courant thermoélectrique développé par la chaleur secondaire que produit le passage de l'électricité au point de contact des deux métaux du couple, chaleur qui elle-même varie en intensité suivant que le courant principal passe du premier au second ou du second au premier.

M. Frankenheim, en plongeant dans un bain d'eau le point de soudure d'une croix fer et cuivre, est parvenu à déterminer la température qui produit directement dans cette combinaison un courant thermo-électrique égal en intensité à celui que développe la chaleur secondaire dégagée par un courant vol*talque d'une puissance connue. Ainsi il a trouvé que pour un courant de 45'' à son galvanomètre à tangente, cette température est de 20*, et que par conséquent la chaleur secondaire produite au point de soudure doit être aussi de 20*.

Nous ne nous arrêterons pas pour le moment aux idées théoriques de M. Frankenhoim qui estime que dans une chaîne thermo-électrique dont tous les points de soudure ont une temr pérature uniforme, il existe par Feffet de cette température des courants égaux et contraires qui se neutralisent, qu*il suffit d'une inégalité de température entre quelques points de soudure pour déterminer la supériorité d'un ou de plusieurs courants dirigés dans un sens sur ceux dirigés dans l'autre. Dans ce point de vue, la véritable électricité de contact serait celle déterminée par les métaux dans l'ordre de leur thermo-électricité et non pas dans l'ordre de leur tension voltalque. Nous reviendrons sur ce point quand nous aurons achevé l'étude des sources électriques. Pour le moment nous nous bornerons à con*stater le fait bien établi par M. Frankenheim de la liaison intime qui existe entre la température secondaire développée au point de contact de deux métaux par le passage d'un courant électrique^etle pouvoir thermo-électrique deces métaux. Or, comme il est bien prouvé par les expériences de Swanberg, de Frantz, de Hatteucci et dé Magnus, que la thermo-électricité dépend de la constitution moléculaire des corps et qu'elle est un résultat de la perturbation apportée dans cette constitution par le mouvement de la chaleur, il en résulte que les changements secondaires de température déterminés dans le point de contact de deux conducteurs hétérogènes par le passage du courant, sont également dépendants de cette constitution moléculaire et du trouble que le courant y apporte.

Si nous rapprochons maintenant les uns des autres tous les phénomènes qui lient ensemble l'électricité et la chaleur, nous en voyons partout ressortir l'influence moléculaire. La production de la chaleur primaire qui résulte du passage du courant à travers un conducteur qui lui présente une résistance, est évidemment due aux mouvements moléculaires que ce passage détermine, mouvements dont l'existence devient visible pour peu qu'il y ait de solution de continuité dans le conducteur, comme dans l'expérience de l'arc voltalque, et qui n'en est pas moins sensible dans les conducteurs continus par l'a Itération que ces conducteurs éprouvent dans leur étal moléculaire

5â6 SOURCES DE L*ÊLECTRtClTi.

quand ilâ ont transmis longtemps un courant '. Nous venons de constater que la production de la chaleur secondaire aux points de contact, qui engendre la thermo-électricité, est aussi éminemment dépendante de la structure moléculaire. Mais le point diMcile à résoudre, c^est de déterminer les lois qui lient les mouvements moléculaires, soit avecTélectricité, sdlavecla chaleur. Il faudrait pour cette détermination opérer avec les corps conducteurs, comme avec ceux qui ne le sont pas, sur des cristaux parfaitement réguliers et déterminés, et non pas sur des masses amorphes formées de métaux plus ou moins irrégu*lièremenl agglomérés. Nous avons exposé les tentatives faites par Swanberg et par Frantz dans ce sens; mais elles sont encore insufSsantes. Quoi qu*il en soit, il est évident que les effets électriques que produit le mouvement de la chaleur dans les cristaux sont exactement du même ordre que ceux que ce mouvement produit dans les métaux, et que la différence dans le mode de manifestation de Télectricité tient à la différence de conductibilité.

Maintenant si nous revenons à Vidée que nous avons émise, que les atomes ont une polarité électrique qu'ils doivent à un mouvement de rotation plus ou moins rapide autour d un axe; si, conformément aux théories mécaniques actuelles sur la chaleur, nous admettons que la chaleur augmente ce mouvement de rotation et accroît par conséquent en même temps la polarité électrique, nous pouvons nous rendre compte d'une mar nière assez satisfaisante de ce qui se passe dans tes phénomènes électro-calorifiques. Nous Tavons déjà dit, le passage dn courant, en augmentant la polarité des atomes, doit accroître leur vitesse de rotation et élever la température ; à son tour, U propagation de la chaleur augmente leur vitesse de rotation 0t

^ Tout derDièrement un Jeane physicien Baisse, M. Dofoar, de Lrasâotte, â d^ montré <)ae le passage prolongé d'un courant, prodoit par nti seul «oopla, peut déCenniner un changement tel dans on Ûl de coit re que, même après qae la ptauge de ce courant a cessé, la ténacité de ce fil a diminué de plus d'un quart de sa ténacité primiti?e. M. Adie a également remarqué un changement moléculaire remarquable qui se produit au point de contact des couples thermo-étectrUpies qui ont été longtemps en activité.

ÉLICTRIGITÉ PBODUm PAA L* ACTION DE LA CHALEUR. • 527

doit aagmeûter leur polarité électrique. Si dans ce dernier cas les atomes sont parfaitement libres de se mouvoir dans tous les sens, il ne doit 7 avoir aucun effet électrique extérieur, parce que les électricités polaires des atomes se neutralisent mutuellement, qu'elles soient eialtées ou non par la chaleur, puisque jamais il n'f a plus d*électricité d'une espèce que d'une électricité de l'autre, quelle que soit leur intensité absolue; c'est ainsi que les choses se passent dans les liquides et dans les métaux très^uctiles. Mais si les atomes sont groupés de manitfre & donner au corps une structure plus ou moins cristalline, c'est-à^Ure non uniforme dans toutes les directions, il doit en résulter que, lorsque la chaleur en se propageant exalte la polarité électrique de certaitts atomes, cedx-ci n'étant pas susceptibles de se mouvoir librement et par conséquent d'affecter une disposition qui rétablisse l'équilibre électrique, la molécule intégrante qu'ils forment se trouve avoir Une polarité électrique dans une certaine direction , et une polarité contraire dans l'autre. Tous les phénomènes pyro-électriques des cristaui montrent en effet que c'est à la différence de structure moléculaire, qu'est due l'apparition de Télectricité positive à une place et de la négative à une autre. Quant au fait que lès deux électricités changent de place quand le refroidissement succède au réchauffement, il tient à la manière dont se groupent les atomes de la molécule, suivant qu'ils reçoivent ou émettent la chaleur, c'est-à-^lire qu'ils sont plus ou moins chauds, et par conséquent doués d'une polarité électrique plus ou moins forte. Nous reviendrons sur ce point particulier qui a besoin d'être éclairci, quand nous aurons achevé Teiamen de toutes les causes qui donnent naissance au dégagement de l'électricité.

Les propriétés thermo-électriques des métaux liées comme celles des cristaux à la structure moléculaire, se manifestent sous forme de courant à cause de la conductibilité, mais elles proviennent également de l'état polaire de chaque molécule intégrante, état exalté par la chaleur et qui ne produit aucun effet extérieur que lorsqu'il y a mouvement de la chaleur, c'està-dire différence de température entre les molécules consécu-

528 SOUECfiS DE L*iLKCTEIGiTÉ.

lives. Le principe fondamental dans tout cet ordre de phénomènes aussi bien pour les corps conducteurs que pour les corps isolants, c'est que Tétat électrique qu'acquiert la masse, n'est que le résultat de l'état électrique de chacune des molécules intégrantes de cette masse, d'où résulte, suivant la manière dont ces molécules sont disposées les unes à l'égard des autres, des manifestations électriques différentes.

Quant aux phénomènes de température secondaire que détermine un courant en passant d'un métal à l'autre, leur liaison avec la propriété thermo-électrique des deux métaux en contact montre qu'ils sont dépendants, comme cette propriété, de la constitution moléculaire des corps et des perturi)ations que le passage du courant y détermine. Nous avons déjà fait remarquer ^ que, si l'on part de l'hypothèse que les atomes sont doués d'un mouvement rapide de rotation autour d'un axe,. cause à la fois de leur température et de leur polarité électrique, il peut arriver que cette polarité naturelle soit en accord ou en désacord avec la polarité artificielle que détermine le passage du courant. Dans le premier cas le mouvement doit être accéléré et la température s'élever, tandis que dans le second elle s'abaisse, le mouvement de rotation devant diminuer. Mais il faut, pour que ces différences soient sensibles, que le courant ne soit pas trop fort, car pour peu qu'il ait d'intendité, la rotation imprimée aux atomes par la polarité artificielle l'emporte trop sur celle qui produit la polarité naturelle, pour qu'il n'y ait pas en tout cas accélération de mouvement et par conséquent toujours chaleur, seulement un peu plus ou un peu moins considérable , suivant que les polarités s'accordent ou ne s'accordent pas.

Les expériences de Peltier et celles de Frankenheim sont tout à fait d'accord avec cette manière de se rendre compte de cet ordre de phénomènes. Ainsi, d'après Peltier, quand le courant passe du fer au zinc, la température s'élève de 30^; quand il passe du zinc au fer, seulement de IS""; quand il passe du zinc au cuivre, elle s'élève de 26** , et quand c'est du cuivre au zinc

^ Tonic 11, pages 34(; et :2'iT.

de 14*". Mais la différeDce est bien plus marquée quand les deux métaux en contact, ou du moins Tun des d^ux, ont une structure cristalline bien prononcée. Ainsi une lame de bismuth soudée à une lame de cuivre donne avec un courant d'une intensité croissante dirigé du bismuth au cuivre, les résultats suivants :

Intensité

Température

du courant.

prodniie an point de contact.

ir»"

+ 4%ori

Si le courant est dirigé du cuivre au bismuth , on a au point de contact une température qui s'accroît de 10^ à 50'' à mesure qu'augmente l'intensité du courant. Il est évident que jusqu'au courant d'une intensité de 30°, l'effet du passage de l'électricité est une diminution du mouvement rotatoire naturel des atomes, puisqu'il y a abaissement de température, mais qu'à partir de cette intensité de 30**, le mouvement rotatoire imprimé aux atomes par le courant est assez fort pour cocnpenser et au delà cette diminution. Une lame d'antimoine soudée à une lame de cuivre présente un phénomène inverse ; l'abaissement de température a lieu quand le courant passe du cuivre à l'antimoine, et l'élévation quand il passe de l'antimoine au cuivre. C'est ce qui fait que l'association de l'antimoine et du bismuth produit lef maximum d'effet.

Mais sans entrer dans aucune hypotlièse sur la cause de la polarité atomique et de la température , on peut cependant trouver une grande analogie entre les phénomènes électrothermiques et ceux que présente simplement la chaleur. C'est ce qu'a montré M. Clausius dans un travail théorique sur l'application de la théorie mécanique de la chaleur aux phénomènes thermo-électriques, qui, se rattachant aux notions les plus transcendantes de mécanique rationnelle et d'analyse, ne peut trouver place dans un ouvrage du genre decelui-ei. Nous nous II. 34

530 SOURCE» DE l'électricité.

borneroDi à signaler comme conséquence de ce trayall l'analogie qu'établit son auteur entre une chaîne thermique et une machine mue par la chaleur. Partant du fait expérimental que d'une part, dans un couple thermo-électrique de bismuth et d'antimoine, le courant passe au point de contact chauffé du bismuth à l'antimoine, et au point de contact refroidi de l'antimoine au bismuth , et que d'autre part un courant extérieur qui traverse le couple anéantit de la chaleur dans la première direction et en produit dans la seconde, il en conclut que le point de contact maintenu chaud correspond à la^partie chauffée de la machine calorique, et le point de contact maintenu froid au condensateur. Puis appliquant à ces considérations Ja loi de Carnot, il en déduit la correspondance entre les états électriques et les variations de température.

Il nous parait qu'on peut comparer ce qui a lieu dans ce éas avec ce qui se passe avec un fluide élastique. Si on le chauffe il produit par son augmentation d'élasticité un travail mécanique; mais s'il produit ce travail mécanique par sa simple dilatation , il se refroidit en absorbant une quantité de chaleur équivalente à ce travail. De même, si on chauffé le poiDt de contact des deux métaux, il se produit txû travail mécanique moléculaire qui détermine un courant; mais si on j^rodnit ce même courant autrement qu'en chauffant , cette production détermine un travail moléculaire qui absorbe de la chaleur et par conséquent occasionne un refroidissement. L'inverse serait également vrai et il y aurait des conséquences intéressantes à tirer de la comparaison des deux cas, de celui où il y a réchauffement et de celui où il y a refroidisse^ înent, quant à la nature du travail qui accompagne le passage du courant.

Clausius remarque encore que les effets thenno-électriqties n'ont pas lieu seulement aux points de contact des diverses substances, mais qu'un courant électrique produit des effets thermiques différents dans un même métal, suivant qu'il marche du chaud au froid ou du froid au chaud; ce qui revient à dire que dans l'intérieur d'un même métal dont les diverses portions se trouvent être à des températures dHTé-

iLEGTRIGlTÉ PRODtlTt fkii l'âCTIOU M LA CHALEUR. 531

renies, la chaleur a la tendance de pousser l'électricité dans une direction déterminée, aussi bien que dans deux métaux en contact. Ajoutons qu'il considère bien, comme nous Tatous fait nous-même, la manifestation de Vétat électrique dans Tintérieur d'un même métal, non comme un effet direct, mais seulement comme un effet secondaire de la différence de température, c'est-à-dire comme le résultat d'un changement produit par la chaleur dans l'état moléculaire. Il rappelle en faveur de cette opinion et' les expériences de Magnus et celles qui démontrent que les courants thermo-électriques qu'on détermine dans nn barreau d'un seul métal sont dus à des différences de cristallisation dans son intérieur.

A l'appui de cette manière de voir, nous citerons encore M. Thomson, qui s'est beaucoup occupé de l'application de la théorie mécanique de la chaleur aux phénomènes thermo-électriques que présentent les métaux cristallisés, et qui est arrivé^ par Is comparaison avec ce qui se passe dans d'autres phénomènes, à conclure que la pression ou la tension doivent développer dans utoe masse métallique homogène les propriétés thermo-électriques des cristaux. Ainsi il a trouvé qu'un fil de cuivre tendu au moyen d'un poids présente, par rapport au même fil non tendu, des relations thermo-électriques exactement semblables à celles cpie Svanberg a établies entre un barreau taillé dans un cristal dé bismuth où d'antimoine perpendiculairement à Taxe, et un barreau taillé dans le sens de cet axe. Si donc dans une partie du circuit, le ûl de cuivre est tendu par un poids considérable, les autres parties du fll restant à leur état naturel, et si l'une des extrémités de la partie tendue est échauffée, il s'établit un courant de la partie tendue à la partie non tendue à travers le point de jonction chauffé; et si le fil est tendu et détendu alternativement des deux côtés de la partie échauffée, le courant est renversé instantanément à chacune de ces alternatives de tension.

11 demeure donc évident pour nous, que la propagation de la chaleur n'est qu' un moyen de déterminer des changements moléculaires qui donnent naissance aux manifestations électriques, comme la propagation de l'électricité n'est à son tour qu'un

532 SOURCES DE l'électricité.

moyen de produire des perturbations dans Tétat des particules» qui entraînent une rupture dans Téquilibre de la température. Nous essayerons plus loin de pénétrer plus avant dans la nature de ces changements et de ces perturbations qui probablement ne sont, comme nous Favons déjà dit, que des modifications apportées au mouvement rotatoire naturel et à la position re- Utlive des atomes, d*où découlent également les phénomènes que présentent les corps tant sous les rapports électrique et magnétique, que sous le rapport chimique.

LiM^ 4eâ principaux travaux relatirs aux sujets tnutés dans ce chapitre :

Becqu^tl. — Électricité de la tourmaline, etc. — Ann. de ch, et de phjfs* T. xxxvu, p. 5 et 355. — Courants thermo-électriques. — Idem, T. xiin, p. 131, et t. XXXI, p. 371 ; t. xxxvii, p. 328, et t. xli, p. 358.

Brewster. — Minéraux pyro-électriques. — Ann, de ch, et dephys, T. xxvni, p. 161.

Hauy, — Idem, — Ann, de ch. et de phys. T. i, p. 447.

Riess et Rose, — Pyro-électricité des minéraux. — Arch. de VélectrMté. T. ui, p. 585.

Forbes, — fdem, — Tratu, of the royal Society of Edinburgh* T. xui , (1832).

Seebeck, — Courants thermo- électriques. — Ann, de ch. et de phys, T. xxii, p. 199.

Yelin, — Idem, — Bibl, univ, {l 823). T. xxiu, p. 38, et t. xxit, p 253.

Sturgeon, — Idem, — Bibl, univ, (1831). T. xlvu, p. 351, et t. XLvm, p. 1.

Cumming, — Rotation thermo -électrique. -^ Bibl, univ» (1824). T. xxv, i). 108.

Matteucci, — Expériences diverses thermo-électriques. — Bibl, univ, [Nouvelle série), T. xu, p. 211 ; t. xiu, p. 199; t. x?, p. 187 ; t. xvm, p. 353 ; et t. xvni, p. 410. — Arch, de VéUctricité, T. ii, p. 227, et t. m, p. 666. — Comptes rendus de VAcad, des sciences (1855). T. xl, p. 541.

Vorsselmann de Heer. — Courants thermo- électriques du mercure. — Arch. de l'Électricité, T. i, p. 581.

Gaugain, — Courants thermo-électriques. — Arch, des se, phys, (Bibl. univ,). T. xxm, p. 69.

Swanherg, — Influence de la cristallisation sur les courants thermo-électriques. — Comp/e5 rendus de tAcad, des sciences, du 19 août 1850, et Arch. des se. phys, T.xv, p. 128.

Frantz. — Idem, — Ann, der physik, T. lxxxiii, p. 374, et Arch, des se. phys, (Bibl. univ,). T. xvni, p. 297.

Mousson. — Influence de l'état moléculaire sur les courants thermo-éleelriques. -^ Arch, de l'électricité, T. iv, p. 5.

ÉLECTRICITÉ PRODUITE PAR l'aCTION DE Lk CHALEUR. 533

Magmas. — Idem, — Ann, dech. et de pays, {Nouvelle séne),T, xxxiv, p. lOS.

Fourrier et Oersted. — Pile thermo-électrique. — i4iin. (fe ch. et de phys, T. XXII, p. 201 et 373.

Pouillet. — Théorie de la pile thermo-électrique et mesure des températures. — Traité de physique, — Comptes rendus de VAcad. des sciences. T. m, p. 782, et t. IV, p. 785.

Botto. — Pile thermo-électrique à grande résistance. — Bibl. univ. (1832}. T. Li, p. 337.

Poggendor/f. — Idem, — Bibl, univ, (Nouvelle série, 1840). T. xxx, p. 215. — Ann. de ch, et de phys, T. lxxv, p. 333.

Nobili, — Couranls thermo-électriques. — Bibl, univ. (1828). T. xxxvii, p. 119. — Application de la pile thermo-électrique à la mesure des températures. — Bibl, univ, (1830). T. xliv, p. 225, et t. lvii (1834), p. 1.

Melloni. — Idem. — Ann. de ch. et de phys, T. xlviii, p. 198, et t. un, p. 5.

RegnaulL — Idem, — Arch, des se. phys. [Bibl. univ.), T. xi, p. 265, et Mémoires de VAcad. des sciences de Paris,

Becquerel et Breschet. — Idem. — Ann. dech. et de phys, T. lix, p. 113.

Peltier. -^ Pince thermchélectrique et froid produit par le courant électrique. Ann. de ch. et de phys. T. lvi, p. 37 1, et t. lxxi, p. 225.

Wartmann, — Diathermansic électrique. — Arch, de Vélectricité, T. i, p. 74,

Frankenheim, — Rapports entre les phénomènes électro-calorifiques et thermo-électriques. — Ann, der physik, t. xci.

Clausius. — Application de la théorie mécanique de la chaleur aux phénomènes thermo-électriques. — Ann. der physik, T. xc.

Thomson, — Considérations sur les courants thermo-électriques. — Arch, des se, phys, [Bibl. univ.). T. xxvii, p. 51, et p. 347.