CHAPITRE IL

Des effets électriques produits au moyen de la chaleur.

On a vu que la chaleur et l'état des corps exerçaient une grande influence sur le dégagement de rélectricité dans le frottement, et que les corps qui avaient une température plus élevée, ou qui s'échîiuffaient le plus, tendaient à prendre l'électricité négative. On dut conclure de là qu'il existait des rapports tellement intimes entre la chaleur et rélectricité, que l'une accompagne la production de l'autre, et vice versa. Les rapports entre la chaleur et le fluide électrique commencent donc à se manifester sous nos yeux -d'une manière si intime, que nous devons les étudier avec soin , d'autant plus qu'ils servent à la théorie électro-chimique que nous développerons plus tard.

Nous commencerons par étudier l'action de la chaleur pour provoquer des effets électriques, d'abord dans les corps conducteurs, puis dans les corps mauvais conducteurs, et ensuite nous nous occuperons de la chaleur produite par l'électricité.

Si Ion introduit un fil de platine dans un tube de verre fermé à la lampe par l'une de ses extrémités, et que l'on fasse communiquer le bout libre du lil avec le plateau supérieur d'un condensateur platiné ou doré, en touchant du doigt le plateau inférieur, et qu'au moyen d'une lampe à alcool, on porte au rouge la partie du tube qui est fermée, on n'obtient aucune charge électrique en séparant les plateaux. Mais si l'on enroule sur l'extrémité du tube qui a été fermé, le bout a d'un fil de platine dont le bout I bre b communique avec le sol, et que l'on chauffe la partie enroulée jusqu'à l'incandescence, le fil intérieur transmet au condensateur une charge très-sensible d'électricité positive. Or les points a et b n'ayant pas la même température, et le verre qui les sépare étant devenu conducteur de la chaleur, il faut donc que le bout inférieur b, qui est moins chaud que le bout «, prenne l'électricitive négative, et a l'électricité positive. Ce résultat nous conduit à un principe important dont voici l'énoncé : Lorsqu'un fil de métal fig. i5, pi. Vl j non oxydable ou une suite de particules a, a', a" etc., liées entre elles par la force d'agrégation, est mis en contact par l'une de ses

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extrémités a avec une source de chaleur b, d'une nature quelconque., à l'instant où la chaleur commence à se propager dans le fil, cette extrémité prend rélectricité positive, tandis que l'électricité négative retourne vers la source ; mais a' recevant de la chaleur de a par rayonnement , puisque la chaleur se transmet de particule à particule, et a" de «', ainsi de suite, la seconde particule, qui s'échauffe aux dépens de la première, prend à celle ci , à chaque instant, de l'électricité positive et lui transmet de l'électricité négative, jusqu'à ce que l'équilibre de température soit rétabli entre elles. D'un autre côté, la décomposition du fluide électrique étant immédiatement suivie d'une recomposition des deux fluides dégagés, il en résulte une foule de décompositions et de recompositions de fluide électrique, qui ne cessent que lorsque l'équilibre de température est complètement établi dans toutes les parties; d'après cela, il ne peut y avoir d'électricité libre qu'aux deux extrémités. Si donc l'on touche le bout incandescent avec un corps conducteur assez volumineux, tel qu'un morceau de papier humide ou un morceau de bois mouillé, ou enlève à ce bout son électricité positive, et il ne reste au fli que l'électricité négative. Cette expérience prouve que pendant le mouvement de la chaleur dans ime barre de métal , il s'opère une suite de décompositions et de recompositions de fluide électrique qui ont de l'analogie avec le mode de propagation de la chaleur dans les corps. L'expérience suivante vient confirmer cette manière de voir :

Soit un circuit formé d'un fil de platine dont les deux extrémités sont en communication avec un multiplicateur thermo-électrique; si l'on élève la température d'une partie quelconque du fil de platine , loin des soudures, l'équilibre des forces électriques ne saurait être troublé en raison de l'homogénéité de toutes les parties, et de ce que la propagation de la chaleur se fait également à droite et à gauche des points échauffés. Mais il n'en est plus de même quand on forme un nœud ou une spirale en o, à peu de dislance du foyer de chaleur/; il se produit alors un courant dont la direction indique que la spirale a pris l'électricité positive ; or, comme il n'y a dans cette partie aucune soudure, il faut en conclure que l'effet électrique est dû à une différence dans la propagation ou le mouvement de la chaleur à droite et à eauche du point/, par suite de la présence de la spirale; les fils métalliques bons conducteurs de la chaleur produisent des effets nuls.

On obtient des effets analogues à ceux qui viennent d'être exposés, lorsqu'il } a so'ution de continuité dans un lil de platine. Supposons fixés aux deux extrémités du lil d'un mulliplicaleur, deux fils de pla-

fine parfaitement homogènes, et terminés en spirale ; plongeons une (le ces spirales dans la flamme d'une lampe à alcool, retirons-la quand elle est rouge , et posons-la sur celle qui est à la température ordinaire, il y a courant électrique, dont la direction est telle, que le bout qui s'échauffe prend à l'autre l'électricité positive. Avec deux fils do cuivre, parfaitement décapés, on n'obtient un courant qu'autant que l'une des spirales est primitivement oxydée, afin de diminuer la conductibilité. L'application d'une couche très-mince de mercure, d'étain, d'or ou d'argent purs sur la spirale, produit un effet semblable; il suffit, en un mot, de changer la propagation de la chaleur, pour avoir un dégagement d'électricité. L'or et l'argent présentent les mêmes effets que le cuivre quand ils sont purs; mais s'ils renferment du cuivre, la couche d'oxyde qui se forme quand l'on chauffe suffit pour mettre obstacle à la propagation de la chaleur. Veut-on avoir un courant continu, on prend deux fils de cuivre, en rapport chacun par un bout avec lune des extrémités du fil d'un multiplicateur, on réunit les deux bouts libres, au moyen de deux crochets passés l'un dans l'autre, et l'on chauffe jusqu'au rouge, à droite ou à gauche des points de jonction, avec une lampe à alcool; il se produit un courant électiùque dirigé du côté chaud au côté froid , aussitôt que la surface du cuivre est recouverte d'une couche d'oxyde. En opérant avec des métaux oxydables , tels que l'antimoine, le zinc et le fer, les effets sont inverses, c'est-à-dire que le courant va du froid au chaud. L'oxydation n'est pas la seule cause de cette inversion, car, s'il en était ainsi, le côté chaud, qui serait le plus attaqué, continuerait à être négatif.

Le plomb et l'étain donnent des effets variables, en raison de leur hétérogénéité. On a vu, en effet, par ce qui précède, que si les fils ou masses métalliques recèlent des corps étrangers qui tendent à modifier la propagation de la chaleur, les deux électricités se séparent au point où se trouvent ces parties étrangères. On en a un exemple dans le fer, qui n'est presque jamais exempt de carbone ou d'oxyde. Eu effet, si un fil de fer, étant en rapport avec un multiplicateur, on promène la flamme d'une lampe à alcool successivement sur tous les points, en portant la tempéiature jusqu'au rouge, et éloignant la flamme des soudures pour ne pas les échauffer, on obtient souvent un courant électrique qui ne peut être attribué qu'à l'inégale propagation de la chaleur dans deux portions contiguës ; mais comme toutes les parties ne donnent pas lieu à cet effet, on peut l'attribuer à la présence de corps étrangers.

Il résulte des faits précédents qu'en prenant deux fils de platine, de

diamètre différent, communiquant par un de leurs bouts avec le multiplicateur , et en contact par leur bout libre terminé en anneau , si l'on plonge l'anneau du fd le plus lin dans la flamme d'une lampe à alcool , on a un courant continu , par suite de l'inégale propagation de la chaleur dans les deux fils. Nous répétons encore que toutes les causes qui tendent à modifier la propagation de la chaleur troublent l'équilibre des forces électriques. Nous citerons l'expérience suivante , qui rentre dans les précédentes : M. Peltier prépara un fil de métal de 6 mètres de long , mais de diamètre différent dans plusieurs parties ; trois de ces parties avaient un millimètre de diamètre, trois autres un demi-millimètre, et cela sans aucune soudure; le fil était toujours parfaitement homogène, et sa'ns soudure. Toute influence étrangère étant écartée , les efl'ets produits , en chauffant les points où le fil changeait de diamètre, ne pouvaient être attribués qu'à la différence qui avait lieu dans le changement subit de la propagation de la chaleur. Le courant électrique allait presque toujours du côté chauffé au côté froid : quand on trouve une anomalie, l'effet est contraire ; il existe souvent des parties hétérogènes qui viennent compliquer les résultats; aussi, en raccourcissant ce fil, on parvient à trouver le point qui donne un effet neutre : au delà, on retrouve les effets précédemment indiqués. Lorsque l'on opère avec un fli de cuivre, il faut attendre que l'équilibre soit parfaitement rétabli avant de commencer l'expérience.

On doit donc regarder comme démontré que, lorsque la chaleur chemine dans un corps, à l'endroit où elle rencontre un obstacle, il y a séparation des deux électricités, comme si la chaleur se décomposait alors en ses deux éléments. Mais cet obstacle peut provenir nonseulement de la présence de corps étrangers , mais encore de létat cristallin des corps, en vertu duquel l'élasticité des parties n'étant pas la même dans tous les sens, la propagation de la chaleur ne doit pas être uniforme. Deux exemples suffiront pour montrer les effets thermo-électriques produits dans ce cas.

Dans un rectangle ab c d ipl. YI, fig. lo) formé de quatre carreaux de bismuth soudés bout à bout, si l'on élève la température de différen«^es parties au moyen d'une lampe à alcool , et que l'on place au-dessus du rectangle une aiguille aimantée délicatement suspendue, on trouve les effets suivants :

Quand on chauffe le point a le courant va de b en a b — — b — a

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M. Sturgeon, auquel est due cette expérience, a trouvé, après quelques essais et en chaufféintà peu de distance de b, un point qui ne donnait aucun courant. Ces effets varient d'un rectangle à l'autre, attendu qu'ils dépendent de la construction et de l'état cristallin de chaque barreau et des soudures. Pour éviter ces dernières, prenons un barreau rectangulaire de bismuth ac (fig. 17, pi. VI].

En le chauffant en 6, il est devenu fortement magnétique; le courant se dirigeait vers le côté c ; deux faces étaient à l'état neutre. Lorsque toute l'extrémité c était chauffée uniformément , le courant atteignait le maximum d'intensité, et passait par les mêmes faces du prisme en se dirigeant en sens inverse. En chauffant uniformément le bout a, il ne se manifestait aucun courant jusqu'à ce que la chaleur eut atteint un certain point b; l'effet était alors le même que si l'on eût chauffé ce point. En supprimant l'extrémité neutre , le reste du barreau devenait magnétique, quelle que fût l'extrémité a laquelle la chaleur fût appliquée.

Nous ne poursuivrons pas plus loin l'examen des effets électriques produits dans des mftsses formées d'un métal qui cristallise facilement, attendu qu'ils ne peuvent conduire à aucune loi , vu l'impossibilité ou l'on est de déterminer l'état cristallin d'r-s parties. Il n'en est pas de même des effets thermo-électriques produits dans des circuits fermés, composés de deux métaux différents ; ils sont assez remarquables, car ils se rattachent aux effets électriques de frottement et à une propriété calorifique des corps dont il se ra bientôt question. On a vu que l'on ob'ient dans un fil de platine un courant électrique continu quand, ayant réuni ensemble les deux bouts libres au moyeu de deux anneaux passés l'un dans l'autre , on porte le foyer de chaleur à droite ou à gauche des points de jonction; et qu'il en est encore de même en opérant avec deux fils de cuivre, dont une des surfaces a été préalablement oxydée. Mais si l'expérience se fait avec deux fils de métaux différents, soudés par un de leurs bouts, ou seulement rapprochés par une forte pression, et en communication de l'autre avec un multiplicateur, on a des courants qui permettent de ranger les métaux dans l'ordre suivant : bismuth , platine, plomb, étain, cuivre, or, argent, zinc, fer et antimoine. Dans cette classification, chaque métal est positif par rapport à celui qui le précède, et négatif relativement à ceux qui le suivent; cet ordre est précisément le même que celui que nous avons indiqué pour les effets électriques de frottement que nous n'avons pu attribuer entièrement à la chaleur dégagée, car, si au lieu de frotter légèrement deux lames

l'une contre l'autre, on les frappe à coups redoublés en évitant les frottements latéraux, il ne se produit pas de courant, quoiqu'il y ait plus de chaleur dégagée que dans le premier cas ; il faut donc, puisque les mêmes points des surfaces restent en contact : l" que Télectricité dégagée sur chacune d'elles n'ait pas eu besoin , pour se recombiner, de suivre le fil du multiplicateur, la recomposition s'opérant immédiatement; 2° que la chaleur produite dans le frottement ne soit pas la cause unique des effets électriques, car celle qui se dégage pendant un choc violent est probablement plus forte que celle produite par un faible frottement.

Si Ton interrompt par un liquide un circuit thermo-électrique au moyen de deux lames de platine plongeant dans ce liquide, et en communication avec les lames ou fils de métal , on n'obtient qu'un faible courant en chauffant la soudure; cela vient de ce que le liquide, en raison de sa mauvaise conductibilité, détermine la recomposition des deux électricités au contact des deux métaux.

Diverses substances minérales, telles que la plombagine, le peroxyde de manganèse , le persulfure de fer, peuvent servir à former des circuits thermo-éifctriques La plomha^ine est positive par rapport au platine, taudis que ce dernier est positif relativement au peroxyde de manganèse et au persulfure de fer.

En cherchant parmi les propriétés calorifiques des corps celles qui ont quelques rapports avec les précédentes, on ne trouve que la chaleur spécifique, car l'ordre des métaux rangés suivant leur chaleur spécifique est : bismuth, plomb, or, platine, argent, antimoine, zinc, cuivre et fer. Quoique dans les deux tableaux le rang de chaque métal ne soit pas le même , on voit cependant qu'à peu d'exceptions près les métaux les plus électro-négatifs sont ceux qui ont le moins de chaleur spécifique. La capacité calorifique peut donc influer jusqu'à un certain point sur les phénomènes thermo-électriques. De plus, nous avons vu que le pouvoir conducteur pour l'électricité était aussi une des causes des phénomènes thermo-electriques; en voilà donc deux qui concourent à l'effet général. Continuons l'examen de ces phénomènes.

On prend un circuit compose de fils de différents métaux dans lequel le cuivre et le fer sont d'abord en contact immédiat en a, et partout ailleurs ils sont séparés aux soudures b et c^ d et e, /et g^ par des fils de platine, d'or et d'étain. On commence à porter la soudure a à SO", tandis que l'on maintient à zéro toutes les autres ; on observe alors l'intensité du cour-int, puis l'on porte successivement à 50" les soudures b et c, tl et e, f et <j, eu maintenant égale-

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ment toutes les autres à zéro. Dans ces diverses circonstances, les courants produits ont toujours la même intensité, de sorte que le fer et le cuivre, quand ils sont en contact ou séparés par d'autres métaux , donnent naissance à un courant dont l'intensité est la même. Cette intensité ne dépend par conséquent que de la température des deux points extrêmes. Ce fait est très-important, i)uisqu'il tend à démontrer que le courant ne provient pas d'une action de contact, mais d'une différence dans le mode d'action de la chaleur sur chaque métal en particulier.

Prenons actuellement un circuit composé d'un iîl de cuivre et d'un fil de fer soudés bout à bout, et chauffons inégalement les deux soudures pour savoir suivant quelle loi varie l'intensité du courant.

TEMPÉRATURES

DÉVIATIONS

INTENSITE

de l'aiguille

correspondante

de la première soudure.

de la deuxième soudure.

aimantée.

du courant.