CHAPITRE Vil
COURANTS TIIERMO-ËLECTRIQCES
605. Cownuite thcnuo-élcctrlvacs. — Ou nomme cmaranU thermoélectriques des courants qui prennent naissance dans des circuits fermés dont on maintient certains points à des températures difîérentes. La production de ces courants a été découverte, en 1821 , par Seebeck, et étudiée depuis lors par divers physiciens, notamment par M. Becquo^l et par M. Magnus.
Nous ne nous occuperons ici que des courants produits sous l'influence de la chaleur dans des circuits entièrement métalliques, et nous distinguerons deux cas : celui où le circuit est formé d'un seul métal, et celui où le circuit est constitué par une chaîne de métaux différents.
604. CircBlts tarmém 4*«m schI métal. — Supposons que les deux extrémités d'un fil de platine parfaitement homogène aient été fixées aux deux bouts du fil d'un galvanomètre. Si Ton vient à chauffer un point de ee fil de platine, voisin de son milieu, on n'observe aucune déviation de Taiguille, donc aucun courant électrique. Mais si, avant de faire cette expérience, on a préalablement fait subir à Tune des moitiés du fil un traitement capable d'en modifier l'état moléculaire, l'action de la chaleur appliquée dans le voisinage du point milieu développe un courant électrique, qui dévie Taiguille du galvanomètre. — Pour produire cette modification moléculaire, on peut après avoir étiré le fil à la filière, recuire l'une des moitiés, c'est-à-dire la chauffer à une température assez élevée et la laisser ensuite refroidir lentement ; on peut encore prendre le fil tel que le commerce le fournit, et en marteler une partie ; on peut enfin écrouir une portion du fil, eo la
Fig.466.
GOURANTS THERMO-ÉLECTRIQUES.
contournant sur ell^e-même de manière à en faire une hélice ou nœud, puis chauffer un point voisin de la spirale ou du nœud, comme le montre la figure 468.
Le courant obtenu dans ces diverses circonstances est dirigé, selon la nature du métal, tantôt de la partie la plus dure du fil vers la partie la moins dure, en passant par le point échauffé, tantôt en sens inverse. Le'premier cas se présente pour le fer, Tétain, le zinc; le second, pour le laiton, IVgenI, Tacier, le cuivre, Tor, le platine.
605. Clreolla compoaéa de plusleors métawx. — Lorsqu^on forme un circuit avec deux barreaux ou deux fils métaUiques, de natures différentes, soudés par leurs extrémités, il suffit, pour obtenir un courant thermo-électrique, de maintenir les deux soudures à des températures inégales. — Cest ce que Ton démontre au moyen d'un petit appareil dû à Seebeck. BB' (fig. 469) est un prisme de bismuth, aiyc extrémi-
Fig. 469. — Eipérience de Seebeck.
tés duquel est soudée une lame de cuivre recourbée GG^ On place dans rintérieur du rectangle une aiguille aimantée et Ton oriente le plan du cadre BCCB' dans le méridien magnétique. Si Ton chauffe une des soudures B ou B', avec la fiamme d'une lampe à alcool, Faiguille est déviée ; le sens de cette déviation indique que le courant thermo -électrique traverse la soudure échauffée en allant du bismuth au cuivre.
Des courants semblables peuvent être obtenus avec deux métaux quelconques. — Ainsi, si Ton met un galvanomètre en communication avec les extrémités de deux fils métalliques, de natures différentes, dont les deux autres bouts soient soudés ou fortement appliqués l'un contre Pautre, il suffit de chautfer le point de jonction pour que Taiguille du galvanomètre soit déviée. Le sens du courant dépend de la nature des mé-
51* ÉLECntlCITB BT MIGISÉTISHE.
Uni emi^oyét. — Dans le Uibleau sniTinl, un métal quelconque est po- •ili/' par rapport à ceux qui le suivent, et négalif par rapport i ceux qui le précédent; en d'aulres termes, deux méraui quelconques de la série étant accouplés comme il lient d'être dit, si l'oa échaufTe le point de jcmction, il se produit un courant qui Irarerse ce point eo passant du métal qui précède au métal qui suit :
Btunutb. Argcnl. Or.
Hickil. ÉUin. Zinc.
PUlinc. Plomb. Fer.
Pilladium. Hbodlum. Ancnie.
Cobill. Lillon. AnUmoiPC.
Kuiginéie. Cuiirc.
606. (^«Miple tberaMi-éleetrbiBc, ~ Si, aux deux extrémités d'nn cylindre àe bismuth B, deux fois recourbé i angle droit, on soude deux „ gros fils de cuivre C, C
ifig. 470), on a un cmpU thermo-éleetrique. 11 suffit, pour obtenir un courant, de fermer le circuit en rie.i'o. réunissant les deux bouts
dt^s tils C, C, puis d'écbaufl'une quelconque des deux soudures ; le courant est dirigé du bismuth cuivre à travers la soudure chaufTée.
-jnu
FIg. m. — Couple Ibermo-éleeLriitne.
Si la deux ioudweâ du couple lonl tnaintenuet à det lempéraluret ir
mriabht, l'inleniUi [du courant thermo-électrique demeure coiulanle. -
GOURANTS THERMO-ÉLEGTRIQUES. 517
Ce principe peut se démontrer, par exempte, en plongeant la soudure  dans un vase V (fig. Ali) contenant de Teau bouillante, et la soudure D dans un vase V' contenant de la glace fondante ; on fait ensuite communiquer les fils G et G' avec un galvanomètre, et Ton observe que la déviation de Taiguille reste constante aussi longtemps que les températures en A et en D demeurent invariables. — Si cette condition est remplie, le couple thermo-électrique est donc im véritable couple à courant corutant; il est d'ailleurs le seul auquel cette dénomination soit applicable en toute rigueur.
607. I<e« imiCÊUskiém des coaramts foiinils par mn co«ple theniHi-électrlqiie Mmt proportlfonnelles, entre eertaines Umlies, aux difTérences de températures des deax soadares. — Supposons qu'on ait deux couples thermo-électriques, parfaitement ûientiques, c'est-à-dire donnant des déviations égales à un même galvanomètre, quand leurs soudures correspondantes présentent la même différence de température : supposons, en outre, que Ton ait un galvanomètre sur lequel soient enroulés deux fils identiques F et F', c'est-à-dire tels qu'en faisant traverser ces deux Ois successivement par le courant d'une source constante, on obtienne des déviations rigoureusement égales. — Maintenons à zéro la soudure D du premier couple, et à 2 degrés par exemple la soudure A, puis mettons les deux fils G et G' en communication avec le galvanomètre ; soient 50** la déviation obtenue. Portons aux mêmes températures les soudures correspondantes du second couple, et mettons ce couple en rapport avec le fil F'. Avec ces deux courants égaux, agissant simultanément sur l'aiguille, on observera, par exemple, une déviation de 55*. Enlevons enfin le second couple, mais portons la soudure A du premier à 40 degrés, tandis que D reste maintenue à zéro : nous observerons encore une déviation de 55*. Donc un courant unique, dû à une différence de température de 40 degrés, produit une déviation égale à celle que donnent deux courants dus à une différence de 20 degrés, lorsqu'ils agissent simultanément sur l'aiguille; en d'autres termes, l'intensité du premier est double de Tintensité de l'un quelconque des deux derniers.
Cependant l'expérience montre que la proportionnalité entre l'intensité du courant et la différence de température des deux soudures cesse d'exister quand cette différence dépasse une certaine limite* £u général, on peut admettre qu'elle se maintient tant que la différence de température est inférieure à 40 degrés. Pour certains métaux, la limite est plus reculée : pour le fer et le cuivre, par exemple, la proportionnalité se maintient jusqu'à 140 degrés. — Quand la diflérence des températures dépasse ces limites, l'intensité du courant augmente suivant une loi moins rapide, puis atteint un maximum à partir duquel elle décroit, devient nulle, et enfin le courant change de sens. Pour le circuit fer et cuivre, le courant devient nul lorsque la différence de température des deux soudures est>
518 ÉLECTHICnÉ ET lUGHËTlSHE.
d'enviroD 300 degrés ; dans un circuit linc et argent, le n
lensité a lieu pour une diflërence de 130 degrés, et le courant denent
nul quand cette difTérence atteint S25 degrés.
608. Ap^eaOoB 4b eoMplo »hcr»o-ël«e«rlq«e * la iiBi»^ tloM *m (>lTaaoaiétre. — La proposition qui précède conduit à une mélhode fort simple de graduation du galvanomètre, laquelle est surtout applicable aux galvanomètres à groi fii [565).
L'une des soudures du couple ^nt maintenue à zéro, on portera successivement l'autre à 5, 10, 15... 5h, 40 degrés, et l'on notera h chaque fois la déviation de l'aiguille. A ces différentes déviations, correspondent, en vertu de la loi précédente, des courants dont les inlensilés sont entre elles comme les nombres S, 10, 15... 35, 40 ; on conçoit donc que, par une conslruclion graphique analogue à celle qui a élé décrite à propos de la graduation de l'hygromètre de de Saussure (354], on puisse déterminer les intensités relatives des courants qui amèneraient l'aiguille aui divers points du cercle divisé. — Ces expériences montrent que, tant que la déviation ne dépasse pas une certaine limite, de SO à 30* envinm, et variable d'ailleurs d'un galvanomètre ï l'autre, les écarts de l'aiguille sont proportionnels aux inlenâitès des couranLi qui les déterminent; au delk, ces écarts croissent suivant une loi moins rapide.
609. Plie thenBo-élcctrl^Bc. — Si l'on réunit un certain nombre de cylindres de bismuth, tels que B, B {fig. 4T~i), en soudant i leurs extrémités des lames de cuivre convenablement repliées C, C, C, ini obtient
Fig. m — Pile iliemia-èleeiriiiue.
une pile tharmo-élecirique. Si l'on plonge toutes les soudures de rang impair 1, 3, etc., dans l'eau bouillante, et toutes les soudures de rang pair, S, 4, etc., dans la glace fondante, si enfin on réunit les deux pôles par un Cl conducteur, tous les couples déterminent dans le circuit des couranU de même sens, dont les intensités s'ajoutent. Pour le consUter,
GOURANTS T11ER1I0-ÉLECTBIQDES.
il suffît d'introduire dans ce circuit un galvanomètre préalablement gradué, et de déterminer les déviations obtenues : i* en faisant agir tous les couples à la fois, c'est-à-dire en portant toutes les soudures impaires à 100* et toutes les soudures paires à zéro; 2* en faisant agir un seul couple, c'est-à-dire en portant une seule soudure impaire à 100*, et maintenant à zéro toutes les autres soudures. En faisant alors usage de la table de graduation dv galvanomètre, on verra que, si la pile se compose, par exemple, de 10 éléments, Tintensilé du premier courant est égale à 10 fois celle du second ; il en sera de même, quel que soit le nombre ' des éléments employés. Donc :
LHntensUé du courant fourni par une pile thermo-^électrique est, toutes choses égales d'aillewSy proportionnelle au nombre des éléments qui le produisent.
n serait facile de constater, en opérant d'une manière analogue, que, pour la pile comme pour le couple thermo-électrique :
Uintensité du courant est proportionnelle à la différence de tempéra-^ turc des deux systèmes de sotidures, pourvu que cette différence ne dépasse pas une certaine limite.
Le caractère distinctif de ces piles est la petitesse de leur force électromotrice (536), en sorte que leur intensité éprouve une diminution notable dés qu'on introduit dans le circuit une résistance un peu considérable. Si, par exemple, on fait passer un courant thermo-électrique dans un galvanomètre à fil long et fm, on n'observe qu'une déviation à peine appréciable, à moins que ce courant ne soit fourni par une pile d'un très-grand nombre d'éléments , de même, pour produire la décomposition de l'eau et des sels au moyen des courants thermo-électriques, il faut recourir à des piles composées de couples très-nombreux. — Ces résultats se conçoivent sans peine, d'après ce qui a été dit précédemment des intensités des courants en général.
610. Plie 4e IIcIIobI. — Thermo-mBltlpUeateiir. — On doit à Melloni un appareil thermo-électrique, destiné spécialement à l'élude de la chaleur rayonnante, et qui repose sur les principes précédents.
On forme une pile thermo-électrique, avec une série de petits barreaux de bismuth a, a... {fig, 473), recourbés comme l'indique la figure, et alternant avec des barreaux d'antimoine h, b...; les deux extrémités de la chaîne seront mises en communication avec le ûl d'un galvanomètre G qui
Fig. 473.
fennera le circuit (*). Pour^facililer l'usage de celte pile, on r^lie la chaîne des petits barreaux, de manière à en former un faisceau prismatique CD {fig. 474). en ayant soin d'empêcher le contact des barreaui. partout ailleurs qu'aux soudures, par rinlerposilion de petites bandes de papier verni. Dans ce faisceau, toutes les soudures impaires soat aiusi
Fig. 47t Fig. trS. — Pile Ihenno-électrique.
placées d'un même cdlé, toutes les soudures paires sont de l'autre : ces deux systèmes de soudure forment ce que nous nommerons les facet de la pile : on les couvre d'une couche de noir de fumée, qui a un grand pouvoir absorbant pour h chaleur. Enfin, on assujettit la pile daus une yahie de cuiwe, de manière que ses deux facet, placées verticalement, d^assenl l'étui, de part el d'autre, en C et D {fig. 475} ; les deui eitrcloilés de la chaîne sont mises en communication avec les boutons métalliques P, F, qui recevront les lils allant au galvanomètre. Deux tubes de cuivre T, T', munis d'opercules mobiles S, S', s'adaptent, de part el d'autre, el servent à préserver les faces de la pile, de la chaleur qui pourrait leur être envoyée par les corps 'environnants.
Les communications de la pile avec le galvanomètre étant établies, si l'on place en présence de l'une des faces, et à une certaine distancé, un corps à une température un peu supérieure â celle de la pile, et qu'on lève l'opercule qui couvre cette face, il se produit un courant donnant naissance à une déviation immédiate du galvanomètre, déviation dont la grandeur dépend de la quantité de chaleur reçue. — Cet appareil, d'une extrême sensibilité, a reçu le nom de Ihermo-multiplkaleur : nous verrons plus loin comment il peut fournir, dans les diverses circonstance-, les mesures des quantités de chaleur qu'il reçoit.
61 1 . AIrmUIm Ikenno-éIcMrIqMM de RI. Bec«DCr«l. — U. Becquerel a fait usage, dans ses recherches sur la température des êtres vivants, de deux aiguilles composées chacune d'un hl de fer F et d'un fil de cuivre C (^g. 476) soudés ensemble. Les extrémités [er des deux aiguilles sont réunies par un fil de fer, et les extrémités cuivre sont eu communication avec le fil d'un galvanomètre. Lorsque la température de la
(') C« gilvanomtire doit eire à griti fil, d'après Ce qui a été dit prfcédam-
COUa^KTS THERHO-ÉLECTRIQUES. 531
soudure de l'une des aiguilles est maintenue constante, le sens du courant qui traverse le galranomètre indique le sens des petites variations de lenipcralure éprouvées par l'autre soudure. Lorsque les deux souduree sont placées dans deux parties difTérenles du ' corps d'un même animal, le sens du courant indique de quel cûlé la température est le plus élevée.
M. Boulan a fait usage d'aiguilles Iherrao-élec triques construites d'après le même principe, pour étudier la température des globulei liquides caléliêa (SU), et pour démontrer ainsi que celte température est toi^ours inférieure à, celle de l'ébullition du liquide sous la pression de l'atmosphère.
Fig. 4T6. — Aiguilles tbernKvélecIriqucs.
