CHAPITRE X

94. Expérience de Galvani. — Toutes les fois que sur une grenouille récemment préparée, on met les nerfs lombaires en communication avec les muscles par un arc métallique formé de deux métaux, zinc et cuivre par exemple (^^. 8i), les membres sont agités par de vives contractions.

Galvani, l'auteur de cette découverte dont les conséquences devaient être si importantes, voyait dans la grenouille même la cause première du phénomène : il l'assimilait à une bouteille de Leyde dont les nerfs auraient formé l'armature intérieure, les muscles l'armature extérieure ; pour lui la charge s'effectuait par l'action des forces vitales et l'arc métallique n'était que Vexciiateur qui opérait la décharge.

95. Principe de Volta. — Loi du contact. — Volta admettait comme Galvani la nature électrique du phénomène : mais frappé surtout de ce fait que le contact de deux métaux était nécessaire à la réussite de l'expérience, il voyait dans ce contact même l'origine de l'électricité, la grenouille jouant seulement le rôle d'un électroscope très sensible. Il fut ainsi conduit y. poser un principe général, devenu une des lois

ibndamentales de l'électricité et que nous énoncerons de la manière suivante :

Le contact de deux métaux et, plus généralement, de deux corps hétérogènes quelconques, suffit pour établir entre ces deux corps une différence de potentiel. Cette différence dépend uniquement de la nature des corps et de leur température; elle est indépendante de leurs dimensions, de leur forine, de Véten-

Fic^. 82.

due des surfaces en contact et de la valeur absolue du potentiel sur chacun d'eux.

Parmi les nombreuses expériences imaginées par Volta, pour mettre ce principe en évidence nous citerons les deux suivantes :

On prend à la main une lame de zinc soudée à une lame de cuivre et on met cette dernière en communication avec le plateau inférieur de l'électromètre condensateur, l'autre plateau étant au sol [fig. 82). Les communications rompues et le plateau supérieur soulevé, les feuilles d'or divergent, chargées

d'électricité négative; ce qui prouve que le potentiel du cuivre était négatif, celui du zinc tenu h la main étant zéro. Si on répète l'expérience en tenant à la main la lame de cuivre et en touchant le plateau avec le zinc, les feuilles restent immobiles : la chute de potentiel en allant du zinc au cuivre est évidemment la même de part et d'autre, et le potentiel du plateau doit être nul comme celui de la lame de cuivre qu'on tient à la main.

Deux plateaux, l'un de zinc, l'autre de cuivre, tenus par des manches isolants (fîg. 83) et primitivement à l'état neutre, sont mis en contact, puis séparés l'un de Vautre -, tous deux sont électrisés, le zinc positivement, le cuivre négativement. La charge est d'ailleurs

proportionnelle à l'étendue des surfaces en contact. Les deux plateaux se sont chargés comme les lames d'un condensateur entre lesquelles on aurait établi une différence de potentiel. Les deux électricités de signes contraires forment sur les surfaces en contact deux couches équivalentes, qui restent séparées, malgré l'absence d'une lame isolante, en vertu de la force électromotrice de contact de Volta.

Ainsi, quand deux métaux A et B en contact,, sont en équilibre électrique, le potentiel est constant sur chacun d'eux, mais il éprouve une variation brusque {fig. 84) quand on passe de l'un à l'autre. Nous représenterons par le symbole A | B la variation que l'on rencontre en allant de A vers B, par B I A celle de B vers A ; on a évidemment

B1A = - AlB.

Fig. 8',.

Si les deux métaux forment un circuit fermé, chacun d'eux

est évidemment à un potentiel constant, et la somme des forces électromotrices est nulle. Il n'en saurait être autrement sans contradiction avec le principe de la conservation de l'énergie, puisqu' alors il y aurait un mouvement continu d'électricité, produisant du travail sans dépense équivalente.

96. Loi des contacts successifs. — Supposons maintenant une chaîne formée de corps hétérogènes A, B, G... soudés à la suite les uns des autres. Volta a été conduit à distinguer deux cas, suivant que les corps de la chaîne sont tous -des métaux, ou qu'il y a parmi eux des liquides tels que de l'eau tenant en dissolution des bases, des acides ou des sels.

Dans le premier cas, si les deux métaux qui terminent la chaîne sont identiques, les extrémités sont au même potentiel, ce qu'on exprimera par la formule

AlB+BIC+.... + L|M + MlA:=ro.

Gomme on a M j A = — A | M, on peut écrire A|B+B1G.... + L|M = A1M;

de sorte que lorsque la chaîne est terminée par deux métaux quelconques A et M, Za différence des potentiels des métaux extrêmes est la même que si les deux métaux étaient directement en contact.

Gette loi est la loi des contacts successifs; elle est encore une conséquence évidente du principe de la conservation de l'énergie : autrement, la chaîne fermée sur elle-même donnerait lieu à un mouvement continu d'électricité.

Il n'en est plus de même et la loi des contacts successifs ne s'applique plus, dans le second cas. Dans une chaîne formée de zinc, d'eau acidulée et de cuivre, les deux métaux en contact avec l'eau sont au même potentiel ou du moins leur différence de potentiel n'est point celle qui aurait lieu s'ils étaient immédiatement en contact ou séparés par un métal quelconque. Si on fei'me le circuit en réunissant les deux métaux par un fil de cuivre par exemple, on obtient

au point de jonction A du cuivre et du zinc une diffe'rence du potentiel qui n'est plus compensée, comme dans le cas précédent, par la différence qui existe entre le cuivre et le zinc plongés dans l'eau; la somme des forces électromotrices du circuit n'est plus nulle, et l'équilibre est impossible. Un mouvement continu d'électricité se produira ; mais il n'y a plus ici contradiction avec le principe de la conservation de l'énergie, car, ainsi que nous le verrons plus loin, il se produira corrélativement, entre le liquide et les métaux, des actions cbimiques qui fourniront l'énergie nécessaire à l'entretien du mouvement électrique.

97. Pile de Volta. — C'est en partant de ces idées ou du moins d'idées analogues

mais moms précises, que Volta a construit la pile. Plaçons un disque de cuivre sur un support isolant, puis par dessus un disque de zinc ; quel que soit le potentiel V du disque de cuivre, celui pi^. gr

du zinc sera Y -f a, si on

désigne par a la force électromotrice de contact entre le zinc et le cuivre. Mettons par-dessus une rondelle de drap imprégnée d'eau acidulée, puis une rondelle de cuivre; celles-ci agissant comme de simples conducteurs, prendront le potentiel V+« de la lame de zinc. Mais un nouveau disque de

zinc placé sur le cuivre se mettra au potentiel V -{- aa et ainsi de suite ; de sorte que si on a superposé n couples de disques cuivre et zinc, tous dans le même ordre, en les séparant par des rondelles de drap, on aura constitué une pile dont l'extrémité supérieure sera au potentiel V + rz a, et qui par suite présentera entre ses deux extrémités une différence de potentiel égale à na, cette différence étant constante et indépendante de V. Ainsi si l'on met l'extrémité inférieure de la pile en communication avec le sol, son potentiel devient zéro, et celui de l'extrémité supérieure est + na. Si on met au contraire l'extrémité supérieure au potentiel zéro, celui de l'extrémité inférieure devient — na. Enfin si on met au sol le p'""" couple à partir du bas, le potentiel est — pa à l'extrémité inférieure, 4- {n — p) a à l'extrémité supérieure ; en particulier si le nombre total des couples est impair et que celui du milieu soit mis au sol, les potentiels aux deux

, na na extrémités sont -\ et .

Tous ces faits se vérifient avec la plus grande netteté au moyen d'un électromètre quelconque.

Les deux extrémités de la colonne s'appellent les pôles de la pile. Le pôle positif est à V extrémité ou la dernière rondelle de drap est suivie d'un disque de cuivre, le pôle négatif à Vextrémité ou la deimière rondelle de drap est suivie d'un disque de zinc.

98. Affaiblissement de la pile. — La pile est donc une machine électrique ayant la propriété de présenter une différence de potentiel constante E entre ses deux extrémités et par suite elle a le caractère d'une source d'électricité. Si on met ses deux pôles en communication avec les armatures d'un condensateur, celui-ci se charge au potentiel E dans un temps plus ou moins long, mais généralement très court, une fraction de seconde seulement, et l'expérience peut être recommencée un grand nombre de fois. Enfin, si l'on joint les deux pôles par un fil conducteur, l'électricité positive qui

tend toujours à passer du potentiel le plus élevé au potentiel le moins élevé, forme un flux continu du pôle positif au pùle négatif sans que l'équilibre puisse s'établir, et donne lieu au phénomène du courant électrique (\\xq nous étudierons plus loin.

Mais l'expérience montre que les effets produits diminuent rapidement d'intensité ; d'un autre côté, si après avoir laissé quelque temps les deux pôles réunis par un fil conducteur, on les sépare de nouveau et qu'on les remette en communication avec l'électromètre, on trouve que la force électromotrice a beaucoup diminué et qu'elle ne revient que lentement à sa valeur primitive.

99. Modifications de la pile de Volta. — On attribua d'abord l'affaiblissement de la pile à la dessiccation des ron-

Fig. 86. — Pile à auge.

délies de drap comprimées par la charge qu'elles supportent; à la pile à colonne on substitua la pile à auges [fig. 86) qui n'est que la première couchée horizontalement: puis la pile à tasses {fig. 87), dans laquelle chaque vase contenant de l'eau acidulée reçoit une lame de zinc et une lame de cuivre, la lame de cuivre d'une tasse communiquant avec la lame de zinc de la suivante. L'ensemble formé par un vase, la lame de cuivre et la lame de zinc, munie du fil de cuivre qui doit la rattacher au cuivre suivant, constitue ce qu'on appelle un couple Volta.

La force électromotrice du couple Volta mesurée à l'électromètre est de i volt environ, en circuit ouvert. Mais quelle

Fig. 87.

que soit sa forme sa force électromotrice tombe rapidement en circuit fermé.

100. Polarisation de la pile. — La cause véritable de l'affaiblissement de la pile de Volta est la conséquence même des actions chimiques dont elle est le siège, quand fermée par un conducteur elle donne lieu au courant. L'eau acidulée est décomposée ; l'oxygène se porte sur le zinc qui se dissout en donnant du sulfate de zinc, l'hydrogène va se dégager sur la lame de cuivre et la recouvre d'une couche de gaz. Celleci modifiant la nature de la surface, change par là même la valeur des forces électromotrices de contact et diminue parfois jusqu'à l'annuler, la force électromotrice de la pile. On dit alors que la pile Q^i polarisée. Nous reviendrons plus loin en détail sur le phénomène de la polarisation.

101. Emploi de zinc amalgamé. — Un perfectionnement important fut la substitution du zinc amalgamé au zinc ordinaire. Tandis que le zinc impur du commerce se dissout dans l'eau acidulée en donnant du sulfate de zinc et de l'hydrogène, le zinc pur ou le zinc amalgamé reste inattaqué tant que le circuit est ouvert; l'action chimique ne se produit que lorsque le circuit est fermé et est corrélative, comme nous le verrons, du courant produit. Tout le zinc dissous par l'action directe de l'eau acidulée serait dépensé en pure perte.

102. Couples non polarisables. — Pour supprimer Ja polarisation, il faut empêcher la formation de la couche d'hydrogène à la surface de la lame qui forme le pôle positif. On y arriverait en substituant à la lame de cuivre une lame d'oxyde de cuivre que l'hydrogène réduirait peu à peu. Dans le couple à bichromate de potasse^ on remplace l'eau acidulée par une dissolution de bichromate de potasse et la lame de cuivre par une lame de charbon de cornue. L'hydrogène réduit le bichromate au contact du charbon et ne se dégage pas à l'état de gaz. Mais le résultat est obtenu d'une manière plus complète dans les couples à deux liquides. Ces couples peuvent être rapportés à deux types, le couple Daniell et le couple Buyisen.

Le couple Daniell {fig. 88) se compose d'un vase séparé en deux compartiments par une cloison poreuse, membrane animale ou végétale, plaque de porcelaine dégourdie, etc.; l'un des compartiments renferme de l'eau acidulée et une lame de zinc amalgamé; l'autre une dissolution de sulfate de cuivre et une lame de cuivre. Pendant que le zinc se dissout dans le premier compartiment en donnant du sulfate de zinc, le sulfate de cuivre est décomposé dans le second et laisse déposer du cuivre sur la lame de cuivre. Les surfaces des métaux sont toujours dans le même état et la force électromotrice reste constante. Cette force électromotrice est de 1,1 volts environ.

Le couple de Bunsen [fig. 89) se compose également d'un vase séparé en deux compartiments par une cloison poreuse; JouBERT. — Électricité. 8

zinc amalgamé

le premier contient encore de l'eau acidulée et une lame de e second renferme de l'acide azotique du commerce AzO^,4HO, et une lame de charbon de cornue. En remplaçant le charbon par une lame de platine, également inaltérable, on a le couple de Grave. L'hydrogène provenant de la décomposition de l'eau acidulée réduit l'acide azotique en donnant des composés oxygénés infé-

rieurs. La force électro-

Fig. 89. motrice du couple Bun-

sen est de 1,8 volts.

On a varié de bien des manières la forme des différents couples. Il faut se rappeler que la force électromotrice d'un couple^ne dépend que de la nature des corps mis en présence, et~nullement de la forme et des dimensions données au couple; celles-ci n'ont d influence que sur sa résistance. Dans tous les couples il y a deux lames en présence : l'une telle que le zinc qui est attaqué par le liquide sous l'influence du passage du courant, l'autre, cuivre, platine, charbon, etc. qui reste inattaquée. Le pôle négatif est toujours à la lame attaquée, le pôle positif à celle qui ne l'est pas.

Pour constituer une pile on place les éléments à.la file en réunissant le zinc d'un couple au cuivre ou au charbon du couple suivant {/ig. 90). La force électromotrice de la pile est la somme des forces électromotrices de chacun des couples.

103. Couples étalons. — Pour qu'un couple puisse servir d*étalon il faut que sa force électromotrice soit bien constante et qu'on connaisse sa valeur en volts. Les deux couples les

plus employés pour cet usage sont les couples de Daniell et de Latimer Clarke, principalement ce dernier.

La force électromotrice du couple Daniell varie avec la <;oncentration des dissolutions de 1,04 à i,ii volts. Mais avec

des dissolutions identiques, il présente encore des variations de 2 à 3 p. 100, dues sans doute à l'état des métaux. La force électromotrice change aussi avec la température et d'une manière qui dépend de l'état de concentration des liquides. Le couple Latimer Clarke est ainsi constitué :

Zinc I Sulfate de zinc. |I Sulfate de mercure | Mercure.

Les couples Latimer Clarke sont bien comparables ; leur force électromotrice est de i'',49-> à i5° et varie de o'',ooo78 par degré, la force électromotrice diminuant quand la température augmente. Il faut éviter de les fermer sur euxmêmes et ne les employer qu'avec les électromètres.