PILES THERMO-ÉLECTRIQUES

962. La chaleur dégagée par les actions chimiques n'est pas le seul moyen d'entretenir un courant, l'action directe de la chaleur permet d'arriver au même résultat. C'est le cas des courants thermoélectriques.

Dans un circuit formé d'un conducteur unique parfaitement homogène, on peut chauffer l'un quelconque des points sans qu'il se produise de courant électrique.

Dans un circuit formé de différents métaux à la même températart, il ne se produit aucun courant (897), mais un courant prend naissance dès qu'on chauffe un des points de contact.

963. Expérience de Seebeck. — Soit un circuit formé d'un barreau de bismuth BB' soudé à une lame d'antimoine AA' qui forme avec lui un rectangle. On dirige les longs côtés du rectangle dans le

,cÇ

A. it'i/

Fig. *'j4.

Fig. 795.

méridien magnétique après avoir placé à l'intérieur une aip»ill« aimantée mobile sur un pivot (fig. 794).

Si l'on chauffe légèrement l'une des deux soudures A avec une lampe à alcool, une déviation de l'aiguille indique l'existence d'un courant qui va du bismuth à l'antimoine à travers la soudure chaude- Si l'on avait refroidi la même soudure avec de la glace, il se serait produit un courant de sens inverse.

On peut encore faire l'expérience en soudant à un barreau de bismuth un fil de cuivre qui vient s'enrouler sur le cadre d'un galvaDO" mètre (fig. 795). Le courant, allant du bismuth au cuivre à travers «

ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE

Boadure chaude, parcourt le circuit extérieur dans le sens CNM ; le cuivre est dit positif par rapport au bismuth.

Il Le sens du courant dépend de la nature du couple thermo-élec- Iriqne, c'est-à-dire des deux métaux associés. Un couple thermo-électrique est un couple à courant constant, car l'intensité du courant reste invariable si les deux soudures sont maintenues à des températures différentes, mais fixes. 964. Pile thermo-électrique. — On forme une pile thermo- Itlectrique avec un certain nombre de couples groupés en série en reliant le pâle positif du premier au pôle négatif du second, le pâle positif du deuxième au pâle négatif du troisième, etc.. On réunit le pôle positif du dernier au pôle négatif du premier par un fil qui ferme le circuit.

Si l'on chaulTe à T* les soudures de rang pair, en maintenant froides, par exemple à 0", les soudures de rang impair, on obtient un lorant égal à la somme des courants des différents couples, car les courants partiels sont tous de même sens.

Les éléments ayant été ainsi associés en série, l'intensité du courant est donnée par la formule :

nX-(- r

^HE est la force électromotrice d'un couple, nE la force électromotrice de la pile que nous supposons formée de n couples identiques, X est la résistance intérieure d'un élément de pile, et r la résistance extérieure (926, I).

^La résistance intérieure est négligeable pour des couples formés barreaux métalliques gros et courts; on a sensiblement dans ce cas I = — , l'intensité varie alors en raison inverse de la résistance r

^^du circuit extérieur.

^m Les forces éleclromolrices Ihermoélectriques sont très faibles. La force électromotrice d'un élément Daniell est 180 fois plus grande que celle d'un élément bismuth-cuivre dont les soudures sont à 100" etO". Une pile thermoélcctrique est donc une pile de petite résistance intérieure et do faible force électromotrice. Son courant ne peut être employé pour surmonter de grandes résistances ; l'interposition d'une petite colonne liquide l'annule presque, et il faudrait un très grand Bombre d'éléments pour décomposer l'eau. Toutefois, d'après l'éqna-

nE lion I =; — , si la résistance extérieure est elle-même très faible^

les courants peuvent être intenses.

En raison du grand aiïaiblissement de l'inlensité que causerait la résistance d'un fil long et fin, le cadre des galvanomètres employés pour l'étude des courants thermoélectriques ne doit être recouve que d'un petit nombre de tours de gros ù\ (983) •

965. Lois des forces électromotrlces. — i» Loi des tempêraturti tu>^ eessives. — Pour un couple donné, la force électromotrice obtenue en pùiunt l'une des soudures à T" et l'autre à T" est la somme des forces électron triées obtenues en portant les soudures à T et d t (la première à T et 1 deuxième à t], puis à t et T' (la première & ( et la deuxième iT);t iml une température comprise entre T et T'.

2° Loi des métaux intermédiaires. — Deux métaux M et M| étant en contact direct par une de leurs extrémités, si les autres extrémités A et B

de ces métaux M et M| sont sifiti par plusieurs métaux tiii etiHjpo!

tés & la même température T qtic A et B (fig. 796), la force électrome^ trice est la même que si les da extrémités A et U se toucbsient i rectement, le contact en A et B étwt maintenu ii T". Il résulte de l» qu'une soudure interposée entre de* métaux est sans effet sur la foic* êlectromotrice du couple.

Kg. 796.

3" Loi analogue à la loi de Volta. — Soient plusieurs couples distii»** dont les soudures sont maintenues aux mémos températures T et T'. O**" gnons par E^,, la force électromotrice du couple A et B; en mesurant '" électromotrices pour trois couples, A et B, A et C, B et C, on vérifie loi analogue à la loi de Volta.

Elle ^ Eiii -f- E»|c

D'après cette relation, pour obtenir les forces électromotrices des couples, il suffit de les mesurer pour les couples que l'on peut former ^•"*'* im même corps A.

4" Variation avec la différence des températures. — La force électroi trice pour un couple déterminé dépend de la différence des températmJ*'' des deux soudures et de leur valeur absolue. Pour des températures très f^ écartées, elle est sensiblement proportionnelle à leur différence.

Phénomène de rinversion. — Le courant n'augmente pas dans tou» '* cas d'une façon continue ijuand on élève la température de la souJ" cbaude. Ainsi, avec un couple fer-cuivre, le coiu-ant est maximum quand "

ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE

xoudure chaude atteint 27-4* ; pour une température plus élevée et croissante, le courant décroit, devient nul et enfin change de sens. 11 y a une température d'inversion pour chatiuc couple tlierniûélcctrique.

MESDRS DES TEMPÉRATURES

Les piles thermoélectriques ont été appliquées à la mesure des températures.

966. Thermomultlplicateur. — La pile thermoélectrique de Melloni, utilisée en chaleur rayonnante (458) pour la mesure des faibles difTérences de température, est formée par une chaîne de barreaux de bismuth alternant avec des barreaux d'antùnoine ; elle comprend dans son circuit un galvanomètre de faible résistance (983)- Les soudures de m(*me parité sont placées d'un raénie côté (fîj^. 797). Quand on fait tomber UQ faisceau calorifique sur l'une des faces de la pile, par exemple sur les soudures es, les soudures impaires restant mainues à une température uniforme, il se

duit un courant dont la force électromotrice est proportionnelle différence de température des deux faces de la pile, et l'aiguille

BBimiiiiiiiiillli

Fig. 797.

COOHS DE PHySIQCE

du galvanomètre est déviée. Si la déviation ne dépasse pas nn petit nombre de degrés, elle est proportionnelle à la difTérence de température, on l'évalue par la méthode de la réflexion (fig. 798).

967. Pince thermoélectrique. — Une pince therraoélectrique est un système de deux couples thermoélectriques biêmuth-antimoine disposés oi série de façon que le point dont on veut mesurer la température 6 soit plicé entre deux soudures de même parité. La déviation de l'aiguille du galvanomètre placé dans le circuit mesure 0 — f, ( étant la température k laquelle restent les soudures qui ne comprennent pas le corps chaud MN |Gg. 7S9|.

■♦Aat

Jtnl

Fig. 709.

Fig. 800.

Aiguilles thermoélectriques. — Ces aiguilles, employées surtout p»M)ar l'étude do la chaleur animale, sont formées de deux soudures thermofr- ~l«<^ triques, fei'-maillechort, dont les courants $'oppoamt (fig. 800). L'une ^^

soudures est placée dans le milieu dont on cherche la température, l'a, rrutrc soudure est plongée dans un hain dont on fait varier la température jua-r .qo* ce que l'aiguille d'un galvanomètre G placé dans le circuit reste au zéro • 1^ température cherchée est alors égale à la température du bain.

Pyromètre électrique. — Cet appareil, destiné à la mesure des h^^^u'" températures, consiste en un circuit comprenant un galvanomètre et un ou» "pl*

platine-platine rhodié I j^ de rhodium J , dont l'une des soudures A est pcrrartéf

dans le foyer dont on veut évaluer la température, tandis que l'autre sots. «'"W reste à la température ambiante. Une graduation a été établie empirique*"^**"' en obser\'ant les déviations du galvanomètre quand la soudure A est pi» »^^ successivement dans des bains de températures connues : plomb fondu (5SS*j, soufre en ébullition (448"), argent fondu {945"'), or fondu (1040"), pallacî/uni fondu (15000).

COimS DE PHYSIQnB

rondelles d'amiante. L'extrémité positive de chaque couronne reliée à l'extrémité négative de la couronne suivante. Le tout forme^ un cylindre creux chauffe intérieurement par la flamme du gaz et porté environ à 350** (fîg. 803]. Les soudures paires sont disposées sur la surface extérieure du cylindre, et les soudures impaires occupent la surface intérieure (fig. 804). ^^

La force électromotrice de chaque élément vaut à peu près O^^OS]^! et sa résistance 0;'""01. Avec 60 éléments, on a une pile de 2*5, avee^" nne résistance d'un demi-ohm.

969. Source de l'énergie électrique d'une pile thermoélectrlqne.

— L'<^tude du fonctionnement d'une pile thermoélectrique montre enpremu lieu que la production du courant électrique exige une dépense de chileuri la source chaude. Une portion de la chaleur dépensée est convertie en énwgi(] électrique, et celleHji se transforme à son tour en énergie calorilique iig dans le circuit. La chaleur dégagée dans le circuit te divise en deux parti: une partie est distribuée conformément à la loi de Joule et utilisable (du moins la fraction qui appartient au circuit extérieur), une autre partie détermine un réchauffement spécial do la soudure froide, ce qui fait que pourmilntenir le courant il faut refroidir cette soudure afin d'éviter une égalisation de température qui tend à se produire.

Ce fonctionnement ressemble & celui d'une machine à vapeur où une piftie de la chaleur fournie à la vapeur est utilisée pour des travaux extérieurs tandis qu'une autre partie passe dans un réfrigérant dont la températiu'C doit iti maintenue suffisamment basse par un apport continu d'eau froide.

L'absorption de chaleur par la soudure froide n'est pas la seule cause ( diminue le rendement, il y en a une autre beaucoup plus considérable qui ti« jL la cotiductibilité calorifique de la pile : la plus grande partie de la cbaleB fournie par le foyer passe par conductibilité des soudures chaudes aux f dures froides. En définitive, le rendement est extrêmement faible.

Calcul expérimental du rendement. — Le calcul du rendement peut se faire d'après la dépense de gaz à l'heure et le nombre de calories que M gaz fournirait ; on convertit ces calories en joules. C'est le travail dépensé T.

D'autre part, on évalue le travail utilisable T' en mesurant la chaleur produite dans un circuit extérieur de résistance égale à la résistance de la P"*

T" (C'est le travail maximum) (937). Le rendement est le quotient =■'

ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE

ÉLECTROMAGNÉTISME

Les actions qu'un courant exerce extérieurement à son circuit forment l'objet de l'électromag-nétisme. Les phénomènes électromagnétiques ont pour origine l'expérience d'Œrsted ou l'action d'un

urant sur un aimant.

— En disposant dans le méridien