ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE

$ l w « Phénomènes généraux.

1019. En 1789 4 Galvani, professeur d'anatomie à Bologne, en faisant des recherches sur l'irritabilité nerveuse des cadavres de grenouilles par l'électricité, reconnut que, quand on mettait les muscles et les nerfs en communication par un arc composé de deux métaux , ces organes éprouvaient de violentes couvulsions. Galvani attribua cet effet à des électricités de nature contraire renfermées dans les muscles et les nerfs ; cette opinion fut alors généralement admise. Mais bientôt Volta, à qui la physique devait déjà l'électrophore, le condensateur et l'eiidiomètre, découvrit que les effets observés par Galvani étaient dûs au contact des métaux qui formaient l'arc de communication. Ce fait, que Volta démontra par des expériences multipliées, le conduisit bientôt à la découverte de la pile qui porte son nom. Cet appareil a amené dans la science une ère nouvelle par les nombreux phénomènes qu'elle a fait découvrir.

1020. Voici les expériences par lesquelles Voila parvint à constater le développement de l'électricité dans le contact des métaux. Si l'on prend deux disques métalliques A et B (fig. b72) de nature différente, bien polis, non vernis, et garnis de manches isolants, et qu'après les avoir appliqués l'un contre l'autre eu les tenant par ces manches, on les sépare, ils se trouvent chargés d'électricités contraires; mats comme leur tension électrique est extrêmement faible, il faut accumuler les petites

quantités d'électricité développées par chaque contact dans rélectromètre condensaleur {fig. 554).

On parvient alors, après un certain nombre de contacts, à charger l'instrument non- seulement de manière à reconnaître l'espèce d'éleciricilé acquise par le disque, mais encore à produire des étincelles. Pour que celle expérience réussisse , il faut que le plateau collecteur soit formé avec le même métal que le disque avec lequel ou le touche, et qu'il ne soit point verni aux points de contact. Lorsque le plateau collecteur et le disque sont de nature différente, il faut placer sur le plateau collecteur uo morceau de papier humide : en le touchant dans cet endroit avec le disque, l'électricité passe de l'un à l'autre, et il n'y a point d'effet dù au contact du disque et du plateau. On pourrait aussi faire celte expérience en laissant le condensateur isolé, et touchant en même temps les deux plateaux avec les deux disques.

On pourrait supposer que dans ces expériences l'électricité est développée par la pression; mais en soudant bout à bout deux lames métalliques {fig. 573), on les trouve encore dans deux états électriques opposés. En opérant avec une lame de cuivre et une lame de zinc soudées bout à bout, tenant la laine de zinc et touchant avec la lame de cuivre le plateau collecteur de rélectromètre , que nous supposons être également en cuivre, on trouve que le condensateur acquiert son maximum de charge par un seul contact, et par conséquent qu'il passe plus d'électricité dans le condensateur qui si la lame de zinc était isolée. On en concevra facilement la raison en observant l u que, le zinc communiquant avec le sol, il se développe instantanément plus d'électricité dans le cuivre, par la même raison que le plateau d'une machine électrique donne plus d'électricité quand les coussins communiquent avec le sol que quand ils sont isolés; 2° que, le développement de l'électricité étant instantané, à mesure que le cuivre abandonne au plateau collecteur celle qu'il a reçue, il se recharge aux dépens du zinc, et ce dernier aux dépens du sol, et par conséquent que rélectromètre doit prendre par un seul contact une tension égale à celle de la lame de cuivre, et, par suite, que dans un seul contact il acquiert toute la charge qu'il peut recevoir. Si on tenait la lame par l'extrémité cuivre, en louchant le plateau collecteur de cuivre par l'extrémité zinc on ne pourrait jamais parvenir à charger le condensateur, parce que le zinc ayant déjà le maximum de tension qu'il peut acquérir par le coutact du cuivre, celui-ci étant à l'état naturel, le zinc en louchant de nouveau du cuivre isolé ou en communication avec le sol, ne lui cédera point l'électricité qu'il possède et ne pourra point non plus y développer une électricité contraire- Si on plaçait sur le plateau collecteur un morceau de papier humide, que l'on toucherait avec la lame de zinc , les deux métaux ne seraient plus en contact immédiat, et comme ils communiqueraient par un corps bon conducteur, l'instrument se chargerait.

11 est évident, d'après ce qui précède, que, si on louchait le plateau collecteur directement avec une lame de zinc que l'on tiendrait à la main , on chargerait le condensateur de la même manière. En opérant ainsi avec différents métaux , on trouve que le plomb, l'étain, de fer, le bismuth et l'antimoine donnent comme le zinc de l'électricité négative au condensateur, tandis que l'or, l'argent , le platine et le palladium lui donnent de l'électricité positive.

1021 . D'après les expériences de Volta , la plus petite différence entre les métaux suffit, lorsqu'ils sont en contact, pour les faire passer dans deux états électriques opposes : deux plaques de même métal, dont une a été frottée avec une troisième, diffèrent assez pour devenir électriques lorsqu'elles se touchent. On a fait beaucoup d expériences pour déterminer l'état électrique qu'acquièrent les métaux parleur contact, mais elles n'ont pas été encore assez multipliées pour permettre d'en former

un tableau complet. Nous donnons, d'après M. Bcrzélius, le tableau ci-après, dans lequel chaque métal devient positif lorsqu'on le met en contact avec ceux qui précèdent , et négatif avec ceux qui suivent :

Or. Argent. Plomb.

Iridium. Cuivre. Fer.

Rhodium. Nickel. Cadmium.

Plaline. Cobalt. Zinc.

Palladium. Bismuth. Manganèse.

Mercure. Étain.

1022. Les métaux ne sont pas les seuls corps qui deviennent électriques par leur contact. M. Becquerel a reconnu 1° que les métaux prennent avec les acides l'électricité positive, et l'électricité négative lorsqu'ils sont en contact avec les alealis; 2° que l'eau se comporte avec les métaux facilement oxydables comme les acides; 3° que les métaux deviennent aussi électriques par le contact avec la flamme du papier et de l'alcool. La propriété de développer de l'électricité par le contact parait appartenir à tous les corps; mais pour la plupart les tensions sont si faibles qu'il faut des instruments d'une sensibilité extrême pour les reconnaître.

1023. Les physiciens ne sont cependant point d'accord sur les expériences par lesquelles Volta a démontré le développement de l'électricité par le contact. M. Delarive pense que le développement de l'électricité provient d'une action chimique produite par l'air humide ou la main sur le métal le plus oxydable , et que , quand on se met à l'abri de toute action chimique, il n'y a point de dégagement d'électricité; mais M. Pfaff et M. Peltier ont reproduit les expériences de Voila dans des circonstances qui ne permettent pas le moindre doute sur le fajt avancé par Volta. Nous reviendrons plus tard sur celte question , et provisoirement nous exposerons la théorie de Voila telle qu'il l'a donnée.

1024. Voila désigne sous le nom i\c force électro-motrice une force qui se développe dans le contact de deux corps et par le contact même. Cette force produit un développement instantané d'électricité , à la suite duquel un des corps prend l'électricité positive, l'autre l'électricité négative , si tous deux sont isolés. La tension acquise par les deux corps a pour limite la puissance électro-motrice elle-même, qui s'oppose à la combinaison des deux électricités et suspend la conductibilité; mais si les deux corps recevaient chacun une addition égale d'électricités contraires, les deux charges additionnelles se combineraient. Si un des corps était mis en contact avec le sol, sa tension deviendrait nulle. Volta admet que celle de l'autre serait doublée, de sorte que la différence algébrique des deux tensions est constante. Volta admet encore que si les deux plaques en contact étaient mises en communication avec un même corps conducteur, ayant une force électro-motrice nulle ou insensible, les deux électricités se recomposeraient continuellement à travers le troisième corps, tandis que la force électro-motrice développerait constamment de nouvelle électricité entre les deux premiers.

1025. Pile de Volta. La pile de Volta se compose toujours de trois corps, dont deux sont métalliques , ou du moins , bons conducteurs , et un liquide. Ces corps sont ordinairement du cuivre rouge, du zinc et de l'eau acidulée. Ces trois corps sont disposés les uns à la suite des autres successivement dans le même ordre : chaque période porte le nom ^élément.

La disposition la plus simple consiste à donner aux plaques métalliques la forme de disques , et à les superposer dans le même ordre , en interposant entre chaque

couple une rondelle «le papier ou de drap , mouillée arec de Peau acidulée. U pile peut être montée sur un corps iaolant ou conducteur. Lea effets que nous alloua décrire sont lea mêmes.

Lorsqu'on touche les deux extrémités de la pile avec les deux main* préalablement mouillées, on éprouve des commotions analogues à celles qui résultent de la décharge d'une bouteille de Leyde , mais qui sont continues. Quand on met les extrémités de la pile en contact avec les muscles et les nerf* d'un cadavre récent, les muscles éprouvent de violentes contractions; et quand la communication e»t établie par uu fil métallique ou un liquide , il se produit de la chaleur, des effets magnétique* et chimiques que nous exposerons plus loin avec tous détails nécessaires. Voici l'explication que Voila a donnée de celte puissante machine électrique.

Mettons en contact avec le sol un disque de cuivre (fîg. 37i ) , et plaçons au-dessus un disque de zinc : d'après la théorie de Voila, le zinc acquerra une certaine quantité d'électricité que nous représenterons par a, et le cuivre sera à l'état naturel. Audessus du disque de zinc plaçons un drap humide h; ce corps étant bon conducteur partagera l'électricité de z , et celui-ci reprendra au cuivre et ce dernier au sol une quantité d'électricité nécessaire pour rétablir dans à et z la tension primitive dex; sur le drap h mettons une seconde couple z'c de zinc et de cuivre disposé comme le premier ; c' prendra de l'électricité à h comme corps conducteur, et la tension primitive de z s'établira sur /i, c' et z' aux dépens du sol ; mais en admettant que dans la couple z'c', z' doit avoir sure' la même différence de tension que z sur c, z' prendra la tension 2a; en continuant ainsi on voit que h et c" prendront la tension ia, z" la tension 3a, et ainsi de suite, de sorte que

z, z', z"j z'"... zt"), auront les tensions a, 2a, 3a... + a, c, c / , c", c"'... cW, auront les tensions o, a, Sa... na, a, h' 9 h", A'"... h' n ~ x \ auront les tensions a, 2a, 5a... na.

1026. Si la pile était montée en sens contraire, c'est-à-dire si le zinc communiquait avec le sol , la distribution de l'électricité serait la même , seulement l'électricité serait négative.

1027. Si la pile, au lieu de communiquer avec le sol, était isolée, elle se chargerait aux dépens d'elle-même des deux électricités; une moitié renfermerait l'électricité positive et l'autre l'électricité négative; les tensions des disques, également éloignés du milieu, seraient égales, et elles iraient en croissant du milieu, où elles seraient nulles, jusqu'aux extrémités, où elles seraient à leur maximum : car, si on monte deux piles égales en sens contraire, communiquant par leurs bases inférieures avec le sol , les disques inférieurs de nature différente étant à l'état naturel , rien ne sera changé si on suppose les piles réunies par leurs parties inférieures, par un corps bon conducteur, non électro-moteur, par exemple par une rondelle de drap mouillée. Alors on aura une pile isolée, dans chaque moitié de laquelle l'électricité sera répartie comme dans une pile en contact avec le sol. Mais la tension des pôles sera évidemment deux fois plus petite que dans une pile d'un même nombre d'éléments communiquant par une extrémité avec le sol.

1028. Cette explication repose sur deux hypothèses : la première, que la diffiérence de tension dans les éléments est une quantité constante, ce qui n'est point démontré; la seconde, que le liquide n'agit que comme conducteur, ce qui n'est point exact, car en employant une pile de fer et de cuivre, et remplaçant l'eau acidulée par une dissolution alcaline les pôles de la pile sont intervertis. D'ailleurs on a bien reconnu par expérience que la tension d une même pile augmente avec le nombre

démêlements; mais dans les piles isolées les tensions sont inappréciables, et cependant, d'après la théorie «le Vol ta , elles seraient seulement la moitié de celle qu'on obtiendrait en mettant une des extrémités en contact arec le sol. Ainsi la théorie de Volta ne peut être admise, du moins telle qu'il l'a donnée.

1029. Différentes formes de piles. La pile volbuque telle que nous venons de la décrire présente plusieurs inconvénients que l'on a cherché à Paire disparaître par une autre disposition. Le premier consiste en ce que, les disques s'oxydant facilement, toutes les fois qu'on remontait la pile il fallait nettoyer les faces des disques qui devaient être en contact, sans quoi on n'obtenait qu'une très-petite partie de l'électricité qu'elle pouvait développer. Le second consiste en ce que, chaque rondelle de carton supportant le poids des disques supérieurs, le liquide s'en écoulait, ils devenaient alors moins bons conducteurs, et le liquide, en ruisselant le long de la pde, la déchargeait en partie. On a fait disparaître ces deux inconvénients en soudant les disques et en plaçant la pile dans une position horizontale.

1030. La figure b74 A représente une pile composée d'une série de plaques de cuivre et de zinc soudées bout à bout et plongeant par leurs extrémités dans des verres remplis de liquides conducteurs. Il est évident que cet appareil satisfait à toutes les conditions nécessaires au développement de l'électricité : Volta le désigne sous le nom «V appareil do tasses à couronne.

1031. L'appareil fig. 575 désigné sous le nom «le pile à auges est formé de couples rectangulaires soudées et mastiquées avec une matière isolante dans une caisse horizontale; on remplit les intervalles «les plaques avec un liquide conducteur : il est évident que Tenet produit doit être le même que dans la pile verticale.

1032. L'appareil fig. 576 est une nouvelle forme de pile, due à Wollaslon. Les plaques de cuivre et de zinc sont soudées par un prolongement étroit et disposées comme l'indiquent les figures 577, 578; la lettre c indique le cuivre , et la lettre z le zinc. Lorsqu'on veut méltre la pile* en activité, on descend la barre horizontale AB «le manière à faire plonger les plaques dans les vases V. If'... remplis «le liquide con-

' docteur. Nobili a proposé de percer les éléments de Wollaslon «le manière que les cléments zinc et cuivre soient comme des peignes et que les parties pleines soient en regard. On obtient le même effet avec beaucoup moins «le dépense en zine et en acide ; il donne 1 pouce de jour et 1/2 pouce «le plein. Dans ces sortes de piles le pôle positif se trouve du côté du dernier élément cuivre , car, ne communiquant pas avec le zinc, il ne sert que de conducteur.

Cette disposition est surtout avantageuse pour une circulation rapide de l'électricité; on en concevra facilement la raison, en observant que l'électricité qui s'accumule dans chaque plaque de zinc peut sortir par tous les points «le sa surface, qu'elle n'a qu'une faible couche de liquide à traverser pour se porter sur le cuivre qui l'environne, et que celte couche de liquide, qui s'altère promptemeut se renouvelle en se mêlant au liquide du vase. La différence de l'effet de cette pile et de celui des piles à anges ne provient pas seulement des surfaces de cuivre en regard du zinc; la surface extérieure du cuivre a aussi une influence, mais elle est plus, petite que celle des surfaces intérieures et d'autant plus que les lames sont plus rapprochées.

1033. Lorsque l'étendue de la surface «l'une des lames «l'un élément reste consente et qu'on augmente progressivement celle de l'autre, l'intensité du courant croit beaucoup phis rapidement quand on augmente l'étendue 'de la surface du cuivre que celle du ziuc. Toutes les couples que l'on forme en combinant entre eux le zinc , le fer, le plomb, rétain, le cuivre, le laiton, l'argent,* l'or, le platine, donnent ce résultat général, qu'en augmentant la surface baiguée «lu métal négatif on augmente beaucoup plus les effets de l'appareil que par le changement contraire. L'effet d'une

couple de cuivre et zinc à plaques égales ne change pas lorsqu'on réduit la surface de zinc à 1/7 de son étendue, si Ton augmente celle du cuivre de 1/8 ou de 1/7 au plus. On peut ainsi épargner beaucoup de zinc dans la construction des piles (Narianîni). Mais quand les lames sont placées à une petite distance et qu'on fait varier les grandeurs relatives des plaques de manière que leur somme reste constante , le maximum d'effet a lieu quand les surfaces des plaques sont égales (Rigeon). L'effet produit par les mêmes éléments et le même liquide augmente à mesure que les plaques sont plus rapprochées, mais suivant une loi incomparablement moins rapide que la raison inverse de la distance.

1034. On emploie quelquefois la réunion de plusieurs piles. On peut réunir les piles de deux manières , 1" en mettant en contact les pôles négatifs entre eux , et les pôles positifs entre eux ; 2° en réunissant le pôle négatif de la première avec le pôle positif de la seconde. Dans le dernier cas , on produit le même effet qu'avec une pile dont le nombre des couples serait égal à la somme des couples des deux piles. Dans le premier on augmente l'étendue des éléments. On emploie la première disposition pour produire des effets qui dépendent de l'étendue des couples; la seconde pour produire ceux qui dépendent de la tension.

1035. On fait souvent usage d'appareils vol laïques formés d'une seule couple de grandes dimensions : la disposition la plus commode à donner à cet appareil est représentée fig. 579 ; la couple est formée de deux plaques de cuivre et de zinc , séparées par des bandes de carton ou de drap , et roulées en spirale sans se toucher: on introduit cet appareil dans un vase plein de liqueur conductrice , et on fait communiquer les deux plaques par le corps à travers lequel on veut faire passer le courant. On emploie aussi quelquefois des vases de cuivre remplis d'eau acidulée, dans lesquels on suspend des plaques de zinc , et on établit la communication entre le cuivre et le zinc par le corps que le courant doit traverser.

Comme le développement de l'électricité dans la pile est très-rapide, elle peut être isolée par tous les corps qui ne sont pas de très-bons conducteurs ; il n'est point alors nécessaire d'employer toutes les précautions qui sont indispensables pour isoler les corps chargés d'électricité développée par le frottement.

1036. Piles secondaires de Hitler. Les piles de Ritter sont formées de disques de cuivre et de carton humide entremêlés; elles ne développent point d'électricité par elles-mêmes, mais quand elles ont été mises en communication arec une pile ordinaire ; elles produisent, lorsqu'on touche leurs pôles, des décharges et des décompositions chimiques comme la pile ordinaire, mais qui vont en s'affaiblissant. Les pôles des piles de Ritter sont contraires à ceux de la pile avec lesquels le contact a eu lieu. Ritter a observé que plus il y avait d'intermittences dans les disques, leur nombre restant le même, plus la conductibilité était petite , et plus la charge que h pile pouvait recevoir était grande. Nous verrons plus tard que l'effet des piles de Ritter dépend des substances acides et alcalines que le courant de la pile voltaïque a déposées sur les faces des disques métalliques , pendant que la circulation était établie.

1037. Piles séc/ws. On a fait beaucoup d essais pour construire des piles sans l'intervention des conducteurs liquides; on a obtenu des appareils qui ont une tension sinon permanente, du moins de longue durée , mais dont la faculté conductrice est si faible, et par conséquent la charge si lente, qu'ils ne produisent ni commotion ni aucun des autres eifets des piles ordinaires.

Les premiers essais sur les piles sèches ont été faits en 1803 par MM. Hachette et Desormes. Ils employaient des lames de cuivre et de zinc séparées par de la colle d'amidon; ensuite M. Riot imagina d'employer pour corps conducteur du nitrate de potasse fondu. En 1809, Deluc présenta à la société royale de Londres un appareil de

TRAITÉ ÉlitfEtfîAlftË DE PHYSIQUE. <0J

six cenls paires, formées avec du zinc laminé et du p3picr cuivré ; et, en 1812, Zaaboni fit connaître la pile dont nous allous parler.

On prend une feuille de papier ordinaire un peu fort; sur une des faces ou colle une lame de zinc ou d'étain, et sur l'autre du peroxyde de manganèse; on superpose plusieurs feuilles ainsi préparées, et, à l'aide d'un emporte-pièce, on enlève des disques circulaires que l'on superpose ensuite dans le même ordre. On eu réunit ainsi de 500 à 2000 : alors on les maintient serrés sous une presse, et ou les environne d'une couche épaisse de gomme laque; à l'extrémité zinc de la pile, on place un disque de zinc épais sur lequel on peut visser un bouton, et â l'autre une plaque épaisse de cuivre. Cette méthode est la meilleure que l'on connaisse.

On emploie quelquefois du papier imbibé d'une substance conductrice, telle qu'une dissolution d'un sel déliquescent, du miel, de la mélasse : ces piles sont plus fortes dans le commencement; mais elles s'affaiblissent plus rapidement que les autres.

Au lieu de zinc ou d'étain et de peroxyde de mangauèse, on pourrait employer deux autres métaux quelconques qui n'auraient pas la même faculté électromotrice : le platine, l'or et l'argent ne pourraient pas être employés avec succès, parce qu'ils tendent par le contact à s'emparer avec la même énergie de l'électricité négative.

1038. Considérations générales sur les effets des piles. Les effets des piles sont produits ou par la tension qui se développe dans les pôles, ou par le mouvement de l'électricité dans le corps qui établit la communication entre les deux pôles : les premiers augmentent avec le nombre des éléments , et sont indépendants de leur étendue et de la nature du liquide conducteur. Les effets produits par les courants sont ou magnétiques, ou calorifiques, ou chimiques : dans tous les cas, ces effets augmentent avec la faculté conductrice du liquide de la pile; mais l'influence de la grandeur des éléments et de leur nombre est très-variable. Cependant on peut poser en principe 1° que, si le circuit est court et formé d'un métal , le nombre des éléments est sensiblement sans influence : il faut alors employer des piles à un seul élément et à grande surface; 2° que, si le circuit, toujours métallique, est formé d'un fil long et d'un petit diamètre, l'effet augmente avec le uombre des éléments delà pile; 3° que, si le circuit est formé d'un liquide , il faut nécessairement employer des piles ayant un grand nombre d'éléments.

Nous allons maintenant étudier avec détails les différentes classes de phénomènes produits par la pile. •

S II. Effets produits par la tension des pôles,

1039. Nous avons déjà dit (pie la tension des pôles d'une pile peut souvent se reconnaître directement, ou en approchant l'un de l'autre deux fils métalliques trèsfins, communiquant avec eux : quand ils sont assez voisins, il se dégage une petite étincelle. Dans tous les cas, on peut charger un condensateur, une bouteille de Leyde, etc. : on obtient alors des phénomènes absolument semblables à ceux qui résultent de l'accumulation de l'électricité produite par le frottement. La charge que peut acquérir le condensateur a lieu par un seul contact instantané pour les piles ordinaires et même pour les piles sèches , à moins que le corps solide interposé entre les plaques ne soit très-mauvais conducteur : alors la charge exigerait un temps appréciable; c'est ce que M. Biot a reconnu en employant des plaques de nilre fondu. Il faut observer quy , pour charger le condensateur, la communication doit être établie de la manière la plus intunc entre la pile et le plateau collecteur. La disposi tion la plus avantageuse, d'après .M. Biot, est celle de la figure oSO : au-dessus de