CHAPITRE V

S 1*'. Phénomines généraux.

1018. Enl789y Galvani, professeur d*anatomieà Bologne, en faisant des recherches sur Tirritabilité nerveuse des cadavres de grenouilles par rélectricité, reconnut que, quand on mettait les muscles et les ncrfe en communication par un arc composé de deux métaux , ces organes éprouvaient de violentes convulsions. 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 déjàTélec- Irophorc, le condensateur et l'eudiomètre, attribua les effets observés par Galvani au contact des métaux qui formaient Tare 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.

1019. Voici les expériences à l'aide desquelles Volta a constaté le développement de l'électricité par le contact des métaux. Si l'on

EXPÉRRNCBS DE VOLTA. ISi

iraddeux disques mélalliqaes Aet B (fig. 572) de nature différente, lia polis y non vernis, et garnis de manches isolants, et qu'après Inavoir appliqués Tun contre l'autre en les tenant par ces nianclies, 00 les sépare 9 ils se trouvent chargés d'électricités contraires; mis comme leur tension électrique est extrêmement faible, il faut aceomuler les petites quantités d'électricité développées par chaque contact dans l'électromètre condensateur (fig. 554).

On panient alors, après un certain nombre de contacts, à chargt^ rinstmmcnt non-seulement de manière à roconnattro lesp^ d'électricité acquise par le disque, mais encore à produire des étincelles. Pour que cette expérience réussisse, il faut que le plateau collecteur soit formé avec le môme métal que le disque avec Ifqoel on le touche, et qu'il ne soit point verni aux points de conlict. Lorsque le plateau collecteur et le disque sont de nature différente, on place sur le plateau un morceau de papier humide : en le touchant dans cet endroit avec le disque, 1 électricité passe de l'on à l'autre, et il n'y a point dciïetdû au cx)ntact du disque et duplateau. On pourrait aussi faire cette expérience en laissant le condensateur isolé, et touchant en même temps les deux plateaux avec les deux disques.

ikns ces expériences rélectricité ne provient pas de la pression; car, 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 lame de zinc et touchant avec la lame de cuivre le plateau collecteur de l'électromètre, que nous supposons être également en cuivre, on trouve que le condensateur acquiert son maximam de charge par un seul contact et, par conséquent, qu'il passe plus d'électricité dans le condensateur que si la lame de zinc était isolée. On en concevra facilement la raisrm eu observant : i* que, le zinc communiquant avec le sol , il se développe inslantaoêment plus d'électricité dans le cuivre , par la uiéme raison que le plateau d'une machine électrique donne plus d'électricité quand les cvussins communiquent avec le sol que quand ils sont isolés; 2" que, le développement de rélectricité étant instontané, à mesure que le cui\TC abandonne au plateau collecteur colle qu'il a reçue, il se recharge aux dépens du zinc, et ce dernier aux dépens du sol, et, par conséquent, que l'électromètre doit prendre par un seul contact une tension égale à celle de la lame de cuivre, et, par suite, qof dans un seul contact il acquiert toute la charge qu'il peut re-

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•-lu^r».'.

NiL-k^-i.

Cmimum.

Cobiiit.

Zinc.

Eir^maiii.

MlfliTUli"^

Emît.

PILE VOLTAJQLE. 153

lement oxydables comme les acides; 3° que les métaux deviennent aussi électriques sous llnfluence de la flamme du papier et de ralcool. La propriélé de développer de 1 cleclricilc par le contact paraîtrait donc 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.

Volta désigne sous le nom de force électro-motrice une force qui se développe dans le conlact de deux corps et par le contact nu'mo. Cette ferce produit un développement instantané d'électricité, à la suite duquel un des corps prend rélectricilé positive, l'autre l'élcctrici té négative y 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 conlact avec le sol , sa tension deviendrait nulle, et Volta admet que celle de l'autre serait doublée, de sorte que la différence algébrique des deux tensions est constante. Volta suppose encore que si les deux plaques en conlact étaient mises en communication avec un même c()rps conducteur, ayant une force électro-motrice nulle ou insensible, les doux électricités se recomposeraient continuellement à travers le troisième corps, tandis que la force électro-motrice développerait constamment de nouvelle électricité entre les deux premiers.

1020. Pile de Volta, La pile de Voila se compose toujours de trois corps : deux sont métalliques, ou du moins bons conducteurs, le troisième est un liquide. Ces corps sont ordinairement du cuivre rouge, du zinc et de l'eau acidulée; ils sont disposés les uns à la suite des autres et toujours dans le même ordre : chaque période porte le nom ù. 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 de papier ou de drap, mouillée avec de l'eau acidulée. La pile peut être montée sur un corps isolant ou conducteur. Les effets que nous allons décrire sont les mêmes.

Lorsqu'on touche les deux extrémités de la pile avec les deux mains préalablement mouillées, on éprouve une commotion analogue à celle qui résulte de la décharge d'une bouteille de Leyde, et qui se renouvelle à chaque contact. Quand on met les e.xtré-

484 ÉLECTRICITÉ DTNAMQUE.

mités de la pile en contact avec les muscles et les nerb d'un cadavre récent 9 les muscles éprouvent de violentes contractions. Enfin si une communication permanente est établie par un fil métallique ou un liquide, il se produit de la chaleur, des effets magnétiques et chimiques que Volta n'avait pas prévus, et que nous exposerons plus loin avec tous les détails nécessaires. Voici Texpiication que Volta a donnée de cette puissante machine électrique. Mettons en communication avec le sol un disque decui\Te (fig.STi^ et plaçons au-dessus un disque de zinc : d'après la théorie de Volta, le zinc acquerra une certaine quantité d'électricité que nous représenterons par a, et le cuivre sera à l'état naturel. Au-dessus dn disque de zinc plaçons un drap humide h; ce corps étant bon conducteur partagera réleclricit^ de z; mais la force électro-motrice produira une nouvelle décomposition de fluide naturel , telle que z reprendra sa tension primitive , et une nouvelle quantité de fluide s'écoulera dans le sol. Sur le drap h mettons un second couple ^V de zinc et de cuivre disposé comme le premier; r' prendra de l'électricité à h comme corps conducteur, et la tension primitive de s s'établira sur h,c* ci z' ; mais , en admettant que dans le couple c'r', ;;' doit avoir sur & la même différence de tension que z sur c, z! prendra la tension 2a; en continuant ainsi on voit qu A' et c" prendront la tension 2a , jk" la tension 3a , et ainsi de suite , de sorte que

z, z', z", z^",.,. a("), auront les tensions a, 2a, 3a.... na,

f, c', c", c'".... cW, auront les tensions 0 , a , 2a..,. (n-^i)a,

hf h\ h"j /i'".... /«("^O, auront les tensions a, 2a, 3a.... na.

Si on avait monté la pile en sens contraire , c*est-à-dire si le zinc communiquait avec le sol , la distribution de réiectricité serait la môme, seulement elle serait négative.

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 réiectricité 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 & leur maximum : car, si on monte deux piles égales en sens contraire, <")mmuniquant 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, au moyen d'un corps Ixm conducteur, non électro-moteur, par exemple

PILE VOLTAlOVE. ISS

anmoyend^merondellededrap mouillée. Alorson aarannc pile isolée, dans chaque moitié de laquelle réleclricité sera répartie comme dans one pile en contact avec le sol. Mais la tension des pôles sera éudemment deux fois plus petite que dans une pile d'un même nombre d'éléments communiquant avec le sol par une extrémité. lOm. Telle est la théorie que Volta a donnée lui-même de son admiralile instrument ^ mais cette théorie n'est pas admissible. Elle repose sur deux hypothèses : la première , que la différence de tension entre deux éléments consécutifs est constante , ce qui n*est point démontré ; la seconde ^ que le liquide n'agit que comme condocteur, ce quin*est point exact, car, en remplaçant Teau acidulée par une dissolution alcaline , les pâles de la pile sont intervertis. D'ailleurs y dans les piles isolées, les tensions sont inappréciables, tandis que, d'après la théorie de Yolta, elle serait seulement la moitié de celle qu'on obtiendrait en mettant une des extrémités en contact avec le sol.

En outre , les physiciens ne sont pas d'accord sur les expériences par lesquelles Yolta a démontré la production de l'électricité par le contact. H. de la Rive pense que les effets observés proviennent 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 wtion chimique, il n'y a point de dégagement d'électricité; d'autres physiciens, parmi lesquels nous citerons MM. Ohm, Pfaff et Pogpendorff, soutiennent les faits avancés par Voila.

1022. J'ai essayé d'éclaircir le point important dont il s'agit '•\. C. et P., t. Il), et je résumerai les faits que j'ai observés.

Lorsqu'on touche le plateau supérieur d'un condensateur avec un métal qu'on tient à la main , et le plateau inférieur avec le doigt, on obser\'e presque toujours une certaine divergence entre les feuilles d'or. Cette divergence est indépendante des dimensions du <^T)s,du nombre des points de contact, de la durée du contact, de la pression et de la température.

Si on touche le plateau supérieur du condensateur avec des fils Srtudés bout à bout, l'effet est le môme que si le métal touché était en contact immédiat avec le plateau.

Quand on tient avec les doigts le fil métallique, et par l'inler-

médiaire de lames de baudruche, de papier, ou de cuir, l'effet est

plus petit que quand le métal est touché directement, et d'autant

plus que les lames srmt pins nombreuses.

Des fils métalliques de différente nature étant réunis bout

^:i^ ÉLECTRicrrii dyxamîode.

à boat • si on tient dans les doigts les extrémités voisines des soudures « en touchant le plateau par une quelconque des extrémilt^s, on obtient le mémeeiïety et la déviation est sensiblement égale à la moyenne des déviations qui seraient produites séparément par chaque métal.

L'effet produit par un même métal varie avec la nature du liquide dont on a mouillé les doigts. Les alcalis produisent plus d*eiïet que les acides» et pour Targent, le platine et l'or, les elîcts sont do signes contraires.

Dans toutes ces expériences, on peut remplacer les doigts par un fil d'or ou de platine soutenu par deux manches isolants. On place le métal dont on veut connaître l'action sur le plateau siiprrieur du condensateur, on le recouvre d'une membrane mouillée do différents liquides que Ton fait communiquer par le fil d'or avec lo plateau inférieur; on peut aussi employer des capsules métalliques pleines de différents liquides.

Pour un mémo métal et une même dissolution acide ou alcaline, l'effet produit est sensiblement indépendant du degré de condensation et de l'énergie de l'action chimique, quand elle existe.

En employant des disques de cuivre et de zinc soutenus par dos manches isolanls, que Ton met en contact entre eux, et ensnilo avec les plateaux du condensateur, on parvient à donner à celui-ci une charge quelconque. La pression ou le frottement qui prccMent la séparation normale sont sans influence. Lorsqu'on sépare les disques en les faisant glisser l'un sur l'autre , on n'obtient aucun signe d'électricité. En diminuant l'élendue du contact apparent dos disques, l'effet est diminué dans la même proportion. Les autres métaux ont donné des résultats analogues, mais plus petits. Dans ces expériences, les disques en contact se comportent comme un condensateur dont la lame isolante serait une couche d'air.

Ces expériences répétées avec des disques vernis sur les surfaces qui doivent être mises en contact, et en établissant la communication par des fils métalliques isolés, ont donné les mêmes résultats. La nature de l'arc métallique est sans influence. Lorsque l'arc renferme un liquide, et que le liquide communique à deux lames métalliques de même nature , l'effet produit est le même que si l'arc était tout métallique ; quand les lames sont de nature différente, l'effet est le même que si les disques étaient de la nature des lames mouillées et communiquaient par un arc du liquide. Pour observer la différence des effets produits lorsque les disques

PILE VOLTAÏUUE. i57

sunlen communication par on arc métallique ou liquide , j'ai remplace le plateau supérieur doré du condensateur par un plateau de ziuc. Eq établissant la communication avec les doigts^ la déviation a clé de -{- 20* ^ en rétablissant par un arc métallique quelconque, elle a été de — 3**. Les autres métaux se sont comportés de la même DuiDière.

Lorsque les deux plateaux d'un condensateur sont en commuiiitatioo par un arc formé de différents liquides conducteurs , lefTet ne dépend que des liquides qui touchent les lames métalliques ; il est indépendant du nombre et de la nature des liquides intermédiaires. On obtient des effets très-sensibles par le contact de certains métaux avec des liquides sans action sur eux. Si on prend un tube de verre recourbé en U, rempli d alcool à 45% en plongeant une lige métallique dans une des branches , tenant Tautre fermée avec le doigt et touchant un des plateaux du condensateur avec rcxtrémité delà tige métallique , on obtient 3® avec lofer, 12* avec le zinc et 10* avec Tétain. Ces effets ne proviennent pas de l'action de l'alcool sur le doigt, car ils seraient les mêmes pour tous les mé\anx,ce qui n*estpas; ils ne peuvent pas résulter, non plus, de l'influence de Thumidité de Tair sur la partie de la tige métallique ^ojest hors du liquide, car, si on immerge complètement la lame dans le liquide , et si on la touche par un fil d or ou de platine commuDiquant avec un des plateaux, on obtient le même résultat. Le ier plongé dans une dissolution de potasse produit une déviation de 9% et on sait que cet alcali est sans action sur le fer. 1025. Les conséquences suivantes résultent des faits que je ' viens de rapporter :

1'. Les métaux, dans leur contact, produisent de 1 électricité, comme Volta l'avait annoncé, et sans qu'il soit possible d'attribuer cet effet au frottement ou à une action chimique du milieu environnant.

^, Dans une chaîne formée de plusieurs métaux, les effets produiLs sont les mêmes que si les métaux extrêmes étaient immédiatement en contact, connue Volta Tavaitdit, mais en déduisant ce fait d'expériences mal interprétées.

3*". Lorsque des métaux communiquent par un arc métallique, et ensuite par un arc liquide, leur charge électrique augmente beaucoup , et , en général , change de signe.

4''. La théorie de la tension de la pile, telle que Volta l'a donnée, est inexacte^ attendu que les principaux effets proviennent de Tac-

158 ÉLËCTafGITÉ DYNAMIQUE.

lion des métaux sur les liquides , et que celle des métaux entre eux ne tend qu'à diminuer reflet produit } alors l'élément d'une pile n*est pas formé de deux plaques en contact , mais de deux plaques de nature difTcrente séparées par un liquide.

5"*. Lorsque deux métaux sont réunis par une chaîne formée de plusieurs liquides communiquant entre eux, l'effet produit est le même que si les liquides qui touchent les métaux étaient en contact iumiédiat : c'est pour les liquides une loi analogue à celle que Voila avait trouvée pour les métaux.

6*". Dans le contact des métaux entre eux , l'électricité développée ne peut pas être attribuée au frottement, à la pression ou à une action chimique du milieu cnviromiant; et, pour certains métaux et certains liquides , il y a production d'électricité sans qu'il soit possible d'admettre une action chimique entre les deux corps.

1084. Ainsi, il y a bien de l'électricité dégagée par le contact des corps, comme Voila l'avait annoncé, et dans des circonstaiices où il est impossible d'admettre une action chimique. D'ailleurs, dans l'examen que nous avons fait des circonstances qui accompagnent le dégagement de l'électricité par lefrottem^t , nous avons vu que toutes, sans exception, étaient sans influence, et que tout se bornait à mettre les corps en contact et à les séparer, ou en les faisant glisser les uns sur les autres, ou en les séparant normalement, et, par conséquent, qu'on ne pouvait attribuer les eflists produits qu'au contact, et nullement à l'intervention d'une action chimique de Tair, parce qu'ils se produisent également dans l'acide carbonique. Mais il est impossible de déduire de là une explication des eirclsdcla pile : car, pour qu'elle se recharge immédiatement quand on a touché les deux pôles, et pour que, les pôles étant mis en communication, le circuit soit parcouru par un courant électrique, il faut que la pile renferme une source permanente d'électricité; et comme le courant électrique qui parcourt la pile et le fil qui réunit les pôles possède une certaine puissance dynamique capable de vaincre une certaine résistance, la cause du courant ne peut pas résider dans un circuit en repos, dont les parties ne changent ni de nature ni de température.

Cette dernière considération surtout rend très-probable l'opinion que les effets de la pile résultent des actions chimiques qui se produisent entre les liquides et les métaux qui la constituent, et non de leur contact. A la vérité, dans quelques circonstances, il est difficile de constater l'existence et la nature de l'action chimique

PILE VOLTAÏUUE. 150

qu produit te courant électrique; mais nous verrons qu'il faut de sifoiblesactîous chimiques pour produire des courants d'une assez gnode intensité, que rimpossibilKé dans laquelle on se trouve quelquefois de les assigner, ne doit pas être considérée comme une objection bien puissante au principe général qui repose sur un si grend nombre de faits. 11 sérail possible cependant que ce fût i'éleo- Iricité résultant du conl;)ct qui produisit, au premier instant, le courut dans les piles où l'action chimique ne se manifeste que quand le circuit est formé, comme dans celles dont le zinc est ornai- ^mc-, la décharge instantanée des électricités accumulées aux pôles produirait une action chimique qui de\iendrait alors la cause permanente du courant. Quoi qu'il en soit, nous le répétons, il faut que la source de 1 électricité de la pile dépense une action mécanique égale à celle que peut manifester le circuit, en vertu du principe de la conservation des forces vives dans un système qudoonque; et rien ne peut se produire d'une manière continue im des corps en contact qui n'éprouvent aucun changement.

lOSB. M. de la Rive qui a toij^ours considéré les eflets de la pile comme résultant des actions chimiques , en a donné une cxplication qae nous devons rapporter.

Considérons une plaque de zinc plongée dans de l'eau acidulée : INirsnite de l'action chimique qu elle éprouve , le zinc prend l'électricité négative et le liquide l'électricilé positive ; mais ces élec- Incités se recombinent à travers le liquide à une petite distance de b surface de la lame métallique, de sorte qu'un éicctroscope Bis en communication avec la lame de zinc ou le hquide ne se chaif^rait pas, ou se chargerait très-peu. Si on plonge dans le inéme liquide une plaque de cuivre , rien ne sera changé ; mais 9 les deux lames communiquent par un fil métallique, une partie de l'électricité du liquide se portera sur la lame de cuivre et parcoana le 01 pour se combiner à celle du zinc; il se pnKluira , par conséquent , un courant. Examinons maintenant ce qui se passera dans une pile isolée, com|K)sée d'éléments égaux, par exemple dans une pile à auges. Il est facile de voir que des quantités égales d'électricités contraires se neutraliseront à chaque instant dans chaque i-ouple, que les plaques extrêmes se chargeront d'élcclricilésde signes contraires qui tendront à se réunir à travers la pile, qui se réuniront en elTet, mais en se reproduisant sans cesse par la permanence de l'action chimique.

Ces tensions polaires , qui résultent de Tiniparfaile conductibilité

160 ÉLECTRICITÉ DY.NAMlUl'E.

de la pile y seront évidcmmenl proportionnelles à la résistance que Ja pile oppose à la réunion des deux électricités, c est-à-dire aoi nombres des éléments : car d'après les expériences de M. de It Ki\e, dont nous parlerons plus loin, la conductibilité d'une masse liquide interrompue par des diaphragmes métalliques, varie en raison inverse de leur nombre. Les tensions polaires devront varier aussi en sens contraire de la conductibilité du liquide placé dans les auges; et c'est, en effet, ce que M. de la Rive a recoona par l'expérience. La réunion des électricités polaires devra nécessairement établir des tensions décroissantes dans les éléments qui sont iW plus en plus rapprochés du centre de la pile, et dans l'élcm(înl du centre, où la réunion a lieu, la tension sera nulle. Il est ifiiporlanl de remarquer que ces tensions de signe contraire, qui se produisent dans les deux moitiés de la pile, ne doivent pas (^trc (-.ohsi(léré(*s comme des tensions statiques , mais comme des tensions d>imiiii(|U(*s, qui subsistent au milieu du mouvement général de l'élertrieilé (jui se manifeste dans la pile, mouvement qui produit la rrcomposition des fluides dans chaque élément, et celle des fluides |H)lairesà travers la pile. Si la pile, aulieud'ètre isolée, avait undeses pôl(\s en communication avec la terre, l'autre prendrait une tension l)Ciincoup plus considérable, parce qu'une partie de son électrieilé ne serait plus neutralisée par celle du pôle qui a cessé d'être isolé.

Supposons maintenant que les pôles de la pile soient réunis par im m métallique, ou un corps quelconque plus ou moins bon coaduct(*ur. Les électricités polaires auront deux chemins pour se réunir, la pile et le conducteur extérieur : elles se partageront néc(\ssairement entre eux en raison de leur conductibilité; mais le courant établi traversera la pile, augmentera l'énergie de Taction chimique, j)ar suite celle du courant lui-même, qui deviendra constant par l'accroissement des résistances.

Telhî (;st la théorie proposée par M. de la Rive : elle a été combattue par plusieurs physiciens, et principalement par M. PoggendorlT; mais comme elle satisfait à l'ensemble des faits connus, et que celle de Voila est inadmissible, nous l'adopterons.

102 G. Différentes formes de piles. La pile voltaïque telle que nous venons de la décrire présente plusieurs inconvénients que l'on a cherché à faire disparaître par d'autres dispositions. Le premier consiste en ce que, les disques s'oxydanl facilement, toutes les fois (|u'oii remontait la pile, il fallait nettoyer les faces des disques qui de\ aient être en contact, sans quoi ou n'obtenait qu'une très-