FOND

Or, argent, zinc ou cuÎTre

Platine.

Or. Fer.

n Fer.

Zinc.

Argent

Platine

Zinc ou cuivre

Argent

Des deux métaux, c'est celui qui est le meilleur conducteur qui reste obscur. Si l'on forme un fil composé alternativement de platine et d'argent, chaque partie de platine rougit, et l'argent ne change pas d'aspect.

D'après ces faits, M. de La Rive admet que réchauffement des fils est dû à la difficulté qu'éprouve l'électricité à passer d'une molécule à la suivante, après la décomposition électrique polaire qui se fait dans chacune d'elles (1442). Nous avons déjà fait mention de cette résistance, dans le cas de la décharge des condensateurs (1332), et nous avons vu que, dans les corps isolants, elle est telle que l'électricité polaire ne peut quitter les molécules (1354). D'après

M. de La Rive, ce seraient alors les décharges intermoléculaires qui produiraient la chaleur. A l'appui de cette manière devoir, il remarque que toute solution de continuité, où le courant éprouve une certaine résistance, augmente réchauffement. Par exemple , lorsque la pile n'est pas assez forte pour Taire rougir les fils , l'incandescence peut avoir lieu aux points de jonction , même quand les fils réunis sont identiques, ce qui montre que l'électricité éprouve plus de difficulté à franchir les surfaces de séparation, quand elles ne sont pas intimement unies, qu'à traverser une section égale des fils. Si Ton appuie sur un morceau de charbon conducteur, fixé à l'un des réophores d'une pile de Wollaston de 10 couples seulement, le bout d'un fil de platine de \ millimètre de diamètre attaché à l'autre électrode, la chaleur est si forte que l'extrémité du fil de platine fond comme le plomb, avec un éclat que l'œil peut à peine supporter, pendant que le reste du fil s'échauffe à peine. Si l'on approche le bout du fil de platine , de la surface du mercure contenu dans une capsule en platine fixée à l'un des réophores, la chaleur est tellement vive Fig. 4430. au point de contact, qne le mercure se volatilise avec un

bruit assez fort , accompagné d'une vive lumière , et en produisant un petit nuage blanchâtre (fig. 1130). Dans cette expérience, comme dans la précédente , réchauffement est augmenté par cette circonstance que l'électricité doit se resserrer , pour passer par le petit nombre de points en contact avec le charbon ou le mercure.

C'est à cause de la résistance qu'opposent les solutions de continuité des conducteurs, que l'on peut dériver dans un circuit extérieur, une partie des électricités dégagées dans les couples thermo-électriques (1488).

45*3. ÉCHAUFFHMEHT DBS 80UBUBBS, SUIVAIT LB SOTS DU COUDAIT. — Peltier

a étudié les changements de température aux points de jonction des fils traversés par un courant, au moyen de sa pince thermo-électrique (fig. 1131), qu'il applique sur le point dont il veut reconnaître réchauffement, en ayant soin d'interposer du papier très mince, pour empêcher l'électricité de passer, du fil dans la pince l. La fig. 1132 représente l'ensemble de l'appareil. Le fil mn est fixé à deux supports métalliques communiquant par leur pied avec les pôles d'une pile P, dont le courant passe aussi par un réomètre R', qui en indique l'intensité magnétique La pince ab est portée par une règle munie d'une crémaillère qui sert à la faire glisser dans une rainure, quand on fait tourner le pignon denté r. On peut ainsi transporter en différents points du fil mn, la pince ab, dont le réomètre est en R.

Peltier a reconnu d'abord que le sens du courant a une influence marquée sur réchauffement des soudures. Ainsi, quand le courant passe d'un fil de cuivre dans un fil de fer, zinc plomb ou étain, la température au point de

* Annales de chimU et de physique, î« série, t. LVI, p. 374.

jonction est moins élevée que lorsqu'il marche en sens contraire. Par exemple, un courant qui donne une température indiquée par une déviation de 20° du réoroèlre R, quand il va du zinc au cuivre, et de 30° quand il va du fer au zinc, ne donne plus que 14° et 13° quand il marche en sens inverse. Si Ton met un fil de zinc entre deux fils de cuivre, la soudure par laquelle le courant entre dans le zinc s'échauffe moins que l'autre.

Fig. 4 434.

Fig. 4 4 32.

45*4. Froid produit par un courant. — En faisant ces expériences, Peltier à découvert le fait très remarquable d'un abaissement de température produit par le passage d'un courant. Ce résultat ne se présente que pour les métaux à structure cristalline, comme le bismuth et l'antimoine. Voici comment on le constate : une lame de bismuth est soudée bout à bout entre deux lames de cuivre; ce système étant traversé par un faible courant donnant 20°

auréoraètreR'Ofy.4132), l'une des soudures s'échauffe, et l'autre se refroidit. Les résultats sont indiqués en ebe' dans la fig. 4433. Les nombres +20°,— 10°, écrits prés des soudures , sont les déviations du réomètre de la pince thermo-électrique.

Les résultats sont inverses quand le bismuth est remplacé par de l'antimoine; ils sont indiqués en CAC. Quand le courant est trop fort, les deux soudures s'échauffent; mais celle qui se refroidissait s'échauffe toujours moins que l'autre. Enfin, si l'on soude la lame d'antimoine à la lame de bismuth, la soudure se refroidit de —45°, quand le courant va du bismuth (3 à l'antimoine a; elle s'échauffe de 37°, quand le courant marche en sens opposé.

Il est à remarquer que la pince thermo-électrique , enlevant ou cédant de la chaleur aux soudures , les valeurs numériques citées ne sont pas d'une

-no*

flr

fl

Fig. 4 4 33.

Fig. 4 4 34.

exactitude parfaite. Peltiera alors évalué les températures des soudures au moyen d'un thermomètre à air (fig. 4134), dont la lame mixte mn traversait le réservoir, de manière que la soudure fût au centre. Les mouvements du niveau a de la colonne liquide faisaient connaître si la soudure s'échauffait ou se refroidissait pendant le passage du courant. — Enfin, pour rendre le résultat plus frappant, M- Lenz a imaginé de creuser une petite cavité sur la soudure qui réunissait deux petits barreaux de bismuth et d'antimoine portés à une température voisine de 0° ; ayant mis une goutte d'eau dans la cavité, il la vit se congeler pendant le passage d'un faible courant, du bismuth à l'antimoine.

M. E. Becquerel, qui a répété et varié les expériences de Peltier, a observé un très faible refroidissement avec le fer, quand un courant à peine sensible passait d'un fil de cuivre ou de platine dans un fil de fer.

• 1585. Loi de réchauffement des soudures. — Peltier ayant trouvé que la température des soudures dépend du sens du courant , M. Quintus Icilius et M. Frankenheim ont cherché et trouvé la loi de ce phénomène *. La méthode qu'a suivie le premier donne des résultats indépendants de réchauffement des fils hors des points de jonction '. Deux bandes d'un même métal sont soudées aux extrémités d'une bande d'un autre métal ; on les fait traverser par le courant d'une pile, et les deux soudures s'échauffent inégalement; si donc on supprime le courant et qu'on mette les extrémités de la série des trois bandes en rapport avec un réométre, on obtient un courant thermo-électrique, dont le sens et l'intensité font connaître laquelle des deux soudures est la plus chaude, et quelle est la différence de leurs températures. Pour obtenir des résultats plus prononcés, M. Quintus Icilius, au lieu d'employer trois lames seulement, a opéré sur une pile thermo-électrique de 32 couples bismuth et antimoine. Le courant d'un couple de Bunsen passait à travers cette série, puis ce courant était supprimé, • et les extrémités de la série thermo-électrique étaient mises rapidement en rapport avec le réométre, qui faisait connaître l'intensité du courant thermo-électrique développé par l'inégal échauffement des soudures alternatives. Mais l'équilibre de température tendant à s'établir, ce dernier courant diminuait rapidement, ce qui en rendait l'évaluation difficile. On tourne la difficulté en laissant osciller l'aiguille, et observant six positions extrêmes successives, d'où l'on conclut par le calcul, à l'aide de méthodes données par M. Wilhelm Weber, l'intensité du courant constant qui aurait donné deux positions extrêmes successives.

On a trouvé ainsi, très sensiblement, que la différence entre les élévations de température des soudures paires et impaires est proportionnelle à Vint ensilé du courant vollaïque qui les a traversées, l'intensité du courant étant mesurée par un réométre placé dans le circuit voltaïque. Il faut remarquer que ce courant était un peu modifié par le courant thermo-électrique qui se développait par l'inégal échauffement des soudures.

1 An*, de Poggendorff, t. 89, et Ann. de ch. et deph., , 3« série, t. XXXIX, p. 249.

Il nous reste à trouver quelles sont les propriétés physiques des deux métaux associés, qui déterminent la soudure à s'échauffer plus ou moins, suivant le sens du courant. Peltier avait cru que réchauffement (Hait le plus faible quand le courant passait du métal le meilleur conducteur dans l'autre métal ; mais M. E. Becquerel a trouvé qu'il n'en est pas ainsi, et il énonce la loi suivante :

Il y a une relation entre les résultats et le sens du courant thermo-électrique quon obtiendrait en chauffant faiblement la soudure : si le sens de ce courant est le même que celui du courant voltaïque qui traverse la soudure, réchauffement est le moins fort; il peut même être remplacé par un refroidissement *. Par exemple, si l'on chauffe la soudure de deux barreaux de bismuth et d'antimoine, on a un courant thermo-électrique qui va du bismuth à l'antimoine à travers la soudure (1484) ; et si l'on fait passer h travers ces barreaux un faible courant allant aussi du bismuth à l'antimoine, la soudure se refroidit. M. Matteucci a reconnu que si l'on chauffe le point de jonction de deux tiges prises dans un cristal cubique de bismuth, l'une perpendiculairement au plan du clivage principal, l'autre parallèlement, on obtient un courant thermo-électrique allant de la première à la seconde par le point de jonction ; si l'on fait passer un courant voltaïque dans le même sens, il y a refroidissement au contact.

4586. LOIS DE L'ÉCHAUFFEÏENT DE8 FILS HOMOGÈNES. — NOUS avons VU (1522)

que réchauffement des fils métalliques, dépend : l°dela conductibilité électrique et des dimensions de ces fils; 2° de l'intensité du courant. Les premières recherches destinées à comparer l'élévation de température à l'intensité du courant ont été faites par M. A. de La Rive 2. Il mesurait réchauffement, qui n'allait pas jusqu'à l'incandescence, soit au moyen d'un thermomètre à air dont le fil traversait le réservoir, comme dans la fig. 1124, soit au moyen d'une espèce de pyromètre vertical dont le fil laissait descendre, en se dilatant, une aiguille parcourant les divisions d'un cadran, soit au moyen d'un thermomètre de Breguet (II, 843), dont le courant traversait l'hélice métallique, qui remplaçait le fil à échauffer, et dont l'aiguille horizontale portait en son milieu une petite tige verticale plongeant dans une cavité pleine de mercure, par laquelle l'hélice communiquait avec un des pôles de la pile. Pour faire varier l'intensité du courant, M. de La Rive le faisait passer à travers une colonne d'acide nitrique concentré, renfermée dans une auge en verre, et dont il augmentaità volonté la résistance, au moyen de diaphragmes en platine. L'intensité du courant était donnée par un réomètre placé dans le circuit. Voici quelques-uns des résultats obtenus :

Nombre de diaphragmes. 4

Réomètre 85°

Elévation de température. 3 4 2°

« Annales de chimie et de physique, 3e série, t. IX, p. 56. 2 Annales de chimie et de physique, 2e série, t. IL, p. 374.

En plaçant un voltamètre (1438), dans le circuit, M. A. de La Rive a trouvé que le temps pendant lequel il obtenait un certain volume de gaz, était de 5* et de 35% et les élévations de température de 38° et 3°, quand il n'y avait pas de diaphragme et quand il y en avait un. On voit donc que l'élévation de température diminue dans un rapport bien plus grand que l'intensité du courant, soit qu'on évalue cette intensité par la déviation du réométre, soit par la quantité d'eau que peut décomposer le courant pendant un temps donné ; mais la loi de cette diminution restait à trouver.

Peltier a aussi cherché les lois de réchauffement des fils; mais comme il mesurait leur température au moyen de sa pince thermo-électrique, et que cet instrument enlevait au point touché une quantité notable de chaleur, il n'a pas trouvé les lois véritables. Ces lois ont été trouvées par M. Joule l,- puis confirmées par MM. Lenz, E. Becquerel et Botto en voici d'abord l'énoncé :

Lois de Joule. — Lorsqu'un courant traverse un fil métallique homogène, la quantité de chaleur dégagée dans l'unité de temps estproportionnelle : 1° à la résistance que ce fil oppose au passage de Véleclricité , 2° au carré de F intensité du courant ; cette intensité étant mesurée par la quantité d'eau que peut décomposer le courant pendant l'unité de temps. La quantité de chaleur q dégagée pendant l'unité de temps, est donc donnée par la formule

q = kri*

dans laquelle r est la résistance, t l'intensité du courant, et c une constante, M. Joule faisait passer le courant dans un fil de cuivre qui traversait un tube de verre, puis s'enroulait en hélice autour de ce tube, plongé lui-môme dans l'eau d'un petit calorimètre. L'imparfaite conductibilité du liquide faisait que le courant ne pouvait sauter d'une spire à l'autre. La quantité de chaleur dégagée dans un temps donné, était déduite de l'élévation de température de l'eau. La quantité d'électricité qui avait traversé le fil pendant le môme temps , était évaluée, en prenant pour unité la quantité d'électricité capable de décomposer , en une heure, 100 grains d'eau. Le courant constant capable de fournir cette quantité, déviait le réométre de 33°, 5; de sorte que la déviation permettait de calculer, en fonction de cette unité, la quantité d'électricité passée en un temps donné. C'est ainsi qu'ont été déterminés les nombres inscrits dans la seconde ligne du tableau qui suit :

Déviation du réométre 46° 34,5 55 57,7 54,5

Quantités d'électricité. 0,43 0,92 2,35 2,64 2,73

Rapports entre les carrés de ces quantités. . 2,9 4 8,8 23,2 25,4

Échauffement de l'eau en 30 minutes.. . . 3° 4 9 23 25

Si l'on compare entre eux les résultats consignés dans les deux dernières lignes, on reconnaît sans peine l'exactitude de la seconde loi,

i Archives de l'électricité de H. A. de La Rire, t. II, p. 54, et Y, 353.

Pour vérifier la première loi, M. Joule faisait passer le courant, simultanément dans les deux fils qu'il voulait comparer; ces fils, ayant la même longueur, plongeaient dans des calorimètres identiques. Il a trouvé ainsi, que le rapport entre les élévations de température des calorimètres était égal au rapport des résistances. Les principales expériences ont été faites avec deux fils de cuivre de différent diamètre, un fil de cuivre et un fil de fer , un fil de cuivre et une spirale de mercure introduite dans un tube capillaire contourné.

M. Lenz plongeait le fil dans de l'alcool, qui est encore moins bon conducteur que l'eau. Il mesurait le temps employé à échauffer ce liquide de 1°. La force du courant était évaluée au moyen d'un réométre; il la faisait varier à volonté, en introduisant dans le circuit, des longueurs de fil de platine plus ou moins grande. La première loi résulte de ce que le produit de la résistance de chaque fil, par le temps employé à chauffer l'alcool , de 1°, s'est trouvé le môme

Fig. 4 435.

pour le même courant. Les temps se sont aussi trouvés, pour un môme fil et divers courants, en raison inverse des carrés des intensités de ces derniers ; d'où l'on conclut la 2e loi. Ces expériences ont été faites sur divers fils d'argentan, et sur des fils de platine, de fer et de cuivre.

La fig. H35 représente l'appareil employé par M. E. Becquerel '. Le calorimètre ce est formé d'un vase cubique eu cuivre mince, de 2cm,5 de côté , dans lequel plonge un petit thermomètre. Le fil métallique entre dans ce calorimètre, par des tubes de verre o, o' ; il est enroulé autour d'une hélice en verre, représentée à part en S. La quantité d'électricité écoulée dans un temps donné était évaluée au moyen du nombre de centimètres cubes de gaz oxygène et hydrogène recueillis pendant le môme temps dans un voltamètre V, et recueillis dans une môme éprouvette graduée. Un thermomètre plongé dans un vase de cuivre rempli d'eau v donne la température de l'air. Le vase v, ainsi que le calorimètre, est entouré d'une boite en carton. Les tubes à mercure n, servent à établir les communications.

Pour déterminer les quantités de chaleur fournies au calorimètre pendant un

1 Annales de chimie et de physique, 3e série, t. IX, Pp. 40.

temps donné, M. E. Becquerel attendait que la perte de chaleur à l'extérieur fût égale à chaque instant à la chaleur reçue, c'est-à-dire que la température du calorimètre fût stationnaire. Il calculait alors la chaleur perdue, par la méthode employée par Delaroche et Bérard pour mesurer les chaleurs spécifiques des gaz (II, 903), le calorimètre ce ne différant de celui de Delaroche et Bérard qu'en ce que le serpentin était remplacé par un fil métallique contourné.

Indépendamment des lois énoncées dans ce n°, M. E. Becquerel a aussi vérifié le résultat trouvé par Peltier (4522), que Yéchauffement est le même dans tous les points d'un fil cylindrique , quelle que soit sa longueur, pourvu que le courant qui le traverse ait toujours la même intensité. Il a enfin trouvé que Y élévation de température est , toutes choses égales d'ailleurs, en raison inverse de la 4e puissance du diamètre du fil. On voit que ces quatre lois sont précisément celles qui ont été trouvées par M. Riess pour réchauffement produit par la décharge des batteries. 11 faut remarquer cependant que l'effet de celles-ci ne dépend pas seulement de la quantité d'électricité qui traverse le fil, mais aussi de la surface armée de la batterie qui contient cette électricité (1333).

Remarquons encore que la différence d'échauffement de deux soudures étant proportionnelle à l'inlensité du courant (1525), tandis que les fils s'échauffent proportionnellement au carré de cette intensité, les variations particulières de température des soudures seront d'autant moins sensibles, que le courant sera plus intense ; c'est pourquoi il faut employer de faibles courants, pour observer le froid qui se produit à certaines soudures.

Nous ajouterons enfin que M. Clausius, en partant des calculs de M. Kirchhoff, est parvenu à rattacher, au moyen de l'analyse mathématique, les lois de Joule aux principes de la théorie mécanique de la chaleur; car il a trouvé pour l'expression de la chaleur dégagée C par le passage d'un courant d'intensité I dans un fil de résistance r, la formule C = ArI2, dans laquelle A représente l'inverse de l'équivalent mécanique de la chaleur (1075) '.

1527. Influence ta mille* sur réchauffement des fils. — Quand un fil, parcouru par un courant capable de le faire rougir, est plongé dans l'eau, il cesse d'être incandescent. II est naturel d'expliquer ce résultat par le refroidissement que produit le contact de l'eau ; cependant il y a une autre cause : c'est que le refroidissement diminue la résistance du fil, résistance que la chaleur augmente au contraire dans une grande proportion, comme nous le verrons plus loin, et nous savons que réchauffement diminue en môme temps que la résistance (1522). D'un autre côté, l'intensité du courant augmente quand la résistance diminue et qu'on ne change rien au reste du circuit. Un fil plongé dans un milieu refroidissant prendra donc une température qui dépendra à la fois de ces deux causes, qui agissent en sens inverse. Davy a fait à ce sujet l'expérience curieuse qui suit : pendant qu'un fil est porté au rouge cerise par le passage d'un courant, on en refroidit la partie moyenne, au

1 annale» de chimie et de physique, 3e série, t. XLII, p. 4 2Î.

Fig. 4 436.

moyen d'un courant d'air, en la plongeant dans l'eau, ou en la touchant avec un* morceau de glace; on voit aussitôt le reste du fil devenir rouge blanc et même fondre : c'est que le courant est devenu plus intense, parce que la résistance de la partie refroidie a diminué. Si, au contraire, on fait rougir à blanc le milieu du fil au moyen d'une flamme, les parties extrêmes deviennent obscures !

L'expérience suivante, de M. Romney-Robinson , montre bien l'opposition entre les résultats produits par l'augmentation d'intensité du courant et par l'accroissement de résistance du fil par la chaleur : un fil de platine f (fig. 4136) fut recouvert d'une éprouvetle e pleine d'air et entourée d'eau. On le fit traverser pendant 12 minutes par un courant ; ce fil devint rouge blanc , et l'eau s'échauffa de 3°. 05, L'appareil étant refroidi, on fit passer une partie de l'eau dans l'éprouvette; alors, sous l'influence du courant, l'eau s'échauffa dans le même temps , de 46°, 22; mais le courant avait doublé d'intensité, à cause de la moindre résistance du fil f, qui resta obscur. — Dans une autre expérience, le courant fut ramené à son intensité primitive, par l'introduction dans le circuit , d'un fil métallique de longueur convenable ; l'eau ne s'échauffa plus que de 1°,65, parce que la résistance du fil refroidi était très faible. Cette expérience . montre aussi que la loi de réchauffement relative à la résistance du fil, doit s'appliquer à la résistance qu'il présente pendant qu'il est échauffé par le courant, et non à celle qu'il possédait avant l'expérience.

Influence des gaz. — Nous avons vu (11,823) qu'un fil métallique rendu incandescent par un courant, perd immédiatement son incandescence quand on le plonge dans du gaz hydrogène. M. Poggendorff a attribué ce phénomène, comme l'avait déjà soupçonné M. Grove , au refroidissement du fil par le contact du gaz, qui possède un plus grand pouvoir refroidissant que l'air (11,823); le fil refroidi devient meilleur conducteur , et le courant , quoique plus intense, ne peut plus le faire rougir.

Viard ' a démontré l'exactitude de cette explication, en faisant voir que la quantité de chaleur dégagée est la même avec divers gaz , quand on fait en sorte que la résistance du fil ne varie pas. Le fil, f(fig. 1137), plié en hélice, traverse un tube de cuivre ce que l'on remplit d'hydrogène par les tubes o, ©'; son extrémité supérieure est soudée à un bouchon isolé /, l'autre plonge dans un tube recourbé plein de mercure m, de façon qu'en la tirant en r, on peut

Fig. 4 4 37.

1 Annales de chimie et de physique, 3e série, t. XLIII, p. 304.

diminuer la longueur de la partie f qui se trouve dans le tube ce. Le tout est plongé dans un calorimètre CC. Le courant se divise en deux parties : l'une traverse le mercure m et le fil à échauffer f, et circule ensuite dans l'un des fils d'un réométre différentiel (1441), dont l'autre partie du courant parcourt en sens contraire le second fil ; on fait en sorte, en donnant plus ou moins de longueur à cette seconde partie du circuit, que l'aiguille du réométre reste au zéro. Dans une autre expérience, on remplace l'hydrogène par un gaz différent; la résistance du fil, moins refroidi, est plus grande, et l'aiguille du réométre obéit à l'action prépondérante de la seconde partie du circuit. Alors, en tirant en r le fil à échauffer, on diminue la longueur de la partie /, et la résistance devient moindre. Quand on a ramené, par ce moyen . l'aiguille du réométre au zéro, la résistance est la même que lorsque le fil était entouré d'hydrogène. En opérant ainsi, Viard a reconnu que réchauffement du calorimètre est le même

pendant le même temps , quel que soit le gaz introduit dans le tube de cuivre.

M. Grove a cherché à comparer les effets produits par divers gaz s.

Pour cela , il a rempli , des gaz i comparer , deux tubes de verre o et h (fig. 1138), de 38— de longueur, dans lesquels passaient des fils égaux en platine tournés en hélice, de Omm,3 de diamètre, et de 94aUDde longueur. Ces tubes étaient plongés dans des calorimètres séparés, contenant chacun 93 grammes d'eau. Un même courant, fourni par 8 couples de Grove, passait à travers les fils. Quand les gaz étaient l'oxygène o et l'hydrogène A, le fil plongé dans le premier gaz devenait rouge blanc, tandis que l'autre restait obscur. De plus, la température s'élevait, en 5 minutes, de 11°, 7 dans le calorimètre contenant le tube à oxygène, et de 5°, 6 seulement dans l'autre ; la température initiale était de 15°, 5. Cette différence provenait de ce que le fil entouré d'hydrogène se refroidissant plus que l'autre, présentait moins de résistance au courant et s'échauffait moins. Si l'on remplaçait l'oxygène par d'autres gaz, on trouvait des différences analogues. Le tableau suivant fait connaître les températures du calorimètre qui contenait le tube o rempli successivement de différents gaz , quand celui qui renfermait le tube à hydrogène h s'échauffait de 5° ,5. Les nombres de la troisième ligne représentent les quantités de gaz dégagées par minute dans un voltamètre introduit dans le circuit, quand le courant traversait seulement le tube o rempli successivement des différents gaz.

Fig. 4 4 38.

* Annales de chimie et de physique, 3* série, t XXXIX, p. 497.

oxyde de carbone.

oxygène.

a%ote.

Acide tulfhydrique, gaz oléfiant, acide carbonique, 6° 9<>,2 4 4o

Quand le tube o était rempli d'hydrogène, le volume de gaz recueilli en une minute dans le voltamètre, était représenté par 138,6.

On voit que les gaz qui refroidissent le plus le fil de platine sont aussi ceux avec lesquels le courant présente la plus grande intensité. La vapeur d'éther agit à peu près comme l'hydrogène. Dans le vide, le refroidissement est moindre que dans les gaz ; aussi un fil de platine peut-il rougir sur une plus grande longueur dans le vide que dans l'air.

Application. — M. Becquerel a pu produire des températures très élevées, pour obtenir des fusions, en évitant le refroidissement de fils de platine parcourus par un courant f. Ces fils sont enroulés en hélice conique dont les spires, voisines mais ne se touchant pas, se préservent mutuellement du refroidissement. De petits creusets en charbon, platine, porcelaine..., placés dans l'hélice, reçoivent dès substances à fondre. On augmente l'effet, en enveloppant le creuset d'une flamme d'alcool, ou en l'entourant d'une feuille de platine poli qui réfléchit la chaleur. L'appareil est recouvert d'une cloche, de manière à pouvoir opérer dans le vide et dans différents gaz.

* 5*8. kiautfbhbht dbs LIQUIDES. — Les liquides s'échauffent, comme les fils métalliques, pendant le passage du courant; mais le phénomène se complique par les variations de température dues aux actions chimiques produites par l'électricité, et par les effets de la résistance qu'elle éprouve en passant, des électrodes métalliques dans les liquides, ou réciproquement. L'influence des actions chimiques est bien évidente dans l'expérience suivante : Davy fixa aux électrodes d'une pile de 100 couples, deux vases coniques en or réunis par une mèche mouillée en amiante : l'un était rempli d'eau pure, l'autre d'eau contenant une goutte d'une dissolution de sulfate de potasse. Cette dernière entra en ébullition au bout de 1 ou 2 minutes. Une goutte d'une dissolution d'azotate d'ammoniaque détermina une telle élévation de température, que l'eau disparut en vapeur en 3 ou 4 minutes, avec un grand bruit. M. de La Rive 3 prouve l'influence de la résistance au passage, en divisant la colonne liquide par des cloisons membraneuses ; elle s'échauffe alors beaucoup plus rapidement. Des cloisons métalliques ne conviendraient pas, parce que l'eau décomposée donnerait sur chacune d'elles un dégagement de gaz accompagné d'une absorption de chaleur. Si le courant passe d'un vase à un autre par une mèche de coton mouillée, la mèche s'échauffe, tandis qu'un tube en siphon rempli d'eau, mis à sa place, ne s'échauffe pas sensiblement. — Une tige de plante grasse un peu aqueuse, formée de cellules remplies de liquide, convient

1 Traité d'électricité et de magnétisme, par M. Becquerel père et fils, 1. I. p. 345.

2 Annales de chimie et de physique, 2e série, t. XL, p. 378.

très bien pour ces sortes d'expériences : au bout de peu de temps, on voit le liquide entrer en ébullition près des électrodes. Citons encore le résultat suivant : M. Œrsted ayant fait passer un courant à travers une colonne d'eau, trouva la température de 20°, 5 près du pôle négatif, de 18° près du pôle positif, et de 23° à égale distance de ces pôles. Le refroidissement produit par le dégagement aux pôles, des gaz hydrogène et oxygène, explique ces résultats. Expériences de M. E. Beeqverel. — Malgré toutes ces complications, M. E. Becquerel est parvenu à constater que les liquides s'échauffent par les courants, suivant les mêmes lois que les fils métalliques (1526). L'appareil dont il s'est servi dans ces nouvelles expériences est à peu prés le même que celui de la fig. 1135 ; seulement le calorimètre est remplacé par un vase en platine assez mince (fig. 1 139) pouvant contenir 25 grammes d'eau distillée. Le courant entre dans l'eau par le fil f et par les deux lames métalliques / , /' ; il en sort par le fil f f qui entoure le vase extérieurement. Ce vase sert ainsi d'électrode négatif, et les gaz qui se dégagent à sa surface traversent le liquide et eif mélangent toutes les parties. Du reste, les expériences étaient conduites comme pour les fils métalliques. M. E. Becquerel a d'abord opéré sur différentes dissolutions salines, en prenant pour /, V des lames formées avec le métal qui entrait dans la base du sel. Alors, si ce métal se déposait sur le vase, les lames /, /' étaient attaquées par l'acide, pour former une quantité de sel remplaçant celui qui avait été décomposé ; il n'y avait pas de dégagement de gaz, et les effets calorifiques se compensaient aux deux pôles , les effets chimiques qui s'y produisaient étant opposés. Aussi a-t-on retrouvé facilement, dans ce cas, la loi de la proportionnalité de la quantité de chaleur au carré de l'intensité du courant. — La loi relative à la conductibilité du liquide ne se vérifie pas aussi exactement. Ainsi, pour des dissolutions de sulfate de cuivre et de sulfate de zinc, la loi donnerait, pour les quantités de chaleur fournies par un courant capable de dégager lcc de gaz , des nombres entre eux comme 0,26 et 0,3Î. Or, l'expérience adonné 0,21 et 0,36. M. E. Becquerel attribue les différences à réchauffement que produit la résistance qu'éprouve l'électricité à passer du métal dans le liquide, et vice versa.

Des expériences avec dégagement de gaz, faites sur de l'eau rendue conductrice par des acides, des bases ou divers sels, ont montré que les lois s'appliquent encore dans ce cas, pourvu qu'on ait soin d'ajouter à la quantité de chaleur reçue par le calorimètre, celle que produirait la combinaison des volumes d'oxygène et d'hydrogène dégagés (1062). Ces volumes sont les mêmes que dans le voltamètre V (fig. 1135), comme nous le verrons bientôt. Si les expériences pouvaient se faire avec une grande exactitude, on pourrait même calculer, en partant des lois de réchauffement , la quantité de chaleur dégagée dans la combustion de l'hydrogène.

Une expérience ancienne de M. de La Rive démontre d une manière évidente l'influence de la conductibilité d'un liquide sur son échauffement : il mit les unes à la suite des autres des capsules remplies de divers liquides communiquant entre eux par des arcs en platine, et fit passer un courant à travers le système; quel que fût Tordre des capsules, celles qui renfermaient les liquides les plus résistants s'échauffèrent plus que les autres.

f 5£9. Chaleur produite dans les couples, et origine de la chaleur chimique. — L'action chimique qui a lieu dans le couple voltaïque est accompagnée d'un dégagement de chaleur, en même temps que d'électricité. Quand il n'y a pas de circuit extérieur, cette électricité se recombine tout entière à travers la pile, en formant des courants qui échauffent le liquide, à cause de la résistance qu'ils éprouvent à s'y déplacer. Davy, Berzelius, Ampère, penchèrent à attribuer à cette cause, toute la chaleur des actions chimiques ; mais c'est M. Joule qui a le premier nettement formulé cette idée ]. Il a d'abord reconnu, en observant réchauffement d'un couple de Smée sans circuit extérieur, et en tenant compte des capacités calorifiques du vase et des diverses substances qu'il contenait, que la quantité de chaletir dégagée dans un temps donné est proportionnelle à la résistance de conductibilité du couple, multipliée par le carré de l'intensité du courant électrique. Ce sont les mêmes lois que pour réchauffement des fils ; ces lois s'appliquent donc à une partie quelconque du circuit, y compris la pile, et par conséquent au circuit entier. M. Joule a encore trouvé que la chaleur totale développée dans le circuit, est proportionnelle eu nombre d'équivalents d'eau m de zinc employés pour produire te courant. Il a ensuite cherché les rapports entre les affinités pour l'oxygène de différents corps, zinc, fer, potassium, hydrogène , en prenant pour mesure de cette afffinité l'intensité magnétique du courant produit par l'oxydation de ces substances. Il a mesuré ensuite directement, par des procédés calorimétriques, les quantités de chaleur dégagées par la combustion des équivalents de ces corps , et a trouvé qu'elles sont proportionnelles à leur affinité pour l'oxygène ; et comme les quantités de chaleur trouvées ainsi, différent peu de celles qu'il a obtenues en cherchant réchauffement produit dans un fil de résistance connue, par le courant dû à la dissolution d'un poids donné de zinc ou d'une autre substance, il a conclu que la chaleur dégagée dans les combinaisons chimiques, sans électricité transmise, a pour origine la résistance à la conductibilité électrique. Cette manière de voir a été confirmée , depuis, par des expériences plus directes ; en montrant, par exemple , que réchauffement du couple diminue quand on détourne dans un circuit extérieur une partie de l'électricité qu'il produit , et que la chaleur qui lui manque se retrouve alors dans ce cirenit.

La quautité totale de chaleur du circuit est constante. — Dés 1843, M. de La Rive avait annoncé que la somme des quantités de chaleur dégagées

> Arch. de Vilectr., t. II, p. 54 et 80 ; et An», de ch. et de pft., 3« série, t. XVI, 474.

dans toutes les parties du circuit, y compris le couple qui fournit le courant , est constante ; cette somme se partage inégalement entre ce couple et le fil qui joint les pôles, et d'une manière qui dépend du rapport des résistances qu'ils peuvent présenter. Dans cette série d'expériences, le couple était formé de platine et zinc distillé plongés dans l'acide nitrique concentré, et les pôles étaient réunis par un fil de platine entièrement plongé dans une même quantité du même acide renfermé dans un vase semblable à celui du couple. Ce fil de platine était réuni au zinc et au platine du couple, par des tiges de ce dernier métal assez grosses pour ne pas s'échauffer. La somme des élévations de température dans les deux vases a toujours été la môme ; mais réchauffement dans chacun d'eux dépendait des dimensions du fil de platine >.

M. A. Favre2 a confirmé cette loi importante , au moyen de nombreuses expériences faites avec son calorimètre à mercure (11,980). Un petit couple zinc et platine était plongé dans le tube oblique qui s'enfonce dans le calorimètre, et le fil de platine, attaché à deux tiges de cuivre communiquant avec les métaux du couple, était plongé dans le tube d'un second calorimètre. Le gaz hydrogène dégagé dans le couple était recueilli et jaugé avec soin ; il servait de mesure à la quantité d'action chimique, et les résultats étaient rapportés à 1 gramme d'hydrogène dégagé, ou à 32,5 grammes de zinc dissous. Il résulte des expériences de M. Favre, que l'on retrouve dans le liquide du couple et dans le fil conjonctif, la totalité de la chaleur que l'action chimique seule serait capable de développer. « La chaleur confinée dans le couple, et celle qui résulte de la résistance du circuit métallique, quel qu'il soit, sont donc toujours complémentaires pour fournir la chaleur totale due à la somme des actions chimiques. »

1580. Conséquences. — 1° D'après les lois de Joule, la quantité q de chaleur dégagée dans une portion d'un circuit dont la résistance est r, est donnée au bout du temps 0 par la formule y = &ri*9 la quantité totale de chaleur Q développée dans le circuit dont la résistance totale est R, sera, au bout du même temps Q=kRt20.

Nous démontrerons plus loin que l'on a t=E : R, en représentant par E la force électromotrice qui fournit l'électricité du circuit. Remplaçant i par cette valeur, la formule devient

M Q = *y*; etl'ona 9=*TT'- PI

pour la quantité de chaleur développée pendant le temps 0, dans une partie du circuit dont la résistance est r. On voit que la quantité ç, proportionnelle au carré de la force électromotrice, est une fraction de la quantité totale Q, proportionnelle au rapport r : R de la résistance de la partie considérée à la résistance totale.

i Archives de l'électricité, de M. A. de La Rive, t. Hï, p. 478. 3 Annales de chimie et de physique, 3* série, t. XL, p. 293.

Les formules [1] et [2] peuvent être présentées sous une autre forme. Soit e la quantité d'électricité qui parcourt le circuit pendant le temps 0 ; cette quantité est proportionnelle au temps, et en raison inverse de la résistance totale R; on a donc *=*' (ô : R) ; d'où e =Re : *'. Substituant dans [1] et [2], et représentant k : k' par K, il vient

[3] Q = KE>e, et ?=K-£E*e. [4]

la formule [3] montre que la quantité Q, indépendante des résistances du circuit, est proportionnelle à la quantité d'électricité e qui le parcourt.

Cette formule coïncide avec celle qui exprime réchauffement produit par la décharge d'une batterie (4333). En effet, nous avons trouvé pour l'élévation de température dans un fil de diamètre d, f = fté2:<i4*, e étant la quantité d'électricité, et s la surface armée de la batterie. Or e :* représente la densité électrique S que nous représenterons ici par E, et qui remplace la force électro-

JcEe

motrice, on aura donc en substituant , f = — ; or t varie aussi en raison inverse

du temps $ de la décharge ; on a donc k = k' : 0, et comme e est proportionnel i la résistance totale R du circuit, et en raison inverse de la densité électrique E

(1333), on aura k = k' : 0 = ft'E : R. Substituant, il vient t = — . La quantité

de chaleur q développée dans le fil s'obtiendra en multipliant son échauffement t par sa masse {vd2 A, et par sa capacité calorifique n ; on aura donc

q=frd**nt=K-ï-E*e

en remarquant que l : d2 représente la résistance particulière r du fil, et réunissant toutes les constantes sous le symbole unique K.

2° Température d'an fil. — La quantité de chaleur développée par un courant d'intensité i, dans un fil dont la résistance est r, est donnée par la formule q = Art2. Quand la température du fil est constante, la quantité de chaleur reçue est égale, k chaque instant, à celle qui se perd à l'extérieur. Celle-ci est proportionnelle à la surface idl du fil , à son pouvoir émissif m et à l'excès t de sa température sur celle de l'air , en appliquant la loi de Newton (11,748); on a donc

[5] q=kri2 = k'*dlmt

Nous avons dit qu'on a aussi i=E:R; déplus la résistance r est, comme nous le démontrerons, proportionnelle à la longueur I du fil et en raison inverse de sa section et de sa conductibilité c ; on a donc r — l\ ±*d?c substituant dans [5], il vient

* = *** *=****•' d°Ù '^^RV

en réunissant tontes les constantes en une seule. On voit que t dépend du diamètre du fil, de sa conductibilité, et du coefficient de refroidissement m ; ce qui permet de se rendre compte des phénomènes observés avec des fils de différente conductibilité, et de différents diamètres (4522). Nous voyons que la valeur de / est indépendante de la longueur, mais à la condition que R restera constant, comme nous l'avons déjà vu ( 4522). Remarquons aussi que la valeur de c doit être celle qui correspond à la température du fil, ce qui explique l'influence du milieu sur réchauffement (4427).

8° Travail produit dams le circuit. — Nous verrons qu'on peut, an moyen des courants, mettre en mouvement des machines, c'est-à-dire produire du travail mécanique. Dans ce cas, une partie de la chaleur du circuit disparaît et se transforme en travail, et nous trouvons là une nouvelle application de la théorie mécanique de la chaleur (il, 4074). Déplus, quand on calcule la quantité de chaleur dégagée dans les actions chimiques qui produisent l'électricité, on trouve que cette quantité est égale à celle que Ton trouve dans le circuit. Ainsi, la quantité de chaleur dégagée par la dissolution d'un équivalent de zinc par l'acide sulfurique hydraté, est toujours la même, qu'il y ait ou non production d'un courant électrique. Elle représente le travail moléculaire accompli dans l'électromoteur.

M. Favre, qui a fait beaucoup d'expériences sur ce sujet, a confirmé le principe, en l'appliquant à une nouvelle évaluation de Y équivalent mécanique de la chaleur. Une pile de 5 couples plongée dans un calorimètre, communiquait, par de gros (ils de cuivre enveloppés de gutta-percha , avec un électro-aimant plongé dans un autre calorimètre, et qui pendant le passage du courant, pouvait faire monter un poids par le moyen de cordons et de poulies placées en dehors du calorimètre. Quand l'électro-aimant était séparé des poulies et ne produisait pas de travail, la quantité de chaleur recueillie dans les deux calorimètres représentait celle qui était développée par la dissolution de la masse de zinc que les couples avaient perdue. Mais quand l'électro-aimant faisait monter le poids et produisait un travail T facile à évaluer, les calorimètres recueillaient une quantité Q' moindre de chaleur. Une partie Q — Q' s'était donc transformée en travail; et en divisant Q —Q' parT, on calculait Y équivalent mécanique delà chaleur. M. Favre a trouvé ainsi de 426 à 461 kilogrammètres, et la moyenne a été 444 qui diffère aussi peu qu'on pouvait l'espérer des valeurs obtenues quand la transformation de la chaleur en travail se faisait par d'autres intermédiaires que l'électricité (II, 4076).

Remarquons enfin que si un courant produit des actions chimiques exigeant de la chaleur, cette chaleur est encore empruntée à la chaleur totale du circuit.

4° M. Faraday avait posé en principe que l'électricité fournie par un couple voltaïque était due tout entière à l'oxydation du zinc, et que la combinaison de l'oxyde de zinc avec l'acide sulfurique n'y contribuait aucunement. M. Favre a soumis cette opinion à un contrôle décisif : si elle était vraie, la quantité de chaleur produite devrait être égale à celle que dégage l'oxydation du zinc, soit

49451 calories pour un équivalent ou 32,5 grammes de ce métal, diminuée de la chaleur absorbée par la décomposition de l'eau, laquelle est égale à celle que dégagerait un équivalent d'oxygène et d'hydrogène en se combinant, c'està-dire à 34462 calories. La différence étant égale à 7989, on ne devrait pas pouvoir développer dans le circuit extérieur un plus grand nombre de calories, par équivalent de zinc dissous ; or, M. Favre a trouvé jusqu'à 9685 calories. Il y a donc aussi de la chaleur et de l'électricité dégagées dans la combinaison de l'acide sulfurique avec l'oxyde de zinc.

IL Chaleur et lumière dans l'axe voltaïque.

153* . De l'arc voltaïque. — Quand on laisse une petite solution de continuité dans le fil qui réunit les deux pôles d'une forte pile, on obtient des étincelles tellement rapprochées , qu'elles forment une lumière continue, dont l'éclat est surtout éblouissant quand on la fait jaillir entre deux pointes d'un charbon conducteur. Quand la pile est composée d'un grand nombre de couples, on peut éloigner les pointes de charbon, de plusieurs centimètres, et l'espace qui les sépare, reste constamment rempli par une bande lumineuse un peu ovale, dont l'éclat et la température dépassent tout ce qu'on peut obtenir par tous les moyens connus. Cette bande lumineuse, désignée sous le nom d'arc voltaïque, a été observée pour la première fois par Davy , au moyen de la pile de 2000 couples, qu'il a rendue célèbre par tant de belles découvertes. L'arc voltaïque s'obtient facilement, aujourd'hui avec les piles à charbon. 11 suffit de 60 couples du grand format, pour produire de brillants effets. Pour faire l'expérience dans différents gaz, Davy employait un appareil analogue à celui de la fig. 4140 , deux crayons en plombagine , terminés en pointe et fixés à deux pinces métalliques communiquant avec les pôles de la pile , sont renfermés dans un vase de verre, dans lequel on peut faire le vide. La tige t peut glisser dans une boite à cuir qui permet de rapprocher plus ou moins les charbons. Pour que l'arc lumineux se produise, il faut d'abord que les pointes soient très rapprochées ; mais une fois que l'électricité a pu franchir l'espace qui les sépare, on peut écarter les charbons sans que la lumière cesse de briller ; et à une distance bien plus grande dans le vide que dans les gaz. Dans le vide, Davy a pu dépasser 11 centimètres. Il a aussi obtenu l'arc voltaïque dans divers liquides ; les pointes de charbon devenaient rouge blanc, et il se dégageait beaucoup de gaz provenant de la décomposition du liquide.

Quand on opère dans l'air, les charbons brûlent, et leur distance augmente ;

Fig. 1U0.

il faut donc les rapprocher de temps en temps. Davy se servait de charbon de bois calciné. Pour le rendre bon conducteur, on l'étouffé dans le mercure ; mais la lumière est alors moins éclatante, et les vapeurs de mercure ternissent les parois du ballon. On emploie aujourd'hui la plombagine artificielle; on peut alors opérer dans l'air, cette espèce de charbon ne brûlant qu'avec lenteur.

458£. Transport de particules dans l'arc Toltalqae. — Une dizaine d'années après la brillante expérience de Davy, M. Silliman étudia l'arc voltaïque au moyen du déflagrateur de M. Hare (4434) '. Il reconnut qu'il se fait, du pôle positif au pôle négatif, un transport de particules incandescentes de charbon, qu'on peut distinguer nettement en regardant à travers des verres colorés. Le mouvement de ces particules semble peu rapide, et fait paraître l'arc comme agité, et leur répulsion mutuelle concourt à lui donner sa forme ovale. Le charbon négatif s'allonge peu à peu en cône , par l'accumulation des particules transportés, et le charbon positif présente une cavité telle que la masse accumulée au pôle négatif pourrait s'y mouler presque exactement. Quand on opère dans l'air, la pointe négative ne s'accrott pas autant, à cause de la combustion d'une partie des particules, et le charbon négatif est terminé par une surface plane, sans doute à cause de la combustion des bords de la cavité conique.

Le transport des particules dans Tare électrique, explique pourquoi on peut écarter les charbons quand l'électricité a commencé à franchir l'espace qui les sépare : ses particules servent d'intermédiaires, comme les losanges des tubes étincelants. Aussi, peut-on faire jaillir l'arc lumineux sans rapprocher d'abord les charbons, en faisant partir entre eux une forte étincelle électrique qui produit un transport de particules, comme l'a prouvé M. Fusiniéri (1337); l'expérience en a été faite d'abord par M. Daniell , à la demande d'Herschell. Un courant d'air peut rompre l'arc ; sans doute en entraînant les particules.

Inflaenee de la sabstamee des électrodes. — Le transport des particules a encore lieu quand on remplace les charbons par d'autres substances; mais l'éclat de l'arc et sa longueur dépendent de ces substances. Avec le platine la longueur est moindre qu'avec le charbon ; avec le platine en éponge, elle est à peu prés la même, et M. de La Rive a reconnu que les particules se déposent au pôle négatif, sous forme de petites masses ramifiées faciles à détacher. M. Grove a fait des expériences nombreuses sur ce sujet3 ; il range les métaux dans l'ordre qui suit, en commençant par ceux qui donnent l'arc le plus long et le plus brillant : potassium, sodium, zinc, mercure, fer, étain, plomb, antimoine, bismuth, cuivre, argent, or, platine. Il y a transport de particules métalliques, du pôle positif au pôle négatif, dans le vide ou dans un gaz qui ne contient pas d'oxygène ; el de particules d'oxyde, dans l'air ou l'oxygène.

Quand les électrodes en charbon se touchent, on entend des craquements particuliers, que M. de La Rive attribue à l'arrachement des particules de

« Annales de chimie et de physique, *« série, t. XXIV, p. 246.

2 Bibliothèque universelle de Genève (Se. et arts), t. XXV (4840), p. 326.

charbon. Ces craquements n'ont pas lieu avec les métaux; ce qui peut tenir à ce que les particules entraînées sont alors à l'état de fusiori, comme l'a conclu M. Van-Breda, d'après leur forme arrondie. La séparation des particules semble due à une répulsion semblable à celle qui existe, comme nous le verrons dans Y électro-dynamique, entre les parties d'un fil traversé par un courant.

On voit, d'après ce qui précède, que l'arc sera d'autant plus long que la substance des électrodes aura moins de ténacité ou sera plus fusible ; aussi le charbon, à cause de sa nature friable, donne-t-il l'arc le plus long. M. de La Rive a remarqué que l'arc ne se produit avec une pile peu énergique, qu'après que l'un des charbons en contact a rougi et a perdu par là de sa ténacité. Des métaux en poudre impalpable tassée dans des tubes, donnent aussi un arc plus long que les mêmes métaux compacts. Il résulte encore de là que, si les électrodes sont de substance différente, la longueur de l'arc devra dépendre du sens du courant. C'est, en effet, ce qui a lieu. Par exemple, avec des électrodes en platine et en zinc, l'arc est beaucoup plus brillant quand le zinc est positif que dans le cas contraire. M. Grove a constaté que, en général, l'arc est d'autant plus long et brillant que l'électrode positif est plus facile à volatiliser et plus oxydable. MM. Fizeau et Foucault ont vu que l'arc est plus long quand, les électrodes étant en charbon et argent ou platine, le charbon est positif. M. Tyrtow ayant pris pour électrodes , du mercure et un fil métallique, vit ce dernier rougir et fondre quand il était positif; quand le mercure était positif, il n'apercevait, au moment du contact, que des étincelles bleuâtres , et le mercure se vaporisait avec bruit.

La forme des électrodes a aussi une certaine influence sur la longueur de l'arc : M. de La Rive les ayant formés avec un cône en platine et une plaque du même métal placés sous une cloche ( fig. 4 1 M ) a vu que l'arc, qui formait un cône ayant sa Fig 4 U4 . base à la lame, était plus long quand celle-ci était positive '. La tige t pouvait être abaissée au moyen d'une crémaillère et d'un pignon denté, de quantités mesurées au moyen d'un cercle divisé r. Ayant opéré avec une pile de Grove de 50 couples fortement chargée, M. de La Rive vit se former, dans le vide, sur la plaque positive, une tache circulaire bleuâtre, qui se déposait également dans l'air, mais avec un diamètre moitié moindre et une couleur moins vive. Cette tache ne se formait pas dans l'hydrogène, ce qui montre qu'elle était due à une oxydation. Quand la plaque était négative, il se produisait encore une tache sur sa surface, mais elle était blanche et formée de particules de platine. Ces taches circulaires se montraient, que la plaque fût verticale, ou qu'elle fût horizontale. M. Grove a fait beaucoup d'expériences de ce genre 2.

* Bibl. unir, de Genève (Archives des sciences), t. IV p. 345. 3 Annale* de chimie et de phytique, 3« série, t. XXXVII, p. 376.

Transport du pôle négatif an pôle positif. — La nature de l'électrode négatif a aussi de l'influence sur la longueur de Tare. M. de La Rive ayant remplacé la pointe de platine de son appareil par une pointe en coke, put obtenir un arc deux fois plus long , quoique le coke fût négatif, et que le cône lumineux fut remplacé par une multitude de jets partant de la plaque, et allant aboutir à différents points du coke.

Cette influence de l'électrode négatif vient de ce qu'il y a aussi transport de particules, de cet électrode à l'électrode positif, comme Ta montré M. Van- Breda » ; seulement il y a toujours simultanément transport plus abondant dans le sens opposé. Par exemple, avec deux boules de fer entre lesquelles il faisait jaillir Tare dans le vide, au moyen d'une forte étincelle, il trouva que la boule négative avait perdu 55 milligrammes ; mais la boule positive en avait perdu 309 dans le même temps. L'une des boules de fer ayant été remplacée par du charbon préparé comme celui de la pile de Bunsen (1467), la boule de fer perdit le même poids, quel que fût le sens du courant ; mais le charbon perdait davantage quand il formait l'électrode positif. Enfin, une plaque de fer épaisse et isolée ayant été placée dans le vide entre deux électrodes en cuivre, et l'arc ayant été excité par une forte étincelle, la matière lumineuse sembla sortir des électrodes , sous forme de jets resplendissants qui rejaillissaient en gerbes de feu contre la plaque, et les deux boules de cuivre furent recouvertes de poussière ferrugineuse provenant de la plaque. La boule positive gagna 63 milligrammes, et la négative, 360.

Il résulte de ce qui précède, que l'arc voltaïque doit sa permanence aux particules qui le traversent. C'est pourquoi la quantité d'électricité qui franchit l'espace qui sépare les électrodes, dépend de la quantité de particules transportées, et par conséquent de la nature de ces électrodes. En effet, un voltamètre ayant été introduit dans le circuit, et les électrodes étant à une distance de 3nm, on trouva dans le voltamètre, au bout d'une minute, 45 centimètres cubes de gaz, quand ils étaient en étain ; 25, en zinc; 29, en coke; 27, en fer; 26, en laiton ; 23, en cuivre. La pile était composée de 60 couples de Grove , et le voltamètre recevait 46 centimètres cubes en une minute, quand les électrodes étaient en contact. Du reste, l'existence du courant dans l'arc voltaïque peut se prouver directement : M. Matteucci ayant introduit en deux points de l'arc, les extrémités de fils de platine enchâssés dans des tubes de verre, et en relation avec un réométre, vit aussitôt l'aiguille de ce dernier se dévier par une dérivation du courant qui allait d'un électrode à l'autre.

4533. Eehaaflement Inégal des électrodes. — Les électrodes s'échauffent, pendant le passage de l'électricité dans l'espace qui les sépare ; quand ils sont de nature différente, celui dont la substance est moins bonne conductrice s'échauffe le plus, comme cela a lieu dans un circuit continu (1520). Mais ce qu'il y a de remarquable, c'est que, dans le cas où les électrodes sont

* Bibliothèque de Genève (ArchiTes des sciences), t. lil, p, 32.

de même substance, réchauffement est toujours beaucoup plus prononcé à l'électrode positif qu'à l'électrode négatif. M. de La Rive a vu la pointe de platine de son appareil (fig. 1141) fondre quand elle était positive et ne Réchauffer que faiblement quand elle était négative. Dans ce dernier cas , la plaque opposée rougissait vivement et pouvait être trouée. Le fer, le cuivre, l'argent, l'argentan, lui ont donné des résultats semblables. On peut reconnaître aussi, avec des cônes en fer, que le cône positif est brûlant pendant que le cône négatif n'est pas sensiblement chaud. M. Matteucci a confirmé cette loi, en mesurant la température des électrodes, au moyen d'une aiguille thermoélectrique enfoncée dans un petit trou pratiqué prés de l'extrémité ' ; l'arc était produit par un appareil d'induction dont nous parlerons plus tard. M. Matteucci a aussi reconnu que la différence de température des électrodes est d'autant plus prononcée, que la substance dont ils sont formés est moins conductrice et plus friable. Cette différence est faible quand ils sont plongés dans du gaz hydrogène ; ce qui tient sans doute au pouvoir refroidissant de ce gaz, qui, en abaissant la température, augmente la conductibilité (1527).

La différence de température des électrodes explique pourquoi le transport des particules se fait principalement, du pôle positif au pôle négatif. M. Matteucci a pu observer ce transport au moyen d'un microscope : les pointes étant en fer, il vit des globules en fusion rouler avec rapidité sur la pointe positive, et s'élancer vers la pointe négative pour s'y déposer et former des champignons. Si les deux pointes étaient en contact, la pointe positive devenait rouge, et si on F écartait lentement de l'autre, on parvenait à obtenir un arc de matière fondue incandescente, très brillant, et qui coulait évidemment du pôle positif au pôle négatif.

4534. Influence du nombre des couples sur la longaenr de Tare. — M. Despretz, dans un remarquable travail sur l'arc voltafque, a cherché l'influence sur sa longueur, du nombre et de la disposition des couples de la pile1. Les couples ayant été ajoutés successivement les uns à la suite des autres, la distance des cônes de charbon, disposés verticalement le pôle positif en haut, allait en augmentant plus que proportionnellement au nombre des couples. Ainsi, l'arc donné par 100 couples était presque quadruple de celui de 50 couples ; tandis que l'arc de 200 couples n'était pas même triple de celui de 400; avec 600 couples, l'arc qui était de 20 centimètres, n'avait que 7 à 8 fois la longueur de celui de 100 couples.

Au lieu de placer les couples les uns à la suite des autres, M. Despretz les a ensuite réunis par groupes de 25 disposés en séries parallèles, de manière à former une pile d'un même nombre de couples, successivement 2, 3, 4..., 24 fois plus grands. Il a trouvé que l'arc avait 1 millimètre pour trois séries parallèles, et llœm,5 pour les 24 séries; tandis que les 600 éléments placés les uns à la suite des autres donnaient un arc 14 fois plus long ; ce qui montre

* Annales de chimie et de physique, 3« série, t. XXVII, p. 41, et XXXII, p. 350. III 28

l'influence de la tension. Mais ce qu'il y a de remarquable, c'est que le contraire a lieu quand les charbons sont placés horizontalement : six séries de 100 couples disposés parallèlement produisirent un arc de 40mm,5, tandis que les 600 éléments placés les uns à la suite des autres n'ont donné qu'un arc de 27mm,6. Ces résultats, sur lesquels nous reviendrons, se rattachent à des effets magnétiques, dont nous allons parler.

4536. Aetloa do magnétisme »or l'are voltaT«.«e. — Lors de la découverte d'Œrsted sur la déviation de l'aiguille aimantée par les courants, Arago annonça que l'arc voltaîque devait exercer une action semblable, et être lui-même influencé par les aimants. Davy constata, en effet, que l'arc est attiré par le pôle d'un fort aimant présenté transversalement, ou bien en est repoussé, suivant le sens du courant et la nature du pôle de l'aimant. L'arc prend alors une courbure d'autant plus prononcée, que l'aimant est plus puissant. M. de La Rive a vu môme Tare se rompre sous l'influence d'un aimant très énergique, qui le détournait trop fortement de sa direction.

Le magnétisme agit encore sur l'arc, dans le sens longitudinal : M. de La Rive * ayant produit l'arc entre deux barreaux de fer doux terminés en pointe, le fit cesser subitement en aimantant ces barreaux, soit par l'influence d'aimants puissants, soit en faisant passer le courant d'une seconde pile dans un fil enroulé en hélice autour de ces barreaux. Pour reproduire Tare, il fallait' rapprocher les pointes de fer; mais alors cet arc présentait un aspect particulier ; les particules semblaient se détacher difficilement de la pointe positive, et étaient lancées dans toutes les directions, en faisant entendre un sifflement aigu semblable à celui d'un sifflet à vapeur. Les résultats restaient les mêmes, quand les pôles magnétiques des pointes de fer étaient de même nom, et quand ils étaient de nom contraire.

M. de La Rive a encore procédé en plaçant sur l'un des pôles d'un fort électro-aimant, une plaque d'un métal peu fusible, et au-dessous une pointe de même métal. L'arc est alors plus court qu'en l'absence de l'électro-aimant, et quand la plaque est positive, on entend un sifflement aigu. Si c'est la pointe qui est positive, l'arc est projeté vers les bords de la plaque dans une direction qui dépend du sens du courant et de la nature du pôle magnétique sur lequel repose la plaque. A chaque instant l'arc est rompu, et à chaque rupture, on entend une explosion semblable à celle que produit une bouteille de Leyde. Ces explosions se produisent aussi quand la plaque est remplacée par une seconde pointe ; elles peuvent être comparées au bruit d'une arme à feu, quand la pile est très énergique et l'électro-aimant très puissant. Dans ce cas, il y a sifflement quand, la pointe positive s'échauffant à un point voisin de sa fusion, l'arc reste continu. Si, par exemple, l'une des pointes est en platine, et l'autre en cuivre, il y a sifflement quand la pointe de platine est positive, et ruptures fréquentes accompagnées d'explosions, quand elle est négative; le cuivre,

1 Bibliothèque universelle de Genève (Sciences et arts), t. IY , p. 355

dans ce dernier cas, s' échauffant beaucoup moins que le platine dans le premier.

M. Quet, ayant placé de part et d'autre d'un arc yoltaïque vertical produit entre deux charbons, les pôles A, B d'un électro-aimant (fig. 1142) , vit cet arc se courber dans un plan perpendiculaire à la ligne AB, et dans un sens dépendant de la direction du courant de l'arc et de la position relative des pôles A et B; si l'on change ceux-ci de place, l'arc se courbe donc en sens opposé. Si l'on rapproche les pôles A, B, l'arc se courbe de plus en plus et finit par se transformer en un jet horizontal r , semblable au dard produit dans une flamme par un chalumeau. Ce dard, qui peut avoir une longueur égale à 8 à 10 fois la distance AB, lance des particules de charbon, et produit un bruissement assez fort. En disparaissant , il fait entendre un bruit sec et insensé1.

Action do magnétisme terrestre. — La direction de la ligne des électrodes a une grande influence sur la longueur de l'arc voltaïque. M. Despretz a reconnu que l'arc vertical a le plus de longueur quand le pôle positif est en haut, quelle que soit la nature des électrodes, pourvu qu'ils soient conducteurs2. Dans une expérience faite avec 600 couples de Bunsen, arrangés en 6 séries parallèles, la plus grande distance qu'on pût donner Fig. 1U2.

aux charbons était de 74 millimètres , quand le pôle positif était en haut , et de 56 millimètres seulement , quand il était en bas. Dans d'autres expériences , le rapport entre les longueurs de l'arc était de 6 à 7. Quand la ligne des charbons était horizontale, et perpendiculaire au méridien magnétique , l'arc était plus long quand le pôle positif était à Test que lorsqu'il était à l'ouest. Dans le premier cas , le pôle austral de la terre était à la gauche du courant qui parcourait l'arc. Avec 100 couples, les longueurs étaient 13ïnin,4 et ll"mf35 ; avec 200 couples en deux séries parallèles, elles étaient 20"un,8 et lmm,5.

Ces expériences, ainsi que celles que nous avons citées (1535), ont été faites dans l'air à la pression ordinaire. Les charbons étaient renfermés dans une boite cubique en bois, de 80Cm de côté, et soutenus par des tiges de cuivre isolées, dont l'une pouvait être poussée vers l'autre au moyen d'un pignon denté commandant une crémaillère. Après la suppression du courant, on ouvrait une porte , et l'on mesurait au compas la distance des pointes de charbon avec une approximation de ~ de millimètre. L'arc voltaïque était observé à travers une glace teinte en bleu , pour amortir l'éclat de la lumière, qui, avec une pile de 100 couples, est déjà capable d'occasionner des maux d'yeux très

i Comptes-rendus de l'Académie des sciences de Paris, t. XXXIV, p. 805. 2 Comptes-rendus de V Académie des sciences de Paris, t. XXX, p. 373.

douloureux ; Tare d'une pile de 600 couples produit, en un instant , des maux de tête et d'yeux très violents , et la peau du visage est rubéfiée comme par un fort coup de soleil.

4S36. Hrm CALUUFiutJBS in l'abc voltaïqub. — La température de l'arc voltaïque est la plus élevée que Ton connaisse; on l'a utilisée pour opérer la fusion des substances les plus réfractaires, même de celles qui conduisent mal l'électricité. Des baguettes de fer ou d'acier introduites dans l'arc, y brûlent dans l'air en lançant de vives étincelles. Quand on veut opérer des fusions , on place les électrodes l'un au-dessus de l'autre, comme dans la fig. 4142. L'électrode inférieur est formé d'un fragment de charbon dur creusé en forme de coupe dans laquelle on place le corps à fondre ; cet électrode reçoit l'électiicité positive. Un cône en charbon forme l'électrode négatif. Quand on le rapproche du fond de la coupe, l'arc se produit, et la matière placée au pôle positif, qui s'échauffe le plus (1533), entre en fusion, pendant que quelquesunes de ses particules sont transportées au pôle négatif. On a essayé bien des fois de fondre le diamant ou le charbon par ce moyen , mais on n'a pas d'abord réussi. M. Jacquelain était parvenu cependant à ramollir le diamant en le transformant en une matière noire semblable à la plombagine. Il était donné à M. Despretz, non-seulement de fondre, mais encore de volatiliser le charbon, et d'obtenir la fusion de tous les corps qui avaient résisté jusque-là aux agents calorifiques les plus énergiques.

Expériences de M. Besprets '. — M. Despretz a d'abord opéré en réunissant les trois sources les plus puissantes : la chaleur de l'arc voltaïque, le chalumeau à oxygène et hydrogène, et la chaleur solaire concentrée au foyer d'une lentille à échelons de 90e"1 de diamètre. La pile de Bunsen avait 185 couples : ses effets étaient augmentés par l'addition des deux autres sources ; car la magnésie dure et compacte, qui ne prenait que l'état pâteux sous l'action de la pile seule, se volatilisait immédiatement en produisant une fumée blanche, avec le concours de la lentille. Une baguette d'anthracite, de 4mm de diamètre et de 30*"" de longueur, se ramollissait sous l'action des deux mêmes sources, au point de se courber sous son propre poids.

Ayant alors réuni un plus grand nombre de couples à charbon, M. Despretz a pu réaliser la fusion et la volatilisation d'une foule de substances, dans Tare voltaïque seul. Pour opérer dans l'air, il employait la botte décrite cidessus (4535) : pour opérer dans le vide ou dans les gaz à la température ordinaire , il se servait d'une grande cloche en verre placée sur la platine mobile d'une machine pneumatique ; une plaque de tôle et un grillage métallique défendaient la platine et la cloche, de la projection des globules incandescents. Enfin, l'appareil {fig. 4443) servait aux expériences dans les gaz comprimés. Un vase en fonte de 40 litres de capacité, surmonté d'un couvercle mobile, est muni d'une tubulure qui reçoit, par l'intermédiaire d'une botte à

3 Compta-rendus de VAcad. des *., t. XXXVIII, p. 755, et XXIX, p. 48, 545, et 709.