Il importe de bien comprendre

1° Que le courant est établi en réalité, non pas par suite de la différence de potentiel qui existe entre le zinc et le cuivre, mais par suite de la différence de potentiel qui se manifeste entre le zinc et la couche de liquide en contact avec le métal. L’établissement de cette différence de potentiel nous paraît devoir être considéré comme la conséquence de l’action chimique qui se manifeste tout d’abord, mais qui est arrêtée dès que la différence de potentiel a une valeur déterminée. Si le circuit n’est pas fermé, le zinc et le conducteur avec lequel il est en contact sont au même potentiel, d’une part, tandis que le liquide en entier et le cuivre sont,

Cu,

d’autre part, à un potentiel différent, mais qui est le même pour le cuivre et le liquide. Si l’on ferme le circuit, l’équilibre électrique tend à s’établir et la différence de potentiel entre le métal et le liquide en contact diminuerait; mais alors, l’action chimique se reproduit, tendant ainsi à maintenir constante la différence de potentiel : il s’établit un régime permanent et l’électricité part des couches de liquide au contact du zinc, traverse le liquide, le cuivre, le fil interpolaire pour arriver au zinc, de telle sorte que les divers points du liquide ne sont pas au même potentiel, pas plus que cela n’a lieu pour les différents points du circuit considéré ;

2° Que, dans la pile, le courant va de la couche de liquide qui est en contact avec le zinc (on dit ordinairement : du zinc) au cuivre, tandis que dans le circuit interpolaire le courant va du cuivre au zinc ;

3° Que lorsque le courant est établi, si l’on imagine que l’élément de pile et le circuit interpolaire sont remplacés par le fil type ayant la longueur réduite correspondante, la différence de potentiel entre deux points quelconques sera toujours proportionnelle à la distance (réduite) qui sépare ces deux points.

137. — L’expérience montre que, dans les piles que nous avons indiquées sommairement, le courant n’est pas constant et qu’il diminue rapidement : la cause de cette action doit être considérée comme une conséquence de l’action chimique même qui a produit le courant et qui a modifié la composition des corps en présence. On peut démontrer en effet que, par le fait même de cette action chimique, il y a une tendance à la production d’un courant contraire, les électrodes sont polarisées , suivant l’expression consacrée.

Il est facile de reconnaître que cette action se manifeste pour les actions chimiques extérieures à la pile ; pour le démontrer, mettons dans un circuit une pile P(fi . 85) et un voltamètre Y, et disposons à

côté un galvanomètre G : il y aura électrolyse et l’on recueillera les gaz dans les éprouvettes, l’hydrogène au pôle négatif, l’oxygène au pôle positif; lorsque la décomposition sera assez avancée, à l’aide d’un commutateur G, mettons la pile hors ducircuit et introduisons le galvanomètre à la place (fîg. 86). L’aiguille de cet instrument sera déviée aussitôt et indiquera un courant allant de l’éprouvette d’oxygène, jouant le rôle de pôle positif, à l’éprouvette d’hydrogène, jouant le rôle de pôle négatif, c’est-à-dire que le voltamètre sera traversé alors par un courant allant de l’hydrogène à l’oxygène, tandis que pendant la décomposition le courant allait en sens contraire. En même temps que se produit ce courant inverse, les gaz disparaissent peu à peu et lorsque les éprouvettes n’en contiennent plus, le courant cesse : il avait donc son origine dans la recomposition observée.

Le résultat est le même lorsque les électrodes sont de simples lames de platine, ou mieux de platine platiné, par suite de l’existence de gaz condensés sur ces solides.

138. — 11 est aisé d’admettre que dans un élément de pile où il y a une décomposition chimique, un effet analogue doit se manifester et qu’il y a une tendance à la production d’un courant inverse qui ne peut se mettre en évidence directement, mais qui produit un affaiblissement du courant principal et qui, à un moment donné, peut lui faire équilibre et empêcher dès lors toute manifestation ultérieure. Voici comment on peut comprendre les effets que nous signalons :

Considérons la pile formée de platine (ou de cuivre) et de zinc plongés dans l’eau aiguisée d’acide sulfurique; il y a action chimique du zinc sur le sulfate d’hydrogène et, comme conséquence, formation de sulfate de zinc en même temps que de l’hydrogène se dégage sur le platine. (Nous négligeons l’affaiblissement de l’eau acidulée, affaiblissement que l’on pourrait compenser en versant une nouvelle quantité d’acide, mais qui, en tout cas, agit dans le sens d’une diminution du courant). Il y aura d’abord un premier effet : la couche de gaz hydrogène condensé est un moins bon conducteur que le métal et, parla même, diminue l’intensité du courant; mais surtout il se produit une réaction entre l’hydrogène et le sulfate de zinc qui, seule, donnerait naissance à un courant inverse, mais dont, en réalité, l’effet est d’affaiblir le courant principal.

139. — On peut s’assurer que les effets d’affaiblissement sont bien dus à ces actions complexes qui sont définies dans leur ensemble sous le nom, assez peu satisfaisant d’ailleurs, de polarisa-

Fis. 87.

tion des électrodes , d’abord en constatant que ces effets disparaissent lorsque, par suite d’une disposition spéciale, on empêche le dépôt d’hydrogène sur le pôle positif, comme nous allons le dire, puis directement en analysantune intéressante expérience de L. Foucault.

L. Foucault construisit une pile (fig. 87) comprenant du zinc au pôle négatif, du mercure au pôle positif et une dissolution de sulfate de sodium comme liquide actif. Ce sel est décomposé par le zinc : il se forme du sulfate de zinc, et du sodium se porte au pôle positif où il se dissout dans le mercure, formant une couche superficielle d’amalgame de sodium. Mais ce dernier métal agit à son tour sur le sulfate de zinc formé, pour donner lieu à une action inverse, action qui croît avec la richesse de l’amalgame et qui rapidement arrive à faire équilibre à l’action primitive : le courant qui a diminué d’intensité cesse alors absolument, la polarisation des électrodes est complète. On peut d’ailleurs, par une simple action mécanique, faire de nouveau naître le courant : il suffit d’agiter le mercure, l’amalgame se répand dans toute la masse, et la richesse de la couche superficielle diminue d’autant, si bien que son action sur le sulfate de zinc est devenue plus faible que l’action du zinc sur le sulfate de sodium, et que le courant provenant de cette dernière action l’emporte et se manifeste de nouveau au galvanomètre. Puis bientôt les mêmes effets se reproduisent et le courant cesse : on peut à plusieurs reprises recommencer l’expérience, jusqu’à ce que la masse entière du mercure soit assez riche en sodium pour équilibrer l’action du zinc.

Cette expérience, qui montre bien le phénomène de la polarisation des électrodes dans tous ses détails, peut d’ailleurs être poussée plus loin et est d’autant plus instructive. On peut, en effet, faire traverser cette pile par un courant pendant un temps même très court, de manière à provoquer la continuation de l’action qui s’était manifestée, c’est-à-dire que le mercure communiquant à un pôle négatif s’enrichit en sodium, tandis qu’il se forme d’autre part du sulfate de zinc. Supprimons l’action de la pile et fermons le circuit en y introduisant un galvanomètre : l’action du sodium est alors devenue prépondérante, et le courant marche en sens contraire de ce qui se produisait dans la première partie; mais alors l’amalgame s’affaiblit en sodium et le courant s’arrête; seulement l’affaiblissement a été d’abord superficiel et l’on peut faire renaître le courant

en agitant l’amalgame, ce qui fait arriver du sodium des parties profondes à la surface : il est même possible de répéter plusieurs fois cette action, mais la masse d’amalgame s’affaiblit peu à peu et on arrive en sens contraire au résultat indiqué précédemment, où l’action de l’amalgame sur le sulfate de zinc fait exactement équilibre à l’action du zinc sur le sulfate de sodium.

140. — La pile de Yolta, et nous verrons qu’il en est de même pour la plupart des piles effectivement employées, est basée sur l’emploi d’une électrode de zinc qui se dissout et entre en combinaison. Les actions chimiques qui se produisent alors méritent d’être examinées en détail.

Imaginons un élément (133) dans lequel l’électrode négative serait constituée par un métal chimiquement pur, du zinc ou quelquefois du cadmium plus facile à obtenir à l’état de pureté, et supposons l’autre électrode constituée par une lame de platine. Au moment où les plaques métalliques seront plongées dans l’eau acidulée, elles prendront des potentiels différents, quelques bulles d’hydrogène apparaîtront sur le zinc, puis tout s’arrêtera et l’action chimique ne se produira pas tant que le circuit restera ouvert (136).

Si l’on vient alors à fermer le circuit, le courant se manifestera, le zinc se dissoudra peu à peu, en même temps que, par suite d’une action chimique qui se produira suivant les mêmes lois que celles qui président à l’électrolyse, l’hydrogène mis en liberté suivra le sens du courant (157) et viendra se dégager en bulles sur le platine. L’action chimique cessera lorsque le circuit interpolaire sera rompu.

Si l’on fait usage de zinc du commerce, on reconnaît que les choses se passent différemment; que, lorsque le circuit n’est pas fermé, il y a un dégagement continu d’hydrogène, ce qui entraîne nécessairement une dissolution de zinc, et par suite une dépense effective, alors que l’on ne recueille rien comme courant; et que, d’autre part, quand le circuit est fermé, il se dégage de l’hydrogène à la fois sur le zinc et sur le platine.

Ces effets s’expliquent facilement en remarquant que le zinc du commerce n’est pas pur, et que les matières étrangères qu’il contient par places forment avec lui autant de circuits permanents qui sont naturellement fermés d’une manière constante, ce qui explique l’action chimique, la dépense de zinc qui se produit même lorsque le circuit n’est pas fermé. D’autre part, lorsque le circuit est fermé, on ne recueille pas dans le lil interpolaire toute l’électricité correspondante à la dépense de zinc, puisqu’une partie de cette électricité circule dans ces circuits partiels qui se forment sur place. Par

suite, dans tous les cas l’emploi du zinc du commerce est désavantageux.

On ne peut cependant employer le cadmium ni le zinc pur, dont le prix est trop élevé; mais Davy a reconnu heureusement que le zinc préalablement amalgamé se comporte comme le zinc pur, c’est-à-dire qu’il n’est pas attaqué d’une manière continue tant que le circuit n’est pas fermé, et que lorsque le circuit est fermé le dégagement de l’hydrogène a lieu sur le cuivre, ce qui indique qu’il ne s’est pas produit de courants partiels fermés sur eux-mêmes et diminuant d’autant l’action du courant qui se manifeste dans le circuit interpolaire.

L’amalgamation des zincs se fait d’ailleurs d’une manière simple : il suffit de plonger les lames de ce métal dans un vase contenant du mercure recouvert d’une couche d’acide sulfurique qui, décapant le métal, le met dans l’état le plus propre à se combiner avec le mercure; les résultats sont particulièrement satisfaisants si l’on aide à l’action par quelques frictions. On arrive à un résultat également satisfaisant en plongeant simplement le zinc deux ou trois fois dans une dissolution d’azotate de mercure.

141. Pile sans polarisation. — Becquerel est le premier (1829) qui ait cherché à obtenir un courant constant en évitant la polarisation des électrodes; nous ne décrirons pas sa pile, qui d’ailleurs se . rapproche beaucoup de celle de Daniell dont nous parlerons plus loin, et nous nous occuperons d’abord de piles dans lesquelles la dépolarisation est obtenue sans qu’il soit nécessaire d’employer plus d’un liquide. Nous signalons seulement les types qui sont devenus classiques; la description complète des modèles employés dans l’industrie sera donnée plus tard.

D’après ce que nous avons dit, on conçoit que c’est l’hydrogène libre qui produit une force électromotrice inverse, et que la solution du problème consiste à faire entrer cet élément dans une combinaison de manière à s’opposer à la production d’une action chimique ultérieure.

Pile au chlorure d'argent. — La pile de Warren de la Rue est constituée par un vase dans lequel sont placés une lame de zinc et un fil d’argent recouvert de chlorure d’argent; le liquide est une dissolution de chlorure de sodium ou d’ammonium. Il se forme du chlorure de .zinc avec dégagement du métal; mais cet élément agit sur le chlorure d’argent pour reformer du chlorure, en mettant l’argent en liberté. Par suite de l’état du chlorure d’argent, l’argent est réduit à l’état spongieux et cet état permet au gaz d’agir

sur le chlorure jusqu’au centre du cylindre. Cette pile a reçu dans la pratique diverses formes que nous décrirons dans un autre chapitre.

Pile Leclanché. — Dans cette pile qui, sous ses divers modèles, a reçu de très nombreuses applications, le métal attaqué est encore le zinc ; le liquide est une dissolution saturée de sel ammoniac (chlorure d’ammonium) ; le corps qui forme le pôle positif est constitué par un mélange de fragments de coke concassé et de grains assez gros de bioxyde de manganèse. L’hydrogène mis en liberté réduit partiellement le bioxyde de manganèse qu’il ramène à l’état de sesquioxyde.

Il ne paraît pas se former seulement du chlorure de zinc, mais bien des corps complexes dans lesquels entre ce sel (chlorure double de zinc et d’ammonium : oxychlorure de zinc?).

142. Piles a deux liquides. — Pile de Daniell. — La solution primitive indiquée par Becquerel consistait à employer deux liquides distincts, l’un agissant pour produire l’action chimique et l’autre pour produire la dépolarisation; Daniell a adopté ce type.

La pile de Daniell (fig. 88) est formée d’un vase divisé en deux parties par une cloison poreuse, en porcelaine dégourdie (la forme réelle importe peu d’ailleurs). D’un côté on place de l’eau aiguisée d’acide sulfurique dans laquelle plonge une lame de zinc qui sera le pôle négatif ; de l’autre, on met une dissolution de sulfate de cuivre (saturée pour qu’elle offre moins de résistance au passage du courant) où plonge une lame de cuivre.

L’effet produit est le suivant : il y a substitution du zinc à l’hydrogène dans le sulfate d’hydrogène et par suite dissolution du zinc dans le liquide qui se charge peu à peu de sulfate de zinc ; l’hydrogène mis en liberté traverse la paroi poreuse (il faut, bien entendu, toujours admettre l’action se produisant de proche en proche) et agit sur le sulfate de cuivre par voie de substitution; il se reforme du sulfate d’hydrogène, et du cuivre mis en liberté se dépose sur l’électrode cuivre. Celui-ci, qui sert de pôle positif, ne subit donc aucune modification autre qu’un accroissement de poids; sa surface reste du cuivre et par suite, outre qu’elle ne modifie pas la résistance au courant, ne tend pas à donner naissance à un courant de polarisation, courant inverse.

11 importe beaucoup de remarquer que les substitutions se fai-

sant équivalent â équivalent, on retrouve à la fin la même quantité d’acide sulfurique qu’au commencement et que la seule différence consiste en ce qu’il s’est produit du sulfate de zinc à la place d’une quantité équivalente de sulfate de cuivre, ce qui a amené la dissolution d’une certaine quantité de zinc et le dépôt d’une quantité équivalente de cuivre.

Cette remarque explique ce qui se passe dans une modification de la pile de Daniell, modification qui ne contient pas d’acide. La forme générale est la même et l’on trouve d’un côté du zinc et une dissolution saturée de sulfate de zinc, de l’autre du cuivre et une dissolution saturée de sulfate de cuivre. Il est clair que séparément chaque métal ne peut agir sur la dissolution correspondante; mais il y a une action quand les deux dissolutions sont séparées seulement par la cloison poreuse, et peut-être même par suite de l’existence des pores (électro-capillarité de Becquerel). Il faut admettre qu’il y a décomposition moléculaire après polarisation des molécules, comme il a déjà été dit, puis recomposition, de telle sorte qu’il y aurait après cette action élémentaire, qui d’ailleurs se reproduirait continuement, une molécule de sulfate de cuivre remplacée par une molécule de sulfate de zinc et, comme conséquence dissolution d’une molécule de zinc et dépôt d’une molécule de cuivre au pôle positif sur le cuivre*. On voit donc que, sauf que l’on ne voit pas le point de départ de l’action chimique, de la même façon que dans la pile de Daniell, le résultat final est absolument le même.

Pile de Grove, pile de Bunsen. — Parmi les autres modèles de piles qui ont été proposés et employés, nous décrirons seulement ici la pile de Grove et celle de Bunsen, renvoyant à un autre chapitre pour l’indication des éléments divers qui se rencontrent dans les applications industrielles. La pile de Grove contient également deux liquides séparés par une cloison poreuse, de l’eau acidulée d’acide sulfurique dans laquelle plonge une lame de zinc, d’une part; et d’autre part, de l’acide azotique et une lame de platine. Il y a production d’hydrogène et de sulfate de zinc, et l’hydrogène produit, passant à travers la paroi poreuse, réduit l’acide azotique qui donne naissance à des composés nitreux, moins oxygénés, dont la nature n’est pas bien déterminée (bioxyde d’azote, acide azoteux ou' peroxyde d’azote) et dont une partie reste en dissolution dans le liquide, l’autre partie se dégageant sous forme de vapeurs rutilantes. Le zinc est l’électrode négative, le platine sert de pôle positif.

Le platine ne jouant ici d’autre rôle que celui de conducteur, ne

subissant aucune action chimique et étant d’un prix élevé, Bunsen eut l’idée de le remplacer par du charbon des cornues, corps également conducteur et inattaquable par l’acide azotique ; on se sert aujourd’hui de charbons artificiels préparés spécialement à cet effet et donnant les mêmes résultats.

143. Pile au bichromate de potasse . — La pile au bichromate de potasse, qui a reçu des formes diverses que nous indiquerons dans un autre chapitre, est en réalité une pile à deux liquides agissant différemment quoique mélangés, et non séparés par une cloison poreuse. Elle est basée sur ce qu’un mélange de bichromate de potasse et d’acide sulfurique est susceptible de donner naissance à un dégagement d’oxygène.

La pile comprend une lame de zinc et une lame de charbon, qui seront les deux pôles, plongées dans un liquide constitué par une dissolution de bichromate de potasse dans de l’eau assez fortement acidulée par de l’acide sulfurique.

Le zinc est attaqué par une partie de l’acide sulfurique (sulfate d’hydrogène) il se produit du sulfate de zinc et de l’hydrogène qui, à l’état naissant, et au contact de la dissolution du bichromate de potasse dans l’eau acidulée, se combinera avec l’oxygène que peut dégager ce mélange en donnant naissance à des composés de chrome, notamment à de l’alun chromo-potassique.

L’hydrogène entrant ainsi en combinaison, il y a dépolarisation; en réalité cette dépolarisation n’est pas complète et le courant s’affaiblit, quoique moins rapidement que dans la pile à un seul liquide.

144. Piles a gaz et batteries secondaires. — Les actions de polarisation dont nous avons parlé et auxquelles donnent naissance les électrolyses ont été utilisées dans les piles à gaz de Grove et dans les piles ou batteries secondaires.

La pile à gaz de Grove (fig. 89) est constituée par une série de voltamètres placés à la suite et que l’on introduit dans un circuit où se trouve une pile suffisamment puissante pour provoquer la décomposition du sulfate d’hydrogène. Lorsque les éprouvettes sont pleines, la pile est chargée et, placée dans un circuit, elle peut à son tour donner naissance à un courant qui persiste aussi longtemps que les gaz n’ont pas disparu en se recombinant. Il est bien évident que dans ce cas, comme pour l’électrolyse, il n’est pas nécessaire d’admettre que ce sont les deux gaz placés dans les éprouvettes qui se sont recombinés directement, mais bien qu’il y a eu des polarisations suivies de décompositions et de recompositions moléculaires.

145. — Les batteries secondaires sont basées sur le même prin-

cipe et seront décrites plus loin ; elles reposent sur les modifications que subissent les lames de plomb plongées dans de l’eau acidulée a acide sulfurique lorsqu’elles sont mises en rapport avec les pôles d’une pile. Il y a électrolyse et les gaz sont condensés ou combinés avec ces électrodes; on a donc formé une pile à gaz, analogue à la pile de Grove et se comportant de la même façon. Nous voulons seulement indiquer ici l’intérêt de c.es appareils.

Une batterie secondaire emmagasine une grande somme d’énergie qui est communiquée par une pile faible agissant pendant un assez long temps : lorsque, séparée de cette pile, elle agit comme source de force électromotrice, elle dépense en peu de temps cette énergie qui peut alors produire des effets de courte durée,

Fig. 89.

mais beaucoup plus puissants que ceux que la pile primaire aurait pu fournir. En un mot, une batterie secondaire peut être considérée comme jouant le rôle que, en mécanique, remplissent les accumulateurs de quelque nature qu’ils soient. 11 y a là une modification de forme de l’action qui, comme toute transformation, ne peut se produire sans perte, mais qui dans des circonstances données est susceptible d’être utile pour la production d’un effet déterminé.

146. — Faraday a étudié les actions chimiques qui se passent dans les piles comparativement à celles qui se produisent dans les électrolytes traversés par le courant, et il a trouvé la loi suivante qui complète celles que nous avons données précédemment (132) :

•4e loi. — Il y a autant d'équivalents de zinc dissous dans chaque élément de pile qu'il y a d'équivalents de métal mis en liberté dans chaque électrolyte faisant partie du même circuit.

Il faut remarquer que la loi n’est applicable que s’il y a effectivement électrolyse: elle ne nous apprend rien sur la possibilité de produire cette action, et c’esten nous appuyant sur d’autres notions que nous pourrons arriver à préciser quelque chose à ce sujet.

Dans les piles que nous avons décrites, il peut y avoir un métal mis en liberté; ce métal, l’hydrogène dans la pile de Yolta, le cuivre dans la pile de Daniell, se meut dans la pile, comme dans le circuit interpolaire, dans le sens du courant, allant, par conséquent, du zinc au cuivre. Comme il y a un équivalent de métal mis en liberté pour chaque équivalent de zinc dissous, on voit que les actions chimiques de décomposition qui se manifestent dans un circuit, soit dans la pile, soit dans le fil interpolaire, obéissent toutes aux lois de Faraday. 11 est bien entendu que, dans tous les cas, des effets secondaires qui ne sont pas dus à l’action du courant peuvent masquer ces résultats généraux.

147. — Une conséquence importante de ces remarques, c’est que la quantité d’électricité qui passe dans un circuit, quantité que nous avons reconnue être proportionnelle aux quantités de métal déposé dans l’électrolyse, est par suite proportionnelle à la quantité de zinc dissoute dans chaque élément de pile, et cela quelle que soit la nature de ces éléments ; la différence de constitution des éléments produit des variations dans la différence de potentiel, change l’intensité parce qu’il ne faut pas le même temps pour dissoudre le mêmepoids de zinc, mais ne modifie en rien la quantité d’électricité produite pour le même poids de zinc dissous.

148. Forces électromotrices des piles hydro-électriques. — Nous avons indiqué (124) comment il est possible de comparer les forces électromotrices de diverses piles. M. J. Regnauld a fait à cet égard un travail intéressant qui nous fournira quelques résultats numériques importants.

L’expérience montre d’abord que la force électromotrice d’un élément dépend de la nature des corps qui le constituent et par suite des actions chimiques qui s’y produisent, mais non de la grandeur de la surface, de telle sorte que deux éléments de même composition et de dimensions aussi différentes que l’on voudra, placés en opposition, se font équilibre l’un à l’autre absolument. Cela ne veut pas dire, bien entendu, que l’un des éléments puisse remplacer l’autre dans un circuit pour donner le même courant, car ces éléments de grandeurs différentes introduisent des résistances qui n’ont pas la même valeur, résistances d’autant plus considérables que l’élément est plus petit, et ces [différences de

résistances entraînent des changements dans l'intensité du courant correspondant.

M. J. Regnauld, prenant comme terme de comparaison des éléments thermo-électriques cuivre-bismuth dont les soudures étaient maintenues les unes dans de la glace fondante, les autres dans l’eau bouillante, détermina par la méthode d’opposition les valeurs relatives de divers éléments; voici quelques-uns des résultats obtenus, l’unité étant la force électromotrice de l’élément thermoélectrique ci-dessus défini :

Zinc pur, sulfate de zinc — Cadmium, sulfate de cadmium 55

Zinc amalgamé, eau et acide sulfurique — Cadmium, sulfate de

cadmium 58

Zinc pur, sulfate de zinc — Cuivre, sulfate de cuivre 175

Zinc amalgamé, eau et acide sulfurique — Cuivre, sulfate de cuivre 1 79

Zinc amalgamé, eau et acide sulfurique — Platine, eau et acide

azotique (-g-j 310

149. Effets calorifiques produits par les courants. — La production d’un courant électrique donne lieu à des effets

calorifiques, tant dans le circuit qu’il traverse que dans la pile qui lui a donné naissance : il y a d’ailleurs réciprocité, et des actions calorifiques peuvent donner lieu à la production decourants électriques. Nous allons étudier successivement les diverses questions qui se rattachent à cet ordre d’idées.

Considérons une partie du circuit extérieur à la pile : l’expérience montre que le conducteur s’échauffe sous l’influence du passage du courant. L’échauffement se produit dans tous les cas, même dans le cas où le conducteur est liquide; mais il varie beaucoup avec les circonstances : à peine sensible si le conducteur a un diamètre un peu fort, l’élévation de température est notable si le fil est fin, et celui-ci peut être amené à l’incandescence; il peut 1 même être fondu et volatilisé.

Joule a étudié les quantités de chaleur dégagées dans des circonstances données, et il a trouvé les deux lois suivantes :

lre loi. — La quantité de chaleur dégagée dans l'unité de temps par le passage d'un courant électrique dans un conducteur , est proportionnelle à la résistance de ce conducteur.

2e loi. — Elle est proportionnelle au carré de l'intensité du courant . On a donc la relation :

dans laquelle q est la quantité de chaleur dégagée dans l’unité de temps, X la résistance du conducteur considéré, I l’intensité du courant; H est une constante.

Des expériences calorimétriques ont montré que cette loi s’applique également aux quantités de chaleur dégagées dans les couples.

Il résulte de la lre loi que, à la condition de prendre dans un circuit des parties d'égale résistance, la quantité de chaleur dégagée dans un temps donné est constante pour un même courant et peut servir à définir ce courant, à donner son intensité thermique.

Ajoutons que si, dans un conducteur liquide, il y aélectrolyse, on ne retrouve plus la même quantité de chaleur, au moins sous forme sensible, et la loi n’est applicable que si l’on tient compte de la chaleur qui correspond à la décomposition de l’électrolyte.

150. — Ces lois expliquent différentes expériences, par exemple celle de Ghildren dans laquelle on constitue une chaîne avec des métaux différents ou de diamètres différents : les chaînons correspondant aux métaux les plus résistants ou aux diamètres les plus fins deviennent plus lumineux que les autres lorsque la chaîne est traversée par un courant qui la porte à l’incandescence.

Becquerel a montré que lorsque l’on plonge dans l’eau ou dans un mélange réfrigérant une partie du conducteur, l’autre devient plus chaude, et, si elle était portée à l’incandescence, peut arriver à la fusion. C’est que le refroidissement diminue la résistance d’une partie du circuit, augmente l’intensité du courant, et par suite la quantité de chaleur dégagée dans une partie donnée.

151. — Considérons un circuit formé de plusieurs conducteurs placés à la suite et de résistance XA X2... Xn et d’une pile de longueur réduite n : si qiy q2... qn, q sont les quantités de chaleur dégagées dans l’unité de temps, et I l’intensité du courant, on a :

qa = H P

-et si Q est la quantité totale de chaleur dégagée, on a :

Q = HI2 (SX + tt).

Mais nous avons montré que l’on a (119) :

Donc, il vient :

Q = hei,

et si nous voulons avoir la quantité de chaleur dégagée dans un temps l , on aura :

Nous aurions, de la même manière, pour représenter la quantité de chaleur dégagée dans une partie du circuit pendant le temps t :

qn t = HE 1 1

Nous pouvons chercher à évaluer les quantités de chaleur dégagée en fonction de la quantité d’électricité qui a traversé le circuit.

D’après ce que nous avons dit , la quantité d’électricité qui passe dans une section du circuit dans un temps t est mesurée par It (113), si l’on a fait choix d’unités convenables. Si donc nous représentons par e cette quantité d’électricité, il vient :

c’est-à-dire que la quantité totale de chaleur développée dans une pile donnée est proportionnelle à la quantité de l’électricité, et par suite proportionnelle à la quantité de zinc dissous dans chaque élément de pile, en admettant qu’il ne se produise dans le circuit aucun effet soit chimique, soit mécanique.

La quantité de chaleur dégagée dans chaque partie du circuit est proportionnelle à la résistance de cette partie. Si donc on a une pile fermée sur elle-même , c’est-à-dire dont les pôles sont réunis par un fil gros et cqurt, la chaleur correspondant à l’action chimique se trouvera tout entière dégagée dans la pile ; si au contraire le fil interpolaire est résistant, long et fin, il s’y dégagera une notable quantité de chaleur et, par contre, la pile s’échauffera peu.

152. — Toutes ces conséquences ont été vérifiées par Favre à l’aide du calorimètre à mercure; tantôt il plaçait dans l’ampoule plongée dans le mercure du réservoir un couple dont les pôles étaient réunis par des fils dont il faisait varier les éléments, longueur, section, nature, et alors il observait que dans tous les cas la quantité de chaleur dégagée restait la même; tantôt il maintenait l’élément de pile dans l’un des calorimètres, etle fil constituant le circuit interpolaire dans un autre calorimètre : il trouvait encore une

somme totale de chaleur dégagée constante, mais différemment distribuée suivant les valeurs relatives des résistances de la pile et du conducteur interpolaire. Dans tous les cas, les expériences confirmèrent les lois que nous avons énoncées précédemment.

Favre vérifia que si le courant est utilisé à produire des électrolyses ou du travail mécanique, on ne retrouve pas la quantité de chaleur correspondante au poids de zinc dissous. La quantité de chaleur qui manque représente, sous une autre forme, le travail produit, l’énergie dépensée à produire un effet différent.

Enfin nous dirons encore, mais sans nous étendre sur ce sujet, que des recherches ont été faites, notamment par Piiess, sur le développement de chaleur produit par le passage dans un corps conducteur d’une certaine quantité d’électricité émanant d’une machine électrique ou d’un condensateur, et que les lois auxquelles on est arrivé sont identiques à celles que Joule a données et que nous venons de signaler rapidement.

153. — On sait que les actions chimiques correspondent à des dégagements ou à des absorptions de chaleur; des mesures ont été prises à cet égard, d’abord par Favre et Silbermann, puis plus récemment et plus exactement par M. Berthelot. Puisque dans les piles que nous avons étudiées, le courant est dû à l’action chimique d’une part, et que, d’autre part, il est capable de produire des actions calorifiques, comme nous venons de le dire, il est naturel de rechercher s’il existe une relation entre les quantités de chaleur dont le dégagement correspond aux actions chimiques produites dans les piles et les quantités de chaleur effectivement recueillies soit dans la pile, soit dans le circuit. Favre a étudié cette question et a trouvé que la chaleur recueillie dans le circuit complet est précisément égale à la quantité de chaleur qui aurait été produite par l’action chimique dans la pile s’il n’y avait pas eu production d’un courant électrique, en admettant, bien entendu, quelecourant observé n’ait eu à produire extérieurement à la pile ni travail chimique, ni travail mécanique.

154. — -Voici quelques chiffres donnés par Favre; ils ne correspondent pas exactement comme forme à l’indication des actions chimiques que nous avons signalées, car ils admettent que l’attaque du zinc correspond à la série d’opérations suivante : Oxydation du zinc par décomposition de l’eau, puis combinaison de l’oxyde de zinc formé avec l’acide sulfurique, tandis que nous avons considéré qu’il y a simplement et directement substitution du zinc à l’hydrogène dans le sulfate d’hydrogène; mais cette différence est sans im-

portance, car il est démontré que, au point de vue thermique, les quantités de chaleur dépendent seulement de l’état initial et de l’état final et sont indépendantes des phases intermédiaires qui ont pu se produire. Nous rappellerons encore que les quantités de chaleur dégagées ou absorbées pour la formation ou la décomposition d’un corps sont égales.

Ceci posé, voici quelques chiffres fournis par les expériences de Favre et Silbermann et correspondant à l’équivalent de chaque

corps :

Oxydation du zinc amalgamé 42800 calories

Combinaison du zinc avec l’ac. sulfurique. 10459

Décomposition de l’eau 34450

Décomposition du sulfate de cuivre 29600

I Bioxyde d’azote et

oxygène 6880

Acide azoteux et oxygène 13650

Nous pouvons dès lors nous rendre compte delà chaleur dégagée dans la pile de Yolta ou de Wollaston, alors que 1 équivalent de zinc a été dissous :

Oxydation du zinc amalgamé 42808 j 53250

Formation du sulfate de zinc 10450 J * 0

Décomposition de l’eau 34450

Différence 18800 calories.

Il doit donc rester libres 18800 calories chaque fois que 1 équivalent de zinc a été dissous dans la pile de Yolta.

Dans la pile de Daniell, il y a encore formation de sulfate de zinc, mais c’est du sulfate de cuivre, et non de l’eau, qui est décomposé.

Production du sulfate de zinc 53 250

Décomposition du sulfate de cuivre 29 600

Différence 23 650 calories.

Pour chaque équivalent de zinc dissous dans la pile de Daniell, il doit rester libre une quantité de chaleur représentée par 23 650 calories.

Pour la pile de Bunsen ou de Grove, il importerait de connaître exactement la nature des composés nitreux qui se produisent; suivant qu’il y aura, en effet, production de bioxyde d’azote ou d’acide azoteux, les résultats seront différents :

traité D’Electricité.

Production du sulfate de zinc 53 250 53 250

Décomposition de l'acide azotique 6 880 13 650

Différences 46 370 39 600

Suivant que l’une ou l’autre action se produira, il y aura libres 46370 ou 39600 calories pour chaque équivalent de zinc dissous. Si l’on admet que les deux décompositions possibles ont lieu en même temps par parties égales, la quantité de chaleur disponible devra être la moyenne, soit 42 985 calories.

Ces résultats ont été vérifiés par Favre, qui a trouvé directement à l’aide du calorimètre à mercure que les quantités totales de chaleur sont bien celles qu’indique cette théorie.

155. — S’il se produit dans le circuit interpolaire des actions électrolytiques ou des actions mécaniques, ainsi que nous l’avons dit, on ne recueille plus autant de chaleur, et la quantité de chaleur disparue correspond au travail mécanique apparu, à l’action chimique manifestée. On conçoit que, à l’aide de ce procédé, Favre ait pu trouver la quantité de chaleur correspondant à un travail mécanique donné, et en conclure l’équivalent mécanique de la chaleur; il obtint par cette méthode le chiffre très approché de 425 kilogrammètres.

Le travail mécanique étant équivalent à la chaleur, proportionnel au nombre de calories correspondant, si W est le travail produit par le courant entre deux points pour lesquels E mesure la différence de potentiel, on aura (151) pour 1 seconde,

w = 425 HEl,

ou :

W = 425 HXI*.

Il vérifia, d’autre part, que dans le cas d’action chimique, la quantité de chaleur disparue était précisément celle qu’il avait obtenue par des mesures directes comme correspondant à cette action chimique.

156. — On conçoit que puisque toute électrolyse absorbe une certaine quantité de chaleur, déterminée à l’avance, pour chaque équivalent, . et que cette action se produit par la combustion de 1 équivalent de zinc dans chaque élément de pile, il faut, pour que l’électrolyse ait lieu, que la pile fournisse pour chaque équivalent de zinc dissous une quantité de chaleur au moins égale à celle qui est absorbée par l’électrolyse. Nouspouvons doncprévoir que la décomposition de l’eau, qui exigerait 34 450 calories, ne pourrait être obtenue par un élément Volta ou un élément Daniell, qui ne donnent

respectivement que 18 800 et 23 650 calories; mais qu’elle pourrait être produite par l’élément Bunsen fournissant en , moyenne 42985 calories. Il n’est pas prouvé, d’ailleurs, que cette décomposition ait lieu, car nous ne savons pas quelle est la fraction de cette chaleur qui subsistera à l’état de chaleur, et celle qui, translormée, donnera naissance à l’action chimique.