ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE

9(3. Construction empirique d’un élément de pile. — Considérons «un assemblage construit empiriquement ainsi qu’il suit : dans un vase contenant de l’eau acidulée, par exemple avec de l’acide sulfurique, plongent une lame de zinc AA' (fig. 64) et une lame de cuivre ou de platine BB' auxquelles sont attachés des fils conducteurs ; c’est là ce qui constitue un élément de pile , les lames métalliques sont les électrodes et les extrémités des fils de cuivre les réophores; lorsque ces réophores sont en contact, on dit qu’on a fermé le circuit; le circuit est ouvert lorsqu’il existe dans le fil une solution de continuité qui n’est pas comblée par un corps conducteur solide ou liquide.

Un semblable appareil ne donne lieu à aucun phénomène qui soit immédiatement observable, que le circuit soit ouvert ou qu’il soit fermé; il n’est le siège d’aucun phénomène lumineux et ne produit aucune action calorifique directement appréciable (non que cette action n’existe pas, mais elle est trop faible dans ces conditions pour être perçue), il ne donne lieu non plus à aucune sensation lorsqu’on touche le fil qui réunit les électrodes.

Cet élément de pile est cependant le siège d’actions spéciales, mais elles exigent des soins particuliers et des appareils de précision pour être mises en évidence ; on peut d’ailleurs parvenir à amplifier assez ces actions pour qu’elles soient facilement appréciables. Quoi qu’il en soit, même avec un seul élément, on peut faire les vérifications suivantes :

A l’aide d’un électromètre condensateur (92) ou d’un électromètre de Thomson (63), on reconnaît que le circuit étant ouvert les rhéophores ne sont pas au même potentiel , celui qui est en communication avec le platine étant électrisé positivement, celui qui est relié au zinc étant électrisé négativement.

D’autre part, si l’on place lesrhéophores sur les côtés de la langue de manière à ce que celle-ci complète le circuit, on éprouve immé-

diatement une sensation particulière qui cesse lorsque le circuit vient à être rompu. Il est facile de reconnaître que ce phénomène subjectif est réellement relié à une action objective, car si l’on ferme le circuit en interposant entre les rhéophores une grenouille préparée (train postérieur d’une grenouille que l’on a dépouillée de la peau), on voit celle-ci éprouver des secousses violentes. Un muscle quelconque interposé dans le circuit éprouverait d’ailleurs des effets analogues.

97. — Il est aisé, en admettant l’hypothèse qui nous a servi à expliquer les phénomènes de l’électricité statique, de nous rendre compte de ce qui doit se passer dans les circonstances que nous venons d’indiquer. Les deux électrodes se trouvaient dans des états électriques différents et lorsqu’ils ont été réunis par un conducteur ils ont été ramenés à l’équilibre électrique, c’est-à-dire que l’électricité -f- cm en excès sur le platine s’est rendue sur le zinc où il y avait manque d’électricité, jusqu’à ce que le potentiel fût devenu le même : ce passage hypothétique de l’électricité, qui correspond certainement à une modification dont la véritable nature est encore inconnue, constitue ce que l’on nomme le courant électrique auquel on attribue un sens ou une direction comme s’il s’agissait d’un liquide s’écoulant dans un tuyau.

98. — L’expérience montre que l’on ne peut jamais, dans un élément de pile, arriver à obtenir l’équilibre électrique entre les deux pôles et que les deux états électriques primitivement observés se retrouvent sans modification aussitôt que l’on a rompu le circuit. Gomme les effets par lesquels nous avons reconnu l’existence du courant persistent également tant que le circuit n’est pas rompu, nous sommes conduits à admettre que, pendant tout ce temps, la différence de potentiel est maintenue entre les deux pôles.

Pour expliquer que cette différence puisse ainsi subsister, on dit que la pile est le siège d’une force électro-motrice , dont nous chercherons plus tard le lieu et l’origine, laquelle force fait passer, dans la pile, l’électricité du pôle négatif au pôle positif qui se trouve ainsi à un potentiel supérieur à celui du pôle négatif. En continuant l’assimilation à un liquide, on voit que si en dehors de la pile l’électricité sé rend du pôle + au pôle — , en dedans de l’élément elle se dirige au contraire du pôle — au pôle -f-.

Les premiers phénomènes relatifs aux effets des piles ont été étudiés d’abord par Galvani, puis par Volta; de là les noms à' électricité galvanique ou voltaïque donnés souvent à la cause des effets produits par les courants électriques.

99. — Nous pouvons poursuivre dans ce nouvel ordre d’idées la comparaison que nous avons faite précédemment en la complétant un peu. Imaginons une machine élévatoire placée en un point quelconque et qui à travers un tuyau fasse passer un liquide d’un réservoir à un réservoir supérieur, ce qui correspond à une élévation du niveau, soit à une augmentation du potentiel. Réunissons les deux réservoirs par un tuyau constituant un circuit extérieur : l’eau, par suite même de la différence de niveau, s’écoulera du réservoir supérieur au réservoir inférieur. L’écoulement cesserait alors que les niveaux seraient à la même hauteur dans les deux réservoirs : mais, si l’action de la machine continue et maintient la différence de niveau, l’écoulement continuera aussi. D’autre part on voit que pour que l’effet puisse durer, il faut que, tandis que dans le tuyau extérieur l’eau s’écoule du réservoir supérieur au réservoir inférieur, l’eau marche, au contraire, dans la machine, du réservoir inférieur au réservoir supérieur, de telle sorte que chaque molécule du liquide décrira un cycle fermé complet.

1Q0. — Les effets produits par un élément de pile sont faibles, mais

2 3 ru

Fig. 65.

on peut, sans changer leur nature, augmenter leur intensité par des combinaisons de plusieurs éléments constituant alors une pile . Yolta a énoncé les propriétés suivantes, sur lesquelles est basée la construction d’une pile quelconque et dont il est facile de comprendre que l’on puisse donner la démonstration expérimentale : 1° Parle fait même de sa composition, un élément de pile produit et maintient entre les deux électrodes une différence de potentiel qui ne dépend que de la nature des corps en contact ;

2° La différence de potentiel maintenue dans un élément de pile est indépendante de la valeur absolue du potentiel auquel on peut amener l’un quelconque de ses pôles.

Supposons maintenant que l’on place plusieurs éléments orientés de la même façon (h g. 65), c’est-à-dire ayant les pôles -(-par exemple tournés du même côté, et réunissons les éléments de telle sorte que le pôle 4- de l’un soit relié par un conducteur au pôle — de l’autre, et qu’il reste libre aux deux extrémités de cet assemblage d’une

part un pôle -j- et de l’autre un pôle — qui seront les pôles de la pile.

Soit Y la valeur, positive ou négative, du potentiel auquel nous maintenons le pôle zinc (par exemple, en le mettant en contact avec un conducteur infini qui soit à ce potentiel), et soit v la différence de potentiel que peut produire et maintenir chaque élément de pile. Il résulte des propriétés indiquées plus haut et du fait que deux conducteurs métalliques en communication métallique entre lesquels n’est pas interposée une source de force électromotrice prennent le même potentiel (61), que les valeurs du potentiel sur les différents pôles seront respectivement :

N° de l’élément 1er 2e 3e ne — 1 n*

Pôle — Y V + v Y + 2 v V + (n — 2) v V + (» — l)î?

Pôle + V+r V + 2 d V + 3 r V -f (n — 1) v \ + n v

La différence de potentiel entre les deux pôles de la pile, soit entre le nme pôle -f- et le 1er pôle — , est (Y + nv) — Y = nv, c’est-àdire qu’elle est proportionnelle au nombre des éléments dont se compose la pile, ce qui permet, par suite, d’augmenter sa valeur autant qu’on le veut.

Il est intéressant d’étudier ce qui se passe dans le cas où la pile est isolée, c’est-à-dire lorsque aucun des deux pôles n’est maintenu à un potentiel déterminé.

Il est alors évident, par raison de symétrie, que dans une pile composée d’éléments égaux (et c’est le seul cas que l’on rencontre dans la pratique) les deux pôles doivent posséder des états électriques caractérisés par des potentiels égaux et de signes contraires.

101. — Les différentes propriétés que nous venons d’indiquer peuvent être vérifiées à l’aide de l’électromètre de Thomson (63) qui permet de mesurer le potentiel aux pôles et en divers points. Il importe de remarquer ici que, bien que dans la pile il existe entre les pôles une série non interrompue de conducteurs, le potentiel n’a pas partout la même valeur et varie d’un élément à l’autre : cela tient précisément à ce qu’il y a dans chaque élément une cause spéciale qui produit et maintient une différence de potentiel. Sans vouloir entrer ici dans la discussion complète de la question, nous dirons que Yolta plaçait le siège de cette action particulière, de cette force électromotrice, au contact des métaux hétérogènes ; depuis on avait admis que le siège de cette force est au contact du liquide et du métal attaqué par le liquide et que la force résultait de l’action chimique exercée, rejetant absolument l’idée que le

contact serait suffisant. Mais aujourd’hui, mieux renseigné, on sait que le contact de deux métaux hétérogènes peut produire une différence de potentiel, et même la maintenir si par instant on vient à la faire disparaître, mais que le contact seul ne peut donner un courant si les corps hétérogènes en contact sont réunis par un conducteur par lequel constamment tendrait à se rétablir l’équilibre, < ’est-à-dire dans lequel passerait un courant : il faut alors une action autre, action qui corresponde à une dépense d’énergie.

Nous exposerons ultérieurement les faits et les raisonnements qui ont conduit à cette dernière conséquence.

102. — Malgré les comparaisons que nous avons faites, et ainsi (jue nous l’avons déjà indiqué, nous ignorons au juste quelle est la nature du courant électrique. Si nous cherchions à le caractériser d’après les conditions de sa production et d’après les effets auxquels il donne lieu, nous dirions que c’est un transmetteur d'énergie. 11 prend naissance en un point où une certaine quantité d’énergie semble disparaître, et disparaît en effet sous la forme qu’elle possédait, travail mécanique, chaleur ou action chimique, pour reparaître indifféremment sous l’une de ces formes en un autre point quelconque du circuit, et cela d’une manière extrêmement rapide. Il importe de remarquer qu’il ne faudrait pas dire que l’énergie disparue est transformée en électricité, car celle-ci n’est pas modifiée dans sa quantité, pas plus que l’électricité n’est détruite lorsqu’elle reproduit l’énergie. Mais l’électricité a acquis une propriété qu’elle ne possédait pas : il apparaît d’une part une différence de potentiel qui détermine le courant; et d’autre part, c’est le retour à l’équilibre électrique, la disparition de la différence de potentiel qui coïncide avec l’apparition de l’énergie.

La comparaison que nous avons déjà faite avec un courant liquide qui circulerait dans un tube est encore applicable ici. Pour produire un courant de liquide dans une série de conduites, on dépense de l’énergie, non pour créer le liquide qui n’est pas changé en quantité, mais pour établir une différence de niveau; et lorsque l’énergie est créée en un point, ce n’est pas le liquide qui est modifié en quantité, mais c’est la différence de niveau qui disparaît et l’équilibre qui se rétablit.

Jusqu’à ces dernières années l’électricité avait été employée seulement en raison de la rapidité de sa transmission, du moins d’une manière générale, dans la plupart des applications. Maintenant, et ce n’est pas là un des côtés les moins intéressants de l’industrie électrique à l’époque actuelle, on cherche à utiliser le courant réellement.

comme pouvant transmettre l’énergie, sous la forme chimique, calorifique ou mécanique.

103. — Les aclions produites par le passage des courants électriques sont de divers ordres et l’on peut les classer ainsi qu’il suit :

Actions physiologiques ;

Actions calorifiques et lumineuses produites dans le circuit;

Actions chimiques produites dans le circuit extérieur ;

Actions mécaniques produites extérieurement, lesquelles se divisent en actions sur d’autres courants, actions sur des aimants, actions sur le fer doux et l’acier, etc.

D’autre part, nous aurons à rechercher quelles sont les causes qui donnent naissance à la force électromotrice, et nous reconnaîtrons qu’elles peuvent également se rapporter :

A des actions physiologiques ;

A des actions thermiques ;

A des actions chimiques ;

A des actions mécaniques de courants ou d’aimants placés extérieurement au circuit.

En réalité les diveres actions ne sont pas absolument séparées et il faut admettre, lorque l’on étudie une action, que l’on connaît au moins sommairement les lois qui régissent les autres actions. Ajoutons qu’il y a un réel intérêt à étudier à la fois une action déterminée produite par un courant et le courant produit par cette action.

Quel que puisse être, théoriquement, l’avantage qu’il y aurait, à notre avis, à étudier les courants dans l’ordre que nous venons d’indiquer et qui nous semble le plus rationnel, pour donner l’explication de termes universellement adoptés et qu’il convient nécessairement d’adopter, nous devons indiquer un procédé empirique de mesure des courants, comme nous avons fait pour la pile: il faudra d’ailleurs rechercher ultérieurement quelles sont les relations qui existent entre ces données à priori et les indications rationnelles qui seront fournies d’autre part.