C. clA

Voici, d'après M. Becquerel, une liste de métaux telle que chacun d'eux est positif par rapport aux suivants, c'est-à-dire que le courant traverse la soudure chaude en allant du métal placé en dessous sur la liste vers le métal placé en dessus. Plus les deux métaux sont éloignés l'un de l'autre dans celle liste, plus grande est leur force électro-motrice.

Antimoine,

Fer,

Zinc,

Argent,

Or,

Cuivre,

Étain,

Plomb,

Platine,

Bismuth.

Les lois que suivent les courants thermo-électriques sont très compliquées. Dans certains couples, la force électromotrice est proportionnelle à la différence de température des deux soudures : c'est le cas des couples bismuth-cuivre, cuivreargent et surtout cuivre-or, comme Ta montré M. Gaugain. Pour d'autres éléments, il n'y a proportionnalité que si la différence de température est petite; dans le couple bismuthantimoine, par exemple, la proportionnalité n'existe plus dès que la température des soudures n'est plus comprise entre i5" et 35°.

Enfin d'autres éléments présentent le curieux phénomène de l'inversion. A une certaine température le courant change de sens. Il est donc possible de maintenir les deux soudures à des températures très différentes, sans pour cela obtenir le moindre courant. M. Gaugain, qui a publié une étude très étendue sur les courants thermo-électriques, a montré que la température d'inversion dépendait de l'état des deux soudures à la fois. Ainsi, dans le couple zinc-fer, l'inversion se produisait à 376'^ quand la soudure froide était maintenue à 20° et à 295° seulement quand la soudure froide était portée à 100".

D'après la liste des métaux publiée plus haut, on doit obtenir une force électro-motrice relativement grande, avec une même différence de température, en construisant la pile avec l'antimoine et le bismuth. C'est ce qu'a fait Melloniy et il a obtenu de cette manière un assemblage très usité comme thermomètre difiFérentiel. Les barreaux sont rassemblés en un cube (^g*. loi), séparés les uns des autres par

des bandes de papier, et arrangés de façon que Tune des faces soit formée par les soudures impaires et la face opposée par les soudures paires. Quand on établit avec le fil d'un galvanomètre et la pile un circuit fermé, la déviation de l'aiguille peut faire connaître, après graduation expérimentale, la différence des températures des deux faces de la pile.

Cette pile est très usitée en Physique. M. Becquerel l'a modifiée de diverses manières (aiguilles thermo-électriques), de façon qu'elle permette de déterminer les températures dans les conditions où les thermomètres ordinaires ne sont pas applicables.

Depuis quelques années, des efforts ont été faits dans le but de créer une pile thermo-électrique capable de remplacer industriellement les piles hydro-éiectriques. Nous croyons utile de faire connaître les principaux résultats auxquels on est arrivé dans cette voie.

Morren [Comptes rendus des séances \de V Académie des Sciences, t. XLT (i855); Archives de Genèçe, t. XXX] pro-

posa, en i855, de remplacer rantimoine par le fer-blanc dans la pile de Melloni. Il construit sa pile de la manière suivante :

On coule des prismes de bismuth de o",ooi d'épaisseur et de G™, 02 de longueur, en laissant aux deux bouts, sur deux côtés opposés, deux petits échelons ou feuillures. On couvre alors tout le barreau, excepté les feuillures, de mastic à luter le verre.

Pour le fer, on choisit une feuille de fer-blanc, la plus mince possible, mais d'un métal très doux; il est bon même de construire d'abord un élément d'essai avec chaque feuille et de les comparer, afin de s'arrêter à la feuille qui donne les meilleurs résultats.

On la coupe alors en lames très minces, de o"',ooi de large et de o™,o2 de haut, dont on rabat au marteau et en sens inverse les deux extrémités, de manière à donner à la lame une forme de Z. On écrouit ensuite une des extrémités avec le marteau et on lime la lame jusqu'à ce qu'elle s'appuie parfaitement sur le prisme de bismuth, une partie rentrant dans la feuillure. On chauffe légèrement pour faire adhérer le fer-blanc au mastic; puis, avec un fer à souder suffisamment chaud, on touche la partie rentrant dans la feuillure et l'on fait couler le bismuth excédant sur le fer-blanc, ce qui produit la soudure. On enlève alors à la lime l'excès de bismuth qui a recouvert le fer-blanc. La soudure et le contact des deux métaux sont ainsi irréprochables et sans intermédiaires.

On assemble les éléments en mettant toutes les extrémités écroules du même côté, de manière à en former des séries planes de 4^ ^ ou 8 couples , selon le nombre définitif de couples qui doivent entrer dans la pile. En chauffant légèrement ces séries le mastic qui les enduit fond à la surface, ce qui permet l'adhérence.

Pour relier les couples extrêmes de chaque série, on a soin qu'elles soient toutes terminées par les bismuths; puis, au moyen d'une agrafe convenablement faite en fer-blanc, on relie la feuillure d'un bismuth avec la feuillure opposée du bismuth voisin. Enfin on coule partout du mastic pour empêcher les contacts entre les différents éléments.

PILES THERMO-ELECTRIQUES. 277

D'après Tauleur, les avantages de celle pile seraieni les suivants :

1° La construction de la pile est plus simple et plus facile que celle qui est faite avec des prismes d'antimoine.

2° L'écrouissage d'une extrémité de Ta lame de fer-blanc augmente sa sensibilité, et alors cette pile peut rivaliser avec celle de Melloni.

3** Le peu d'épaisseur du fer-blanc diminue considérablement la masse métallique, et permet, sous un volume donné, d'avoir un beaucoup plus grand nombre de couples.

4** Enfm l'auteur ajoute que la réaction thermo-électrique des deux métaux n'est plus gênée par l'interposition des métaux étrangers apportés par la soudure. Cette dernière conclusion est inexacte, car on sait, depuis les expériences de Gaugain, que la nature de la soudure ne change en rien la force électro-motrice d'un couple thermo-électrique. ,

Dans la série thermo-électrique, le bismuth est l'un d^ termes extrêmes, et l'autre est un alliage d'antimoine et d'étain (aSb, Sn).

Bunsen a trouvé que, dans cette série, la pyrolusite doit être placée au-dessus du bismuth, et que la pyrite cuivreuse est encore plus é\e\ée[Poggendorff 's Anna/en, t. CXXIII (i864) ; Archwes de Genèi^e, t. XXII; Philosophical Magazine ^ t. XXIX; les Mondes, t. VII]. On doit donc obtenir une pile thermo-électrique très intense en associant la pyrite et l'alliage indiqué ci-dessus, ou mieux la pyrite et le cuivre, pour pouvoir porter plus haut la température.

L'élément de pile de Bunsen est formé d'une lame de pyrite de 0^,070 de long, o%o4o de large et 0^,007 d'épaisseur, vers les deux extrémités de laquelle on enfonce deux cônes de cuivre platiné. L'un de ces cônes se termine par un prolongement en cuivre que l'on chauffe à la lampe, et l'on maintient l'autre dans l'eau froide. Les deux cônes portent, en outre, les extrémités du fil du circuit.

Bunsen a comparé cet élément avec un daniell ayant un

cuivre de i***" de surface immergée et chargé avec un mélange (le 6 parties d'eau en poids pour i d'acide sulfurique.

La force électro-motrice et la résistance du daniell étant prises pour unités, le couple thermo-électrique, essayé à quatre températures différentes, a donné :

Comme force électro-motrice ... —, — —

Comme résistance 0,74 0,79 0,72 0,72

Pendant Texpérience, la température de Teau destinée à refroidir le contact inférieur s'est élevée au-dessus de Go*», au lieu (le rester constante.

Bien que la température de la pince chauffée eût dépassé celle de fusion de Tétain, la pyrite n'a éprouvé aucune modification sensible.

La pyrite se dilate moins que le cuivre, ce qui fait que les ( ôneg menaçaient de rompre le barreau à une température élevée. On pourrait remédier à cet inconvénient, soit en se servant de pinces à ressort, soit en prenant des cônes de cuivre fendus qui pourraient s'adapter à l'ouverture. On pourrait alors chauffer plus fort; mais, même dans les limites de température de l'expérience, le nouveau couple donnait une force électro-motrice égale à dix fois celle d'un élément bismuth-antimoine entre 0° et 100". 10 de ces éléments, réunis (în pile, produisent tous les effets d'un couple de Daniell ayant une surface de i4*'*' de cuivre immergée.

La pyrite naturelle peut fondre sans se décomposer; mais la fusion lui fait subir une modification qui la fait descendre bien au-dessous du bismuth dans la série thermo-électrique; il faut donc se servir du minéral à l'état naturel. On peut, du reste, le travailler facilement pour lui donner la forme voulue.

La pyrolusite et le platine donnent un élément dont la force ('^leclro-moirice peut atteindre le dixième d'un daniell. En **nroii]ant des lils de platine autour des deux extrémités d'un t vlindte dr- pyrolusite de o"',oo6 de diamètre et o»", o5o de long, cl en cliaullaal une des extrémités à la lampe, tandis que l'autre

est maintenue dans Teau froide, on obtient un couple dont la force électro-motrice s'élève à ^ d'un daniell. Mais la résistance est très grande et environ dix-huit fois celle du même élément Daniel], de sorte que le courant produit est peu intense.

Marcus a essayé de réaliser une nouvelle pile thermoélectrique en partant des données suivantes [Sitzungsberichte der Akademie in Wien (i864-i865); Poggendorff's Annaien, t. CXXIV; Philosophical Magazine^ t. XXIX; les Mondes y t. VIII] :

Employer deux substances aussi éloignées que possible dans la série thermo-électrique, mais telles que leur point de fusion soit très élevé, de façon que, sans glace, on puisse réaliser aux deux soudures de grandes différences de température.

Employer des matériaux peu coûteux et leur donner une forme facile à construire. Enfin isoler les barreaux par une substance qui puisse supporter une haute température, tout en possédant une solidité et une élasticité suffisantes.

Il a réaUsé ces conditions de la manière suivante. Pour métal positif, il prend un mélange de :

Cuivre lo

Zinc 6

Nickel 6

En y ajoutant une partie de cobalt, on augmente encore la force électro-motrice.

Le métal négatif est l'alliage suivant :

Antimoine 12

Zinc 5

Bismuth i

Des fusions réitérées augmentent la force électro-motrice de cet alliage.

Marcus a encore employé comme métal positif de l'argentan, avec le nickel comme métal négatif, ou bien un alliage de 65 de

!à8o PILES TIIERMO-KLECTRIQUES.

cuivre et 3i de zinc, associé avec un alliage de ii d'antimoine et 5 de zinc comme corps négatif.

Avec les proportions indiquées plus haut pour la première combinaison, le métal positif fond vers 1200° et le métal négatif vers 600°. Comme, dans cet élément, c'est le métal positif qu'il importe le plus de chauffer, on peut ne faire arriver la chaleur au métal négatif que par conduction et atteindre ainsi sur le métal positif des températures de plus de 600*». Les barreaux ne sont du reste pas soudés les uns aux autres, mais simplement reliés par des vis.

La pile a été disposée pour être chauffée au gaz; pour cela, les barreaux n'ont pas tous les mêmes dimensions : les barreaux positifs ont o'",i89 de long, o°',oi6 de large et i™"*,i d'épaisseur; les barreaux négatifs ont o"',i62 de long, o^'jOiô de large et i3"'"»,5 d'épaisseur. 32 de ces éléments étaient vissés ensemble, de sorte que tous les barreaux positifs étaient inclinés d'un côté, tous les barreaux négatifs de l'autre, le tout ayant la forme d'une grille. La pile elle-même était formée de deux de ces grilles vissées ensemble en forme de toit et renforcées par une barre de fer.

On a employé le mica pour isoler la barre de fer des éléments ; de plus, les parties des éléments qui devaient plonger dans l'eau froide avaient été recouvertes de verre fusible. Tous les contacts inférieurs, qui devaient être refroidis, plongeaient simplement dans une même auge de terre pleine d'eau froide.

La pile entière avait o'", 6 j de long, o'", 162 de large eto"%i62 de haut.

La force électro-motrice d'un seul élément est le ^V d'un élément Daniell, et sa résistance est de o*'*"",oo4.

6 de ces éléments décomposaient l'eau acidulée; iiS dégageaient par minute 26" de gaz tonnant, et dans des circonstances très défavorables, car la résistance intérieure était beaucoup plus grande que celle du voltamètre.

Celle même [nie fondait un fil de platine de ^ millimètre de diamètre, et 3o éléments pouvaient faire porter ']5^^ à un électro-aimant.

La pile présente un exemple curieux de transformation de chaleur en électricité, par ce fait que Teau destinée à refroidir Tune des séries de soudures s'échauffait très lentement tant que le circuit était fermé, mais devenait très promptement chaude par simple conductibilité des barreaux dès qu*on ouvrait le circuit.

Marcus a construit en même temps un fourneau destiné à chauffer une pile de 768 éléments. Ils représentent la valeur de 3o éléments Bunsen (zinc et charbon) et consomment par jour 120^» de charbon.

En étudiant la pile de Marcus [Anzeiger der Wiener Akademie (i865); Poggendorff^s Annalen, t. CXXIV; PJnlosophical Magazine, t. XXX], Stefan a essayé certains minéraux qu'il avait sous la main, et de la manière suivante. Au bout d'une feuille de cuivre il mettait le corps à étudier, au-dessus l'extrémité d'un fil de cuivre, et le tout était fortement pressé. Ce fil et un autre partant de l'extrémité de la lame de cuivre étaient mis en relation avec un galvanomètre, et l'on chaufïait simplement le couple en mettant la lame de cuivre dans une lampe à esprîl-de-vin.

Pour faire un élément thermo-électrique avec deux minéraux, on met entre eux une lame de cuivre; sur les deux faces opposées et libres des minéraux, on place des fils de cuivre et on presse fortement le tout. La partie libre de la lame de cuivre centrale est alors placée dans la lampe à alcool et sert seulement de conducteur pour amener la chaleur au point de contact des minéraux.

Stefan a essayé ainsi i4 couples indiqués dans le Tableau suivant; les nombres placés à côté de chacun d'eux indiquent le nombre de leurs éléments nécessaire pour obtenir une force électro-motrice égale à i daniell.

Corps positifs (-h). Corps négatifs ( — ).