Recherches expérimentales sur la capacité de polarisation voltaique

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Recherches expérimentales sur la capacité de polarisation voltaique

René Blondlot

To cite this version:

René Blondlot. Recherches expérimentales sur la capacité de polarisation voltaique. J. Phys. Theor.

Appl., 1881, 10 (1), pp.277-284. �10.1051/jphystap:0188100100027700�. �jpa-00237789�

277

RECHERCHES EXPÉRIMENTALES

SUR LA CAPACITÉ DE POLARISATION VOLTAIQUE;

PAR M. RENÉ BLONDLOT,

OBJET DU TRAVAIL. - H[STO-RIQIE.

L étude

expérimentale

^des

phénomènes

^de

polarisation voltaïque

a

porté jusqu’ici

presque exclusivement ^sur les

points

^{suivants :}

déterminer la force électromotrice

acquise

par le

système

^{de deux}

électrodes

ayant

^{servi à effectuer}

l’électrolyse

^d’un

composé

^chi-

mique ;

^étudier les variations de cette force élec tromotrice

lorsqu’on change

^{la nature des}

électrodes,

^{celle de}

l’électrolyte,

la densité du courant, la

température,

etc., ^{en un mot les} conditions dans les-

quelles

^{a eu lieu}

l’électrolyse.

A côté de ces

phénomènes, soigneusement

^{décrits dans les au-}

teurs, il existe une autre classe de faits

intéressants, jusqu’ici

peu

étudiés ;

^{c’est à ces} faits que ^se rattache

l’importante question

que

je

^{me suis efforcé} d’élucider et dont

je

^vais d’abord poser les

termes.

Lorsqu’un

voltamètre est mis en relation avec une

pile

^constante

dont la force électromotrice est très faible

(quelques

centièmes de

volt),

^{il ne se}

produit

^aucun

dégagement

^de gaz, ^et le courant

qui

a

pris

naissance lors de la fermeture du circuit s’affaiblit et dis-

paraît

sensiblement ^au bout d’un

temps

^{très court. Ce}

phénomène

est dû à la

polarisation

^des

électrodes ;

^{chacune d’elles}

acquiert,

par le fait du passage de

l’électricité,

^des

propriétés nouvelles,

^{en vertu}

desquelles

le voltamè tre est transformé en un véritable électromo-

teur

opposé

^{à la}

pile.

^{La force} électromotrice

rapidement

^crois-

sante du voltamètre atteint presque aussitôt celle de la

pile,

^{et à}

ce moment le courant est sensiblement arrêté.

Ainsi,

_pour

polariser

^un voltamètre de

façon

^{à donner une force}

électromotrice

déterminée,

^{il faut une certaine}

quantité

^{d’électri-}

cité, qui

^est rendue si l’on ferme le voltamètre ^sur lui-même par ^un circuit

métallique. L’objet du présent

^{travail est} de miesurer la

plus petite qiiaiztité

d’électnicité nécessaire pOlir

communiquer,

par

polarisation,

^{à une électrode}

une force

electrolllotrice

déterminée,

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:0188100100027700

et,

ultérieurement,

(le rechercher les leis

qui

lient les valeurs ^mec-

l1lé,.iqltes

^{de cette}

charge électrique

^{il celle de}

la force

électrolllo- trice

qu’elle

^a

produite.

J’exposerai

^d’abord

l’historique

^{de la}

question.

Le

point

^de

départ

des recherches

qui

^ont été tentées

jusqu’ici

sur le

sujet qui

^nous occupe ^est

l’analogie

^{entre une surface}

pola-

risée et un condensateur

électrique,

tel que le ^carreau de Franklin ou la bouteille de

Leyde.

^Au

point

^{de vue}

descriptif, l’analogie

^des

propriétés

^est évidente : pour

charger

^un condensateur de

façon

^à

établir une différence de

potentiel

déterminée entre ses armatures, il faut une certaine

quantité d’électricité,

dont l’introduction se tra-

duit par ^{un courant} de

charge ;

^{le retour à l’état neutre}

produit

^de

même un courant de

décharge, égal

^en

quantité

^au

premier.

^Les

particularités

^les

plus

mintitieuses de la

décharge

des condensa-

teurs se retrouvent dans celle d’un voltamètre

polarisé.

^{Je citerai}

Clerk Maxwell

(1 ) :

^«

Si, dit-il, après

que les électrodes ^{ont été} réunies

pendant

^un

temps

^suffisant pour

produire

^une

décharge

^en

apparence

complète,

^{de telle}

^façon

que le ^courant ait

disparu

^en-

tièrement,

^{on les}

sépare

pour ^un

-temps,

^et

qu’on

^{vienne à les réu-}

nir,

^{on obtient une seconde}

décharge

^{dans la même} direction que la

première ;

^{c’est ce}

qu’on appelle

^la

décharge nésiduclle,

^et c’est

un

phénolnène présenté

par la bouteille de

Leyde

aussi bien que par la

pile

secondaire. ^» On sait aussi que 31. Bernstein ^a pu ^con-

stater des oscillations

électriques

lors de la

décharge

d’un volta-

mètre,

absolument comme dans celle d’un condensateur.

Une

analogie

^de

propriétés

^si

complète

^{et si}

frappante

^se pour- sui t-elle ^au

point

^{de vue}

quantitatif?

On sait que, y pour ^un conden-

sateur

donné,

la lame isolante étant du reste constituée par de l’air

ou un

diélectrique quelconque,

la différence de

potentiel

^{des ar-}

matures est

proportionnelle

^{à la}

charge

^{de l’une}

d’elles,

^{de telle}

sorte

qu’on peut écrire,

^en

appelant q

^la

charge

de l’armature

posi- tive, e

^la différence de

potentiel

^{entre les} armatures et C une con- stante à

laquelle

^{on a donné le nulm de}

capacité,

Cette

proposition, prévue parla ^théorie,

y se vérifie entièrement par (’ ) ^{A Treatise Oll} electricity ^and magnetism, vol ^1.

279

l’expérience

^{dans le cas} d’un condensateur. Il était intéres-ant de savoir si la

capacité

d’une surface

polarisée

^{est constante.}

Le

premier

travail institué dans le but de résoudre ta

question

^{est du à )1.}

C.-F. Varley

^{et a été}

présenté

^{à la Société}

royale

de Londres ^en

1871,

par sir William Thomson

(1) . Voici

^la

méthode

employée

^par

31. i’arley.

^Un voltamètre est mis ^en rela- tion

pendant’ un

^certain

^temps

avec une source d’électricité

possé-

dant une force électromotrice _{connue ;} on le

décharge

^{aussitôt erl le}

fermant ^sur lui-même ^au moyen d’un circuit

métallique

coiiipre-

nant un

galvanomètre :

^la

quantité

d’électricité

quis’écoule

^{est me-}

surée par

l’impulsion

^de

l’aiguille,

^{et l’on a}

^ainsi,

^d’une

part

^{la force} électromotrice du

voltamètre, puisqu’elle

^fait

équilibre

^à celle de la sources, d’autre

part

^la

charge,

^inesurée par la déviation du

gal-

vanomètre. Le

rapport

^{de la}

charge

^{à la force} électromotrice donne la

capacité.

Cette méthode est une de celles que l’on

emploie

pour ^mesurer la

capacité

^des

condensateurs; seulenient,

^{ici, la}

charge,

^{au lieu}

d’être

instantanée,

^{a duré de dix à trente seconde.}

Les résultats des

expériences

de M.Varlev forment deux

Tableaux ;

d’après

^le

premier,

^{la force} électromotrice variant de

Od, 02

^à

Id,6,

^la

capacité

aurait varié de ^{i à}

3, 5; d’après

^le

^seconde

^{de i}

à

3, 10 ;

^ce n’est que

jusqu’à ^od,08 qu’elle pourrait

^{être com-}

sidérée comnle constante. Au

contraire,

^un condensateur ol-)ser%(-

parallèlement

^{a montré une exacte}

proportionnalité

^{entre la}

charge

et Ja force électromotrice.

NI.

Varley

^{termine ainsi son Mémoire : « Les} valeurs des Tableaux

ne sont

qu’approximativemcnt

vraies. Il y a dans ^ce genre

d’expé-

riences une difficulté

considérables, qui provien

^{t de ce} que la dé-

charge n’est pas sensiblement instantanée

^{etde ce}

quel’absorption

^est

très

grande.

^{» Cette}

phrase

résume très bien la difficulté de la dues- tion. On sait en effet

qu’une

^lalne

polarisée

^se

dépolarise

^d’elle-

même avec le

temps,

c’est-à-dire que la différence

électrique

^entre

le métal

et le liquide

environnant tend à

reprendre

^sa valeur normale.

Cette

dépolarisation spontanée

augmente ^la

charge apparente,

(1)Polarization of rnetallic surfaces in aqueous solutions, etc.. Ly CROMWELL FLIT-

WOOD V.%RLEY. Commuuicated by ^{sir W.} Thoiiisoii, ^F. IL S. Received uctober 1870,

read january 1871,

puisque

^celle-ci doit subvenir à la

déperdi tion

de force électromo- trice

pendant

^toute la durée de la

charge (dix

^{ou trente}

secondes).

Le courant de

décharge

^{se trouve de même}

modifié,

^{car un}

phéno-

mène tenant à la même cause que la

déperdition,

^{mais inverse de}

celle-ci,

fait que l’électrode ^ne restitue sa

charge

que

progressive-

ment.

La méthode de 01.

Varley

^est

^donc, d’après l’appréc’iation

^{de son}

auteur

lui-même,

entachée de causes

d’inexactitude,

^et les résultats obtenus ne doivent pas ^être

regardés

^comme définitifs. De

plus,

^la

capacité

^{mesurée est} celle du voltamètre dans ^son

ensemble,

^{et la}

part

^de chacune des électrodes _{n’a pu} être faite.

MM. Kohlrauscli et

Nippoldt

^ont

publié,

^en

1869

^et

1872 (1),

un travail dont

l’objet principal

^est l’étude de la résistance

galva- nique

^des

liduides ;

^la

question

^{de la}

capacité

^de

polarisation

y ^trouve

place incidemment,

^à l’occasion du

problème

suivant: Un vollmètre étant intercalé dans le circuil d’une machine

lnaglléto- électrique,

^{en même} temps

qu’un électrodynamomètre,

^{trouver les}

relations

qui

^{existent entre la déviation de ce dernier et les}

constantes des tnois

appareils.

Si l’on admet que la force électromotrice de

polarisation

^est pro-

portionnelle

^{à la}

quantité

d’électricité

qui

^a traversé le

voltamètre,

on pose facilement ^une

équation

différentielle dont

l’intégration

donne la relation cherchée. M. Kohlrausch ^a trouvé une concor-

dance suffisante entre les nombres du calcul et de

l’expérience

^tant

que la force électromotrice de

polarisation

^{a été} inférieure à

oa, 6 ;

^{il a}

donné,

^de

plus,

^{la mesure en unités} absolues de la ca-

pacité

^entre les limites

précédentes.

On voit que ^{ces résultais ont été obtenus à} l’aide d’une méthode, extrêmement

détournée,

^{en se servant de}

l’électrodynamomètre,

instruments

toujours

peu

sensible ;

^la

polarisation

du voltamètre

n’y

entre

qu’en ^hloc,

^sans que chacune desélectrodes ait _pu être traitée

en

particulier;

il n’a pas ^{été tenu}

compte

^{dans le}

calcul,

de la dissi-

pation spontanée

^{de la}

polarisation, laquelle peut

^{influer sur les}

phénomènes ; ^enfin,

la méthode ^en

question

^ne

permet

pas d’étu-

(1) ^F. KonLRAcscu und H. XIPPULD1, Pogg. And, ^{BJ. CXXXVIII,} p. 281; 1869. ^-

I’. KOHLRACSCH, Nachr. d. K. Gott. Gesellschaft, 5 sept. 1872, ^S. 453, ^et Pogg. Ann., Hù. CXLVIH, ^S. 113 (1873).

281

dier la

capacité correspondant

^à des forces électromotrices _pour

lesquelles

^{elle ne} serait pas constante. Nous remarquerons le dés- accord

qui

^{existe entre III.}

Varley

^et Kohlrausch : 31.

Varley

admet la constance de la

capacité jusqu’à ^{0 d , 08} seulement,

^et

M.Kohlrausch jusqu’à ^{Od, 6,}

c’est-à-dire entre des lilnites

près

de dix fois

plus éloignées.

Après

le travail de 1B1.

Kohlrausch,

^{nous trouvons dans les} J11l11ales de Wiedemann

(t)

^un 1Blén10ire de 1B1.

Herm-ig, publié

^en

décembre

1877

^{et intitulé Sur la}

signification

^{de la}

polarisation

relativement aux

propriétés électriques

^des

liquides.

^{Une erreur}

mathématique qui

^{se trouve au début même} du Mémoire enlève mallieureusement. à celui-ci son intérêt. M.

11er" ig prend

pour

point

^de

départ

^{la constance de la}

capacité

^de

polarisation

^{c; il}

pose ^une

équation

différentielle

qu’il peut intégrer, uniqueinent

dans la

supposition

que ^c est constant : or

l’expérience

^montre

que ^{c est} variable. M.

Herwig

^{se sert} néanmoins de

l’équation intégrée

pour déterminer les valeurs de c.

Il

^{a là une faute de}

logique qui

^nous

dispense

de pousser

plus

^loin

l’analyse

^{du travail}

de M.

Herwig.

Je renverrai d’ailleurs à un Mémoire de M.

Colley,

publié

^en

1879

^{dans les} Annales de Wiedemann et intitulé Sur la

polarisation

^{dans le.s}

électrolytes (2 ). Le j ugeJnent porté

par 31.

Colley,

^{sur le} Mémoire de M.

HerBB ig

^{se résume dans cette}

phrase,

^que

je

cite textuellement : ^« Il déterminait la

capacité

par la mesure d’une

grandeur indépendante

^{de la}

capacité (3).

^»

A la fin du Mémoire même que ^{nous venons} de

ci ter,

^M.

Colley

rend

compte

^{des mesures}

qu’il

^a effectuées

personnellement,

^rela-

tivement à la

capacité

^de

polarisation (4).

^Il

prend

pour

point

^de

départ :

^{i’ la}

supposition

que ^{le courant de}

charge peut

^{être con-} sidéré comme

instantané ;

^{2° une}

hypothèse

^{sur le décrois-}

sement continu du courant de convection

(il appelle ^ainsi,

^aBcc

MM. Helulboltz et

Herwing,

^{le courant dû à la}

dépolarisation

spon-

tanée),

^à savoir que le ^courant de convection diminue dans les

(1) H. HERWIG, Ueber die Bedeutung ^der Polarisation fur ^das electr. Verhalten der

Flussigkeiten (Wiedemann’s Annalen, 1877, ^{n° 12, S.} 566).

(2) ^R. COLLEY, Ueber die Polarisation in Electrolyten (Wiedemann’s Annalen, 1879,

Il’ 6, S. 205).

(3) ^Loco cituto, S. 206.

(4) ^Ibid.

premiers

^{moments en}

progression géométrique ;

^{3° la}

supposition implicite

que

la capacité

^est constante, c’est-à-dire

qu on

^{a en vue la}

capacité

^moyenne dans 1 intervalle de force électromotrice ^con- sidéré :

4"

^M.

Colley

admet enfin que le ^courant de convection n’exerce aucune influence sensible ^sur

l’électrodynamomètre (les

indicé Ions de

l’électrodynamomètre

^étant

proportionnelles

^aux

carrés des

intensités,

si celles-ci sont

très-petites,

^{leurs carrés}

seraient

négligeables).

^Le

problème

traité par M.

Colley

^{est le sui-}

vant : (tant donné un

Daniell,

^un voltamètre et un

galvanomètre (ou

^un

électrodynamomètre)

^{sur un même}

^circuit,

calculer la pre- mière

impulsion

^du

galvanomètre (ou

^de

l’électrodynamomètre) lorsqu’on

ferme le circuit. Les

hypothèses

^énoncées

plus

^{haut per-}

mettent d’écrire des

équations (1) qui

donnent les

premières impul-

sions des deux instruments en fonction : ^io de la

capacité

^incon-

nue c ; ^2° de la résistance inconnue ^r du

voltamètre.;

^{3° d’une}

quantité ^9o

^se

rapportant

^{au courant} de convection. A l’aide de la seconde de ^ses

hypothèses,

^1BJ.

Colley

détern1ine

approximative -

lnent

00

_par

quatre expériences

^{faites à}

part

^{avec le}

galvanomètre.

Chacune des

impulsions

^{initiales étant ensuite} déterminée par

1 expérience,

^{il reste deux}

équations qui permettent

d’éliminer 1)ans ^une autre série

d’expériences,

^M.

Colley

^{a rendn r}

négli- geable

^{et c très}

grand :

^{de cette}

façon

^{on a deux}

équations

^devant

donner

^{la méme valeur de c.}

Le

degré

de certitude des résultats

dépend

^de celui des suppo- sitions qui ^servent de base à la méthode. La seconde d’entre elles

est certainement inexacte :

diaprés

^son

énoncé,

^{le courant de con-}

vection

partirait

d’une valeur finie

pour i

^{= o}

(2)

^eu diminuerait ensui te

graduellement.

^{Or àl.}

Colley

^{dit lui-même}

(3) :

^{« Le}

courant de convection est

proportionnel

^à la difl’érence de po- tentiel... » Il suit de

là, quand

^{bien même la}

proportionnalité

^ne

serait pas

rigoureuse,

que ^{ce courant}

part

^{de zéro}

pour t

^{= 0 et}

croit ensuite à mesure due la

polarisation

^se

produit (4).

^{Par con-}

(1) Désignees dans le Memoire sous les n° 34 et 35.

(2) Voir la fig.ô, Pl.II, du Volume VII des Annales de Wiedemann.

,

’ Le’ d croissement qui ^{succède an vaut d’nn} temps ^très long provient ^d’un phé-

nomène consécutif à la polarisation.

283

séqtlents

la valeur de

ho,

^{calculée comme il a été}

rapporté,

^est

erronée. Je

passerai

^sur

l’hypothèse

^{de la constance de c,} parce que, bien que )1.

Colley

s’en soit servi dans ses

calculs,

^ses

équa-

tions

peuvent

^être établies d’une

façon

^{tout à fait}

indépendante

par la considération de

l’énergie.

Noues accorderons

également

^la

quatrième proposition,

^{comme une}

approximation.

On _{voit par} là due,

puisque

^d’une

part,

dans lobservahon de

l’électrodynamomètre,

^on

néglige systématiquement

la convection

et que d’autr e

part

la correction

apportée

^à la déviation du

galva-

nomètre est

fausse,

cela revient à ne tenir aucun

compte

^{de la} convection dans aucune des observations.

Or,

^une telle méthode

ne

peut

^conduire

qu’à

des résultats inexacts et à une valeur

beaucoup trop grande

^{de la}

capaci té,

attendu que, pour la force électromotrice de i

daniell,

la convection est énorme et que ^cette convection dure

pendant

^{tout le}

temps

de la demi-oscillation du

galvanomètre , temps

considérable relativement à celui de la

charge.

^{Les causes d’erreur sont ici les mêmes} que dans les

elpé-

riences de M.

Varley.

Récemment

(1879),

dans un travail

ayant pour

^{titre Sur}

l’emploi

(lit

téléphone

pour les ^mesures

électriques

^et

galvaniques (1)

1B1. V. Wietlisbach ^a été

an1ené,

^{comme M.}

Kohlrausch,

^{à l’oc-}

casion de ^{mesures sur} la résistance des

llClllldes,

^à étudier la

capacité

^de

polarisation.

Prenant pour

point

^de

départ

^{la constance}

de la

capacité,

^il fait le calcul relatif ^au

pont

de Wheatstone dans le cas ou le courant consiste ^en vibrations sinusoïdales et oit les différentes branches des conducteurs contiennent des forces élec- tromotrices

résultante

soit de la

présence

de résistances

liquides capables

^de

polariser

^les

électrodes,

^soit de celles de bobines s’in- duisant elles-mêmes par les variations du ^{courant. Le}

pont

^conticnt,

au lieu du

galvanomètre,

^un

téléphone qui

^doit être réduit ^au silence.

Dans ^{un cas}

spécial,

^{le calcul}

pernlet

de déduire de 1(if) la

capacité

^de

polarisation, supposée

constante ; l’auteur donne

une mesure effectuée de cette manière.

(1)Ueber Anwendung des Telephons au electrischen und galvan schen Messungen;

Inaugural-Dissertation. Zurich, iS-9. Ce travail a de analyse par moi dans le Jour- mal de P/Z.1sique, t.lX, p, 07-

On

peut appliquer

^à la méthode de M.

M’ietlisbach,

presque

identique

^aBec celle de M.

Kohlrausch,

^{les mêmes}

critiques qu’à celle-ci,

^{sauf ce}

qui

^a

^rapport

^à

l’électrode namomètre :

^on

peut

surtout lui

reprocher

^{d’être basée sur des}

hypothèses,

^{de ne tenir}

aucun

compte

^{de la}

déperdition,

d’être détournée et restreinte dans ses

applications.

Le Nlémoire de 31. Wietlisbach renferme d’ailleurs des

déneloppements

intéressants ^sur les idées émises par CÂI. Maxwell et M. Helmholtz relativement à la

polarisation.

(A suivre.)

ÉQUATIONS FONDAMENTALES DU MAGNÉTISME INDUIT, D’APRÈS MAXWELL;

PAR M. E. BOUTY

1. Considérons un très

petit

aimant. AB dont les deux

pôles

^A

et B contiennent des

quantités

^de

magnétisme égales

^{à n? et sont}

séparés

par ^une distance cc. Le

potentiel produit

par ^cet aimant en un

point

^{P dont} les distances à ses deux

pôles

^{sont 1 et r’ est}

Soit -

l’angle

de la droite

OP, qui joint

^{le milieu de l’aimant au}

point ^P,

^avec la direction BA de l’axe

magnétique;

^{on a à la li-}

mite

ou, ^en

désignant

par M le ^moment

magnétique

^ma,

(’) ^{Pour faciliter au} lecteur l’intellignece du Memoire original de M. Greenhill,

nous avons cru devoir le faire preceder de la démonstration des théorèines fonda-

mentaux du magnétisme ⁱ induit. Nous empruntons ^les démonstrations à Maxwell, dont lI. Grcenhill adopte les notations.