Potentiels électriques dans un liquide en mouvement

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Submitted on 1 Jan 1897

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Potentiels électriques dans un liquide en mouvement

G. Gouré de Villemontée

To cite this version:

G. Gouré de Villemontée. Potentiels électriques dans un liquide en mouvement. J. Phys. Theor.

Appl., 1897, 6 (1), pp.59-66. �10.1051/jphystap:01897006005901�. �jpa-00240130�

59 le corps transparent. Or, ,j’ai vérifié par l’expérience ( ~ ) que la ^rota- ton pouvait s’exprimer par la formule :

a étant la longueur ^d’onde lumineuse

^fonction

^dilen-

sions dont la forme

est inutile ici. Nous retrouvons le facteur l~l~’; et, ^de plus,

devons introduire la période ⁱ de la lumière.

On

donc :

A dmettons que C ^est

^constante absolue: la rotation étant

angle dont les dimensions sont nulles, l’homogénéité exige que fil ait _pour dimensions I,T-’ . C’est le résultat que j’ai déjà ^{trouvé par}

une

autre voie.

4° Conductibilité.

Le systéme d’unités ainsi déterminé conduit,

comme on

l’a _vu, pour les dimensions de la conductibilité ^à la for- mule 1B1-t L T. Or, dans la théorie électrolytique ^{des ions, la conduc-}

tihilité moléculaire

pour expression, ^à

^{facteur constant} près, ^la

somme U1 -p ~ des vitesses de chacun des ions pour

différence de potentiel égale ^à l’unité. Ses dimensions doivent donc être :

C’est la traduction immédiate de la définition précédente,

que

n’indique pas le système électromagnétique ordinaire. Il resterait à savoir quelle ^{est cette} vitesse dans le

des métaux. On est ainsi conduit

expressions

dimensions que j’ai ^données précédel11-

ment.

POTENTIELS ÉLECTRIQUES DANS UN LIQUIDE ^{EN MOUVEMENT} (2) ;

Par M. G. GOURÉ DE VILLEMONTÉE.

L’étude d’une discussion très longue ^{et très vive soutenue dans les}

Annales de Poggendorff ^{et de} Wiedelnann,

^le développement

de forces électromotrices par l’écoulement de liquides ^{à travers des}

(’- j JocBiN, ^Thèse.

(2) Extrait d’un mémoire plus ^étendu publié ^dans r1.’claiJ’aqe électJ’¡que,

année

1896, t. ~’I11, p. !~91-~’i9.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:01897006005901

60

tubes, l’incertitude de la part attribuable

contact de l’air

les corps dans la détermination des différences de potentiels

^contact,

m’ont amené à chercher si l’écoulement du

des solutions salines à travers

tube effilé peut développer

force électro n1o- trice appréciable ^{entre deux} points ^du liquide (1).

A. Expériences

L’écoulement était produit ^à

travers

tube _{de verre,} vertical

horizontal, ^{effilé à l’une de}

extrémités, ^{relié à l’autre à}

réservoir d’où le

pouvait ^être

chassé par de l’air comprimé. Les flacons et les tubes, lavés, ^séchés

avec

des soins particuliers ^{et isolés, ont été} remplis ^de

puri- fié et séché. Des fils de platine reliaient différents points de la colonne de

pôles d,un électromètre capillaire permettant d’ap- précier

différence de potentiel ^{de 0B000i5.}

L’isolement de l’appareil, préservé de l’influence extérieure par des écrans

sol, était vérifié avant chaque expérience.

I.

Les électrodes, ^{montées toutes} deux dans le tube, ^{étaient sé-} parées ^par

colonne de

1° De même diamètre dans toute

étendue (3 millimètres et 1 mm , 3) ;

2() De diamètre variable obtenu

étirant le tube à la lampe.

-

La distance entre les électrodes

varié entre 4~ centimètres et 520 centimètres.

Les vitesses moyennes par minute ^{ont été} comprises ^entre ~36~°s~,~

et ~3°’~,43.

II.

L’une des électrodes

été montée dans le tube, ^{l’autre dans}

la partie continue du filet libre.

Dans tous les

la clifftirence ^de potentiel a été trouvée nulle.

B. Expérience

des solutions salines.

L’appareil ^{est formé d’un}

tube de 8 millimètres de diamètre et de 3 mètres de longueur, ^{effilé à}

l’une de

extrémités et fixé à l’autre à la tubulure d’nn flacon

vant de réservoir

liquide. Un robinet de

permet ^d’établir

d’interrompre l’écoulement. Le réservoir est

communication

avec une

pompe de compression ^et

^{manomètre à air libre.}

L’appareil ^{est isolé}

des cales de paraffine, les tubes de

qui relient le flacon à la pompe ^et

manomètre, les raccords et les mastics sont enduits de paraffine, ^{de manière à}

l’isolement.

Deux dispositions ^{ont été} adoptées ; ^dans l’une, l’appareil ^horizon-

(1) Comptes Rendus de l’Ac. des Sciences, ^t. CXIX, p. 1201 ; ^1894.

61 tal est placé ^à l’intérieur d’une longue

^zinc remplie ^d’eau

pour maintenir la température constante, ^et protégée par ^{des écrans} reliés

sol ; ^{dans la} seconde, l’appareil ^est vertical, ^{à l’air} libre, ^le

réservoir est

flacon de Mariette, l’écoulement du liquide

^lieu

sous

pression ^constante.

Les liquides employés ^{ont été} des solutions de sulfate de cuivre, ^de zinc, ^de nickel, ^{contenant 10} grammes de sel pur par litre d’eau dis- tillée. I,es flacons et les tubes ont été lavés successivement

potasse, ^acide sulfurique, ^eau, alcool, ^{et sécllés avant le} _montage.

La comparaison ^des potentiels

différents points ^du liquide ^est

faite

des électrodes du métal entrant dans la composition ^{du sel}

étudié, ^{reliées à}

électromètre capillaire permettant d’apprécier

une

différence de 0V,0001~.

L’identité des électrodes

moment de l’immersion et l’égalité ^des

altérations par

séjour plus

^moins prolongé ^{dans le} liquide,

était obtenue

recouvrant d’un dépôt électrolytique (1) des fils ^de pla-

tine très fins, ^{soudés à} l’extrémité de tubes de

et montés à l’intérieur du tuhe d’écoulement.

Le réservoir et les tubes remplis ^de liquide

repos,

vérifie l’isolement de l’appareil, l’absence de charge, l’identité des électrodes.

La comparaison ^des potentiels ^{est ensuite faite}

maintenant l’écou- lement du liquide

pression constante, dans trois séries d’expé-

riences :

Sél’Íe I.

Les points ^sont pris dans le tube d’écoulement

des solutions de sulfate de cuivre, ^de zinc, de nickel,.

Il Les électrodes sont immergées simultanément et comparées :

a.

Immédiatement après l’immersion des électrodes ;

b. Quelques ^{heures et} quelques jours après l’immersion, ^{les élec-}

trodes restant plongées ^{dans le} liquide pendant l’intervalle des expé-

riences.

2° Les électrodes sont immergées ^{à des} époques différentes.

Dans l’appareil horizontal, les distances entre les électrodes ont varié de 127 centimètres à 80 centimètres;

La vitesse d’écoulement

été : 33mm,3 par seconde.

Dan s l’appareil vertical- les distances entre les électrodes ont varié de 195 centimètres à 40 centimètres ; les vitesses d’écoulement, ^de J23rnm,3 ^à 155~,3 par seconde.

(1) J01Jynal de Physique, ^3e série, ^t. 11, p. 213; ^1893.

62

Sérine II.

Un point ^est pris ^dans

région

repos ^et

point

dans

région

mouvement,

solution de sulfate de cuivre.

L’une des électrodes est montée

le tube d’écoulement,

dans le

précédent, ^{l’autre est} placée ^dans

^tube plus large

formé à la base, rempli de solution et communiquant ^{à la} partie supérieure, par

orifice très étroit,

la solution du réservoir.

Lie liquide qui ^entoure la dernière électrode est immobile.

Série III.

Un point ^est pris dans la colonne liquide, ^{à l’inté-}

rieur du tube de

et

point dans le filet libre sorti du tube

avec une

solution de sulfate de cuivre.

Les expériences ^{ont été faites}

l’appareil horizontal entouré d’air et isolé ; ^la pression ^du liquide ^{dans le} réservoir, ^maintenue

constante pendant chaque expérience,

^été comprise dans la série des déterminations entre ~0 centimètres d’eau et 3 atmosphères. ^Le liquide ^{formait, à} la sortie du tube,

jet ^devant

^{écran noir. La} longueur ^{de la} partie ^continue pouvait ^être facilement détermi- née.

Les vitesses moyennes par seconde ^{ont été} comprises,

pre- n1ier orifice, ^entre les limites correspondantes suivantes :

496-- dans le tube, ^4OOm- dans le filet libre,

et 15~6’~’~ dans le tube, ~l8mm,6~ dans le filet libre.

Avec

second orifice entre :

5mm,16 dans le tube, 220,nln,4 dans le filet libre,

et 31--,4 ^dans’le tube,

^1250-- dans le filet libre.

Un large ^étui

^cuivre préserve ^le liquide des effets d’influence.- Des ouvertures permettent ^de placer les électrodes dans la partie

continue du filet libre. La distance de l’orifice à l’électrode fixée

le tube était 40 centimètres.

Les distances du méme orifice

électrodes du filet ont été

prises ^{entre :}

0 millimètre et 100 millimètres

le premier ^{orifice ;}

-0 millimètre et ‘?0 millimètres

le second.

Le défaut d’identité qui aurait pu résulter-d’une différence de séjour-

des électrodes dans le liquide était évité

mouillant les électrodes simultanément et

les maintenant plongées dans le sulfate de cuivre-

pendant les intervalles des expériences.

Les expériences appartiennent ^à deux groupes :

63 1° L’électrode du filet est

fil de platine ^très fin, cuivré, ^tendu

sur un

cadre de cuivre

d’ébonite,

^{libre à l’une de}

^extré-

mités. Le fil placé ^{dans la} partie continue du filet, ^à différentes dis- tances de l’orifice, intercepte

^{fraction très} petite ^de la section du

filet;

2° L’électrode placée dans le filet est

lame

disque ^cuivré

d’étendue

petite pour que ^la surface soit cônstamment

verte par le liquide après l’écrasement de la veine liquide ; ^l’étendue

mouillée pendant l’expérience ^est invariable.

Les résultats ont été les çsuivants :

Séries I et Il.

Il Les différences ^de potentiel ^{ont été} trouvées ^les

mêmes dans les expériences faites

les solutions de sulfate ^{de cuivre}

et de sulfate ^de zinc, ^le liquide était immobile et lorsque ^le liquide ^était

mouveraent, ^{la des} périodes de repos ^et de

vement variant de trer2te secondes à six minutes.

Ces différences sont nulles, lorsque ^les dépôts électrolytiques ^sont préparés vingt-quatre heures environ avant l’immersion et lorsque

la durée d’immersion

dépasse pas trois jours. La différence de

potentiel ^est comprise ^entre OV,00045 ^et OV,00075, lorsque ^{la durée}

d’immersion est plus longue.

2° Les altérations chimiques, le passage de bulles d’air ^entraî- nées, par suite d’un abaissement de niveau dans les flacons ^réser-

voirs,

d’une fissure dans les mastics qui retiennent les électrodes,

produisent ^entre les électrodes des différences de potentiel ^relative-

ment très grandes ^et toujours ^variables

l’état de repos

de mouvement du liquide.

3° Des modifications très promptes ^{des sels}

des électrodes de nickel n’ont pas permis ^d’obtenir

la solution de sulfate de nickel des résultats concordants pendant ^des périodes alternatives de repos

ou

de mouvement supérieures ^à trois secondes.

Dans la série Il, le réservoir était relié

tube d’écoulement par

un

tube de caoutchouc de 52 centimètres, les résultats indiqués ^sont indépendants ^{de la} substance dont sont formés les tubes intermé- diaires.

III.

La différence ^de potentiel ^entre l’électrode du tube et

,

l’électrode du filet ^est nulle, quelles que soient les vitesses du liquide ^et

la distance de l’électrode du filet ^{libre cc} dans les limites oi Z’on

opéré .

Les conclusions relatives

problème posé ^{sont :}

64

Le mouvenîent d’un liquide conducteur à travers des tubes de

larges, isolés, le passage du liquide ^{à tr’a1;ers} une pointe effilée

pro- ctuisPnt

différence ^de potentiel appréciable ^{entre deux} points ^du

dans les limites oit j’ai opéré.

Aucune corréction n’est à faire

nombres obtenus dans les déter- minations faites par la méthode d’écoulement.

Les résultats négatifs des recherches précédentes n’impliquent

pas la négation ^{de la} production de force électromotrice entre deux

points ^d’un liquide

^{mouvement dans tous les}

^Le problème

soulevé à la suite d’une observation de M. Zollner, ^{le ~?U} octobre 1871, dans les Comptes Rendus de l’Académie Royale des Sciences de et d’une critique ^très judicieuse de Nl. Boetz (C. R. de l’.Académie

Royole des Sciences de Bavière, ^{le 4 mai} 1872, ^{et Ann. de}

t. XCLVI,

1872, p. 486), ^est le suivant :

1° Lorsqu’un liquide ^{s’écoule à travers}

^tube, existe-t-il entre les extrémités d’un fil plongé

^deux points de la colonne liquide

force électromotrice assimilable à la force électromotrice observée entre les pôles ^d’un élément de pile ?

2° Quelle relation existe-t-il entre la grandeur d’une telle force électromotrice et les constantes du phénomène : ^{nature de la} paroi,

dimension des tubes, ^{nature du} liquide, vitesse d’écoulement?

3° Quelle ^est l’origine de la force électromotrice ?

MM. Haga (2), ^Clark (3), ^Dorn (4), Edlund(5), Elster (s j,

cherchèrent successivement à résoudre la question.

Un liquide ^{est lancé}

pression ^{à travers}

^{tube, deux élec-}

trodes relient les extrémités à

galvanomètre

^à

^électro-

mètre et mesurent les intensités des courants

les différences de

potentiel

^bornes.

Les liquides employés ^{ont été le} plus ^{souvent de l’eau} (eau ^de conduite,

distillée), ^dans quelques expériences ^des mélanges

(i) Po,qg. Ann., ^t. XCLVIII, 1813, p. 6!~0-650 ; Pogg. Ann., ^t. CLVIII, 1876,

p. 497-539.

(2) ^Wied. Ann., ^t. II, 1877, p. 326-333; ^Wied. Ann., ^t. V, 1878, p. 287-289.

(3) ^{vried. t.} II, 1877, p. 335-347.

(4) Po,qg. Ann., ^t. XCLX, 1817, p. ~6-75 ; ^ivied. Ann., ^t. ~V, ’1878, p. 20-!~~ ; Wiecl. Ann., ^t. IX, 1880, p. 513-552; ^Wied. Ann., ^t. X, 1880, p. 46-!~’~.

(~) ^Wied. Ann.,

1, ’187’ï ; ^{Wied .} t. III,

1878, p. 489-494;

t. VIII, 1879, p. 119-137; ^Ann. W ied., ^t. IX, 1880, p. 95-107.

(6) Wied. Ann., ^t. 1879, p. 553.

65 d’eau et d’alcool, dans trois expériences seulement de 31. Dorn (1 )

des solutions ^très étendues de sulfate de cuivre.

Les tubes à travers lesquels ^le liquide ^{s’écoule sont}

^enduits

intérieurement de gomme laque, ^de paraffine, ^de soufre, de collodion et, ^dans quelques expériences ^{de M.} Clark, ^{d’u ne} mince couche

d’argent. Sauf les trois expériences signalées ^{de M. Dorn}

solution de sulfate de cuivre, ^les expériences ^{ont été faites}

^des liquides ^de grande résistance traversant des tubes de substances isolantes.

J’ai discuté, ^{dans le} journal l’Éclairage électrique, la définition des

liquides ^{et des tubes} employés, ^{les méthodes} d’expérience, ^la préci-

si-on des mesures ; je

^{bornerai à énoncer} les conclusions générales

de l’ensemble de recherches très nombreuses et faites

soin

extrême.

I.

L’écoulement de l’eau à travers des tubes de substance isolante

produit

force électromotrice entre deux points ^du liquide.

II. -- Lorsque ^{l’eau traverse} des tubes de

préalablement

lavés

de la potasse ^et des acides pour enlever toute trace de matières étrangères, ^deux

^{sont à} distinguer :

1° Lorsque ^{les tubes} satisfont cc la loi a’e Poiseuille, ^la force

électromotrice correspondant ^cc l’écoulement de l’eau distillée

la même pression, ^est indépendante ^{de la} longueur ^et de la section du

2° Lorsque ^{les tubes}

satisfont pas à la loi de Poiseuille,

loi générale

peut être énoncée.

Les expériences ^faites autorisent seulement l’énoncé suivants Avec des vitesses égales ^{de l’eau, de 8 mètres} par seconde, ^l’inten-

sité est à peu près proportionnelle

^{diamètre, et,} par suite, ^{la force}

électromotrice

inversement proportionnelle

diamètre des tubes

(les diamètres étaient compris ^entre Olllm,2321 ^et ~m1n,113t)). ^L’énoncé

est

loi empirique ^exacte seulement pour les diamètres ^et .les

vitesses indiqués, ^et

fait n’en autorise la généralisation.

III.

Il Le simple ^mouvement de l’eau n’est pas la

de la force électromotrice qui ^{existe l’eau} s’écoule ci travers les tubes;

2° La paroi ^est nécessaire

développement ^des forces ^électr’o- motrices;

(1) ^{Ann. de} Pogg., ^t. CLX, 1877, p. 68-69.’

66

3° L’origine ^des forces éiectrolnotrices est

contact du liqui de ^et

de la paroi ^{oÙ le} développenîent ^est produ it par

mécanis-,ne que

l’ex pé-rieJlce

révèle pas.

Le résultat des recherches expérimentales permet ^de répondre

aux

deux premières questions, la troisième n’est pas complètement

résolue; l’origine des forces électromotrices n’est pas rattachée

autres phénomènes électriques. L’invention d’un mécanism e hypo- thétique équivalent

mécanisme réel

été l’objet des théories.

La première ^théorie présentée par M. Edlund (~ ), ^basée

^des

thèses que l’expérience n’a pas justifiées, ^{n’a pas}

^de partisans. ^La seconde, émise par Helmholtz (2 ), reprise

modifications par M. Lainb (3), établie seulement dans le

de liquides résistants

lant à travers des tubes isolants qui ^{satisfont à la loi de} Poiseuille,

rend compte ^{de la} production ^{des forces} électromotrices, ^{de la direc-} tion des courants, de la loi des longueurs ^et de la loi des sections,

mais laisse

interprétation quelques ^faits particuliers cités par M. Dorn ( ~).

La même théorie permet ^de prévoir ^le phénomène réciproque :

,

entraînement du liquide par

différence de potentiel ^{établie entre}

les extrémités du tube, phénomène vérifié par M.

Les difficultés d’analyse jointes ^{à la} complication des lois d’écou- lement des liquides ^{à travers des tubes} larges

permettent pas le

développement de la théorie dans le

de tubes qui

satisfont pas à la loi de Poiseuille.

Les incertitudes que laissent subsister les expériences ^anciennes

et la théorie autorisent les doutes émis et justifient ^{les recherches} entreprises

^{début de} cette note.

(1) ^{Ann. de} Pogg. ^{et de loc. cit.}

(2) ^Wied. Ann., ^t. VII, 1819, p. 337-382.

(3) Philosoph. ^5e série, t. XXV, 1888, p. 52 de Phys.,

^série

t. VII, p. 258).

(4) Ann., ^{loc. cit.}

(~’) Ann., ^t. XLVH, 1892, p. 46.

’