CHAPITRE III

Action* Mutuelle* die* aknant* et die* courant* électrique*.

Induction.

12. Action des courants sur les aimants. — Si on fait passer un courant électrique dans un conducteur placé dans le voisinage d'une aiguille aimantée mobile (fig. 8), on constate que cette

Fig. 8.

aiguille est déviée de sa position d'équilibre et que cette déviation persiste tant que le courant traverse le conducteur. La déviation est d'ailleurs d'autant plus grande que l'intensité du courant est plus forte.

Le sens de la déviation de l'aiguille dépend du sens du courant et de la position de l'aiguille par rapport au conducteur. La règle suivante, donnée par Ampère, permet de trouver rapidement dans tous les cas le sens de la déviation.

Supposons un individu couché sur le fil que traverse le courant, de manière que le courant entre par ses pieds et sorte par sa tête,

et regardant l'aiguille aimantée. Le pôle nord de l'aiguille sera dévié vers la gauche de cet individu.

Si au lieu d'un seul fil placé dans le voisinage de l'aiguille nous

considérons un fil faisant un ou plusieurs tours autour de l'aiguille

(fig. 9), et parcouru par un courant, nous voyons en appliquant la

règle d'Ampère que les actions déviatrices

des diverses portions de conducteur s'ajou-

I S v — N | t en t- ] a déviation totale de l'aiguille sera — donc augmentée, et sera d'autant plus éner-

gique que le nombre de tours du fil sera Fig 9 plus grand. L'aiguille aimantée nous four-

nit ainsi un moyen d'apprécier le sens et l'intensité d'un courant. Nous reviendrons plus tard sur ce fait, qui est précisément utilisé pour la mesure des courants.

On remarque que si l'action du courant est suffisamment énergique, l'aiguille aimantée tendra à se placer transversalement à la direction du courant, le pôle nord étant dévié aussi loin que possible du conducteur.

13. Actions des aimants sur les courants. — L'action exercée entre le courant et Faimant est réciproque, c'est-à-dire que si le fil traversé par le courant est mobile et l'aimant fixe, c'est le fil qui se déplacera et non l'aimant. Le sens du déplacement est toujours donné par la règle d'Ampère, qui permet de reconnaître si une portion quelconque du courant est repoussée ou attirée par un des pôles de l'aimant.

14. Aimantation par les courants. — Nous venons de voir que, sous Finfluence d'un courant suffisamment énergique, l'aiguille aimantée tend à se placer transversalement à la direction du conducteur. Un physicien français, Arago, reconnut qu'inversement si on place un barreau de fer doux ou d'acier non aimanté en croix avec un conducteur traversé par un courant, ce barreau est aimanté, le pôle nord étant placé à la gauche du courant, définie au moyen de la règle d'Ampère. Ampère eut l'idée d'augmenter cette aimantation en faisant faire au conducteur plusieurs tours autour du barreau. Dans ce but, il enroula un fil de cuivre en hélice, et plaça à l'intérieur de cette hélice un barreau d'acier non aimanté (fig. 10) ; il constata qu'en faisant passer un courant .dans le fil, le

barreau s'aimantait. Cette aimantation persistait d'ailleurs après que l'on avait cessé de faire passer le courant. En remplaçant le barreau d'acier par un barreau de fer doux, Ampère obtint également une aimantation , mais cette aimantation disparaissait dès qu'on supprimait le courant, ce qui coïncide bien avec ce que

nous avons déjà dit relativement à la propriété d'aimantation temporaire du fer doux.

15. Électro-aimants. — On a donné le nom d' électro-aimant* aux aimants temporaires ainsi obtenus à l'aide d'un courant électrique. On conçoit qu'en augmentant suffisamment le nombre de tours du fil et l'intensité du courant, on puisse arriver à une aimantation considérable. On a pu obtenir par ce moyen des aimants incomparablement plus puissants que tous les aimants naturels et que tous les aimants artificiels fabriqués jusqu'alors. Les fils qui entourent un électro-aimant doivent être bien entendu protégés par une enveloppe isolante, pour qu'il n'y ait pas contact entre les différentes spires. Le barreau de fer doux porte le nom de noyau (1 ) .

L'emploi d'un électro-aimant est particulièrement commode lorsqu'on veut produire à distance un certain mouvement mécanique. Supposons qu'en regard d'une des extrémités d'un noyau d'électroaimant on dispose un barreau de fer doux A (fig. 11 ) mobile autour d'une de ses extrémités, et maintenu appliqué par un ressort R contre un butoir B.

Si on vient à lancer un courant dans le fil, le pôle de l'électro-aimant développera dans le barreau un pôle de nom contraire, qui sera attiré, et, si la force d'aimantation est suffisante, le barreau sera attiré jusqu'à

venir au contact du noyau. Si maintenant l'on interrompt le passage du courant, l'aimantation du noyau disparait, et le barreau est ramené par la tension du ressort au contact du butoir. Le

(1) On constate expérimentalement qu'un noyau de fer d'une nature donnée et d'un volume donné est susceptible de prendre un certain degré d'aimantation déterminé, qu'il ne peut dépasser. L'aimantation, d'abord proportionnelle à l'intensité du courant excitateur, acquiert assez rapidement une valeur sensiblement constante, quelle que soit l'intensité du courant. Le fer doux est dit alors saturé.

barreau de fer doux ainsi disposé porte le nom à! armature de Télectro-aimant. En rétablissant et supprimant successivement le courant, on voit qu'on produit chaque fois un déplacement de l'armature dans un sens ou dans l'autre. Ce mouvement alternatif peut ensuite être transmis, s'il est besoin , à d'autres organes.

Pour augmenter l'action de l' électro-aimant, on recourbe en général le noyau en forme d'U (fig. 12) de telle sorte que les deux pôles soient placés en regard de l'armature et agissent concurremment sur elle. Dans la pratique, on emploie le plus souvent la forme

bLJh

Fig. 12. Fig. 13.

représentée par la figure 13 ; l'électro-aimant se compose alors de deux noyaux parallèles entourés de fil, réunis par une traverse en fer,

La force attractive des électro-aimants a été appliquée pour la construction de porte-forets dans lesquels le point d'appui nécessaire pour le serrage de l'outil est obtenu à l'aide d'électro-aimants, dont les noyaux reposent sur la tôle qu'il s'agit de percer, et qui constitue ici l'armature. La figure i\ représente un des modèles en usage à l'arsenal de Brest. La poulie A reçoit un mouvement de rotation à l'aide d'une corde et actionne le foret B. Le volant C sert à donner le serrage. Le porte-outil est muni de trois noyaux, ce qui assure le centrage du trou lorsque la tôle à percer présente une surface convexe. En supprimant le courant, on détruit l'adhérence qui existe entre la tôle et le porte-outil, et celui-ci peut être facilement déplacé.

16. Induction. — Nous avons vu dans l'expérience d'Ampère qu'un barreau de fer doux placé dans Taxe d'une hélice formée par un conducteur s'aimantait dès qu'un courant traversait ce con-

ducteur. Un physicien anglais, Faraday, fit l'expérience inverse, qui lui fournit l'occasion de découvertes importantes.

Faraday enroula en hélice un fil de cuivre recouvert d'une enveloppe isolante autour d'une bobine de bois creuse intérieurement (fig. 15). En enfonçant un barreau aimanté dans l'intérieur de la bobine, il reconnut qu'il se produisait dans le fil de cuivre un courant électrique, déviant une aiguille aimantée. Le courant était instantané et cessait dès que l'aimant était immobile. En enlevant brusquement l'aimant, on produisait un courant égale- t ment instantané, mais de * sens contraire. En mettant F i ge 15

un noyau de fer doux dans

la bobine, et approchant ou éloignant l'aimant de ce fer doux, Faraday observa les mêmes effets, mais plus intenses. Cela tient à ce

que le fer doux s'aimante sous l'influence du barreau aimanté, et que son action s'ajoute ainsi à celle de ce barreau.

En variant cette expérience, on reconnaît que toutes les fois qu'on modifie l'intensité d'un champ magnétique dans le voisinage d'un conducteur fermé sur lui-même, c'est-à-dire formant un circuit, ce conducteur est traversé par un courant, dont la durée est égale à la durée de la variation de l'intensité du champ magnétique. Nous verrons plus loin comment on peut déterminer le sens du courant produit.

Les mêmes phénomènes se reproduisent bien entendu si on laisse l'aimant fixe , et si on déplace dans son voisinage un conducteur formant un circuit fermé.

On a donné le nom de phénomènes à f induction aux phénomènes ainsi découverts par Faraday. L'aimant qui produit le courant est dit aimant inducteur. Le courant développé dans le conducteur est dit courant induit.

Les courants induits se superposent bien entendu à ceux qui pouvaient déjà exister dans le conducteur. Si un conducteur est traversé par un courant, et qu'on y développe un courant induit, l'effet de ce courant s'ajoutera à celui du courant primitif s'ils sont de même sens, ou s'en retranchera s'ils sont de sens contraire.

De même que les aimants agissant sur les courants ou les courants agissant sur les aimants donnent lieu à des phénomènes d'induction, des courants agissant sur d'autres courants donnent lieu à des phénomènes tout à fait analogues (1). On peut le vérifier en substituant au barreau aimanté de la fig. 15 une bobine recouverte de fil enroulé en hélice et parcouru par un courant. En approchant ou éloignant cette bobine de la bobine fixe, on reproduit les phénomènes obtenus avec l'aimant. Le courant initial qui détermine la production d'un courant dans le circuit voisin est dit courant inducteur. Le courant produit est dit courant induit.

Pour pouvoir englober dans une règle générale précise tous les

(1) Il résulte de là que si on considère un conducteur faisant partie d'un circuit fermé et parcouru par un courant, et que l'on Tienne à interrompre brusquement ce courant en coupant le circuit en un point, cette suppression donnera naissance à un courant induit qui cessera aussitôt. Ce courant induit est de sens contraire au courant primitif, et a reçu le nom d'extra-courant de rupture. De même, si l'on rétablit le courant primitif, il y a production d'un extra-courant de fermeture instantané.

phénomènes d'induction, il est nécessaire que nous revenions un peu sur l'étude du champ magnétique produit par un aimant.

Nous avons vu (fig. 6) qu'en projetant de la limaille de fer sur une feuille de papier recouvrant un barreau aimanté, on obtenait une figure formée de lignes assez régulières convergeant vers les deux pôles. En plaçant le barreau debout, on obtient sur la feuille de papier une figure formée de lignes

rayonnantes partant des pôles '■,%$%*■

(fig. 16). Ces diverses lignes tracées par la limaille de fer peuvent être |K considérées comme représentant la direction de la force magnétique aux divers points du champ pro- Vj^^

duit par la présence de l'aimant. '€^^m^^

On leur a donné le nom de lignes de force. On admet que la force magnétique peut être considérée comme produisant une sorte de Fig. ie.

courant magnétique allant du pôle

nord au pôle sud à l'extérieur de l'aimant. On dira donc qu'à l'extérieur de l'aimant les lignes de force vont du pôle nord au pôle sud. Ces lignes de force, invisibles tant qu'on ne les révèle pas en saupoudrant le champ de limaille de fer, existent en réalité toujours, et constituent le champ magnétique. On dit qu'un champ magnétique est plus ou moins intense, suivant que ses lignes de force sont plus ou moins nombreuses et serrées.

Si on recourbe un aimant de manière que ses pôles nord et sud soient en regard l'un de l'autre et à faible distance, le champ magnétiquesera à peu près totalement concentré dans l'espace qui sépare les deux pôles, et on aura des lignes de force sensiblement parallèles allant du pôle nord vers le pôle sud (fig. 17).

Si on perce un trou dans une Fig. n.

feuille de carton ou de papier et qu'on fasse passer dans ce trou un conducteur traversé par un courant, on observe que ce courant crée un champ magnétique bien caractérisé (fig. 18). En saupoudrant le papier de limaille de fer, on voit les grains de limaille se disposer en cercles concentriques suivant des lignes de force entourant complètement le fil.

Cela posé, la loi générale des phénomènes d'induction peut s'exprimer de la façon suivante :

Toutes les fois qu'on modifie le nombre des lignes de force interceptées par un conducteur faisant partie d'un circuit fermé, il y a production dans ce conducteur d'un courant induit.

L'intensité du courant induit est proportionnelle à la grandeur de la variation du nombre des lignes de force et à la vitesse avec laquelle s'effectue cette variation. Quant au sens de ce courant, on peut le déterminer au moyen de la règle suivante, analogue à celle d'Ampère.

Supposons un individu couché le long du conducteur, de manière que le sens du mouvement soit indiqué par son bras droit. Si la face de cet individu est tournée du côté du pôle sud, le courant induit entrera par ses pieds et sortira par sa tête. Si au contraire sa face est tournée vers le pôle nord, le courant entrera par sa tête et sortira par ses pieds.

Fig. 18.