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Fig. 8. — Solénoïde théorique. Fig. 9. — Position des pôles d'un solénoïde.

Un barreau d'acier, non aimanté, introduit dans l'hélice d'un solénoïde pendant le passage d'un courant,s'aimante et conserve son aimantation après l'interruption du courant. Si on remplace le barreau d'acier par un barreau de fer doux, ce barreau s'aimante ; mais l'aimantation disparaît dès que le courant est interrompu.

Électro-aimants. — On appelle éleciro-nUnant un barreau de fer doux sur lequel est enroulé un fil métallique recouvert d'une substance isolante. Le passage d'un courant à travers ce fil aimante le barreau et y détermine deux pôles de noms contraires. Pour distinguer les pôles d'un électro-aimant, il suffit de connaître la direction du courant, le pôle Sud est celui par rapport auquel le courant circule dans le sens des aiguilles d'une montre.

Le fantôme magnétique d'un électro-aimant (Fig. 10) a très approximativement l'aspect d'un fantôme d'aimant ordinaire;

ÉCLAIRAGE A L'ÉLECTHICITÉ.

seules, les lignes de force avoisinant la région neutre sont plus confuses et plus denses. Pour faire agir les deux pôles d'un électroaimant sur une armature unique, on courbe le barreau de manière à lui donner la forme d'un fer à cheval, ou mieux on dispose sur une traverse en fer doux deux barreaux parallèles qu'on garnit de fil isolé, sans solution de continuité et sans changement de sens d'un barreau à l'autre. L'électro-aimant se présente alors sous la forme indiquée (Fig. 11) qui est la plus employée dans les appareils de mesures et de laboratoire, et même dans la con -

struction des machines dynamos industrielles.

Magnétisme rémanent. — Un électroaimant ne doit ses propriétés d'attraction et de répulsion qu'au courant électrique qui circule dans le fil. Si ce courant vient à être interrompu, le fer central perd ses propriétés et abandonne immédiatement la charge qu'il pouvait porter. Cependant il conserve encore une très faible quantité de magnétisme qu'on désigne sous le nom de magnétisme rémanent ou de magnétisme résiduel et qui dépend uniquement de la pureté du métal. Le fer chimiquement pur conserve si peu de magnétisme qu'il est souvent difficile d'en constater l'existence.

Fig. 10. — Fantôme magnétique d'un électro-aimant.

Métaux magnétiques. — Le fer n'est pas le seul métal magnétique connu. L'acier, la fonte, le nickel et le cobalt peuvent également s'aimanter sous l'action d'un courant.

Des barreaux, identiques comme forme et dimensions, placés dans un même champ magnétique prennent des aimantations proportionnelles aux nombres suivants, lorsque le champ considéré est peu intense :

Fer 32,8 Acier dur 17,4

Fonte 23 Nickel 15,3

Acierdoux 21,6 Cobalt 32,8.

Ces nombres appelés coefficients d'aimantation varient avec la texture et le degré de pureté des métaux employés.

Dans la construction des machines électriques on emploie exclusivement du fer ou de la fonte, et quelquefois ces deux substances simultanément.

§ II. — Induction,

Résumé historique. — CErstedt, physicien danois, remarqua, en 1819, qu'une aiguille aimantée était déviée de sa direction lorsqu'elle était placée près d'un circuit électrique fermé. Le 11 septembre 1820, de la Rive répéta l'expérience d'CErstedt à Paris, devant l'Académie des Sciences ; sept jours après, le 18 septembre. Ampère constata l'ac- „,,... tion mutuelle de deux courants et deux branches.

celle des aimants sur les courants;

le 25 septembre, Arago trouva qu'un courant électrique pouvait donner la propriété magnétique à une barre de fer ou d'acier. Jamais les découvertes sur un même sujet ne surgirent plus rapidement, ne furent plus vite expliquées théoriquement, et ne donnèrent lieu à de plus grandes applications.

C'est un physicien anglais. Faraday, qui, en 1830, eut l'honneur de compléter les travaux d'QErstedt, d'Ampère et d'Arago, en démontrant qu'un aimant pouvait donner naissance à un courant électrique.

Courants d'induction. — Faraday prouva par de nombreuses expériences que, si l'on introduit un barreau aimanté dans une bobine de fil métallique isolé, on y détermine un courant électrique. Il constata également que, lorsqu'un circuit est parcouru par un courant électrique d'un certain sens et qu'on en appproche un autre circuit métallique non traversé par un courant, pendant

tout le temps que dure le mouvement de rapprochement, il naît un courant électrique, de sens inverse du premier, dans le second conducteur. Les courants développés par l'influence d'un aimant ou d'un courant initial se nomment courants d'induction ou courants induits. L'aimant ou le courant initial se nomme inducteur. La figure 12 représente la disposition adoptée par Faraday pour réaliser son expérience au moyen d'un aimant. Il se servait d'une bobine creuse à un seul fil de 200 à 300 mètres de longueur,

Fig. 12. — Eipérience de Faraday avec un barreau aimanlé.

fixée sur une planchette. Les deux extrémités du fil de la bobine aboutissaient à un appareil galvanométrique indiquant la présence et l'intensité du courant. En introduisant brusquement un aimant dans la bobine, l'illustre physicien observa les phénomènes suivants :

lo Au moment où le barreau pénètre dans la bobine, le galvanomètre indique l'existence d'un courant d'un certain sens ;

2« Lorsqu'on s'arrête, l'aiguille du galvanomètre revient à zéro ;

3o Au moment où l'on retire le barreau, le galvanomètre indique un nouveau courant inverse du premier.

La figure 13 représente Texpérience avec deux bobines : l'une, celle qui remplace le barreau aimanté, est traversée par le

courant d'une petite pile ; l'autre reçoit le fil à induire. Si l'on plonge la bobine supérieure dans l'autre, on constate qu'il se produit instantanément dans la bobine inférieure un courant de sens inverse du premier. Ce courant cesse pendant tout le temps que la petite bobine reste immobile dans la grande. Si l'on retire rapidement la petite bobine, il naît dans la grande un courant de même sens que le courant inducteur ^

Force électromotrice d'induction. — La force électromotrice

Fig. 13. — Expérience de Faraday avec un électro-aimant.

d'induction développée dans un conducteur est proportionnelle au nombre de lignes de force magnétiques que coupe ce conducteur par unité de temps. Cette force électromotrice prend naissance dans toutes les parties du conducteur coupant les lignes de force; elle est d'autant plus grande que les lignes coupées sont plus nombreuses, que la longueur du conducteur tra-

1. « Avant les expériences de Faraday, on ne connaissait pas Vinduetion. des courants. Le principal phénomène d*induction que Ton avait observé, et dont on n'avait pas donné d*exp1ication satisfaisante, était celui du disque tournant d*Arago. Dans cette expérience, un disque de cuivre tournait rapidement dans un' plan horizontal, au-dessus d*une aiguille aimantée ; Taiguille le suivait dans sa rotation. Cette expérience fut ensuite répétée par Sir John Hcrschel et Babbage avec des disques de différentes substances. Ils remarquèrent que les phénomènes découverts par Arago ne se reproduisaient qu'avec des disques bons conducteu/s. » {Life of James Clerk Maxwell, by Campbell and W. Gametl). Nous empruntons cette citation à un ouvrage anglais pour bien montrer que les travaux antérieurs d'Arago sont connus et appréciés, m^mo parmi les compatriotes de Faraday.

versant le champ est plus grande, et que le mouvement de ce conducteur est plus rapide.

Loi de Lenz. — Quand on déplace un circuit dam un cJiamp magnéliquey le courant induit développé tend à s'opposer au mouve-ment.

Cette loi est la confirmation du principe de la conservation de l'énergie. A un courant induit correspond, en effet, un véritable travail électrique susceptible d'être converti en chaleur ou en travail mécanique; il faut donc nécessairement, pour produire ce courant, dépenser une quantité d'énergie équivalente. Le courant induit tend à s'opposer au mouvement, exactement pour la même cause que l'eau élevée au moyen d'une pompe tend à s'opposer au mouvement de cette pompe. Si le conducteur n'éprouvait aucune résistance à se mouvoir dans le champ magnétique, c'est qu'il irait parallèlement aux lignes de force sans les couper ou en en coupant le même nombre; il n'y aurait alors aucun courant induit; mais, dès que le plus petit courant est constaté, on peut être absolument certain qu'il y a une dépense de travail mécanique pour lui donner naissance.

L'examen des fantômes magnétiques permet aux personnes peu habituées aux abstractions scientifiques de se faire une idée assez complète de la génération des courants induits. Les lignes de force, bien qu'invisibles, forment autour des pôles un véritable flux influençant les corps environnants, et empêchant ces corps de les pénétrer librement. Lorsqu'un conducteur est amené dans un champ magnétique, il est lui-même entouré d'un tourbillon de lignes de force, provenant du courant dont il devient le siège; de sorte que les deux systèmes de lignes de force ne peuvent se pénétrer mutuellement que sous un effort assez notable. Cet effort, si peu durable qu'il soit, occasionne une dépense de travail mécanique ; et, comme on recueille de l'énergie électrique, on comprend aisément qu'une transformation d'énergie vient d'avoir lieu.

Loi de Maxwell. — Maxwell a démontré que la force électromotrice d'induction qui agit dans un circuit à un moment quelcon-

que est égale^ en grandeur et en signe, à la vitesse de dicroissement du nombre des lignes de force qui traversent le circuit à cet instant.

Le courant induit dans un circuit est tel qu'il s'oppose à chaque instant à la variation du nombre des lignes de force.

11 faut bien se pénétrer de la nécessité de ces variations dans l'induction : si le conducteur et le champ magnétique considérés ne sont dans aucun mouvement relatif, si aucune cause étrangère ne modifie le nombre des lignes de force coupées, si le conducteur se meut parallèlement aux lignes de force sans les couper, si, enfin, le conducteur coupe toujours un nombre égal de lignes de force pendant le même temps et dans un champ magnétique uniforme, il n'y a aucun courant induit, aucune force électromotrice engendrée dans le conducteur.

Pour quil y ait induction de courant dans un conducteur^ il fauty de toute nécessité^ quUl existe une modification dans le nombre des lignes de force interceptées par ce conducteur.

Lorsque le nombre des lignes de force traversées par un circuit diminue, il se produit, dans ce circuit, une force électromotrice positive, dans la direction d'une vis filetée à droite avançant le long des lignes de force ; si le nombre des lignes traversées augmente, la force électromotrice est négative, et sa direction est celle de la même vis tournant à gauche.

Le sens du courant change avec le signe de la variation, c'est-à-dire lorsque le nombre des lignes de force coupées passe par un maximum.

Méthode pratique pour déterminer le sens d'un courant induit dans un conducteur rectiligne. — On suppose un homme étendu le long du conducteur et placé de manière à ce que le sens du mouvement soit indiqué par son bras droit. Si la face de l'homme est tournée du côté du pôle sud, ses regards seront du même sens que les lignes de force, et le courant entrera par ses pieds pour sortir par sa tête. Dans le cas contraire, si sa face regarde le pôle nord, ses regards seront dans le sens inverse des lignes de force ; le courant entrera par sa tête et sortira par ses pieds. Cette méthode, très facile à suivre quand on connaît les pôles de l'inducteur, est basée sur la règle d'Ampère relative aux solénoïdes ; elle

52 ÉCLAIUAGE A LÈLECTRICITÉ.

sera mise à contribution lorsque nous voudrons établir la théorie des divers générateurs mécaniques d'électricité.

Induction mutuelle des courants. — Les phénomènes d'induction ne sont pas limités au cas d'un conducteur en mouvement dans un champ magnétique; ils ont également lieu sous l'influence mutuelle de circuits voisins les uns des autres. Nous avons dit qu'un courant qui traverse un conducteur était entouré de lignes de force analogues à celles produites par un aimant ; si donc nous supposons deux fils parallèles, par exemple, situés à peu de distance l'un de l'autre, et que nous envoyions un courant dans l'un des fils, l'autre traversera les lignes de force du premier, et deviendra naturellement le siège d'un courant induit.

Ce courant induit sera de sens opposé au courant générateur; il persistera à la seule condition que l'on détermine des variations dans le courant initial pour modifier ses lignes de force. Les mêmes phénomènes se manifesteront encore si l'on maintient constante l'intensité du courant inducteur, et qu'on modifie la distance des deux conducteurs, car ces déplacements feront varier le nombre des lignes de force traversées par le deuxième conducteur, ce qui est la condition essentielle de la production des courants induits.

Induction d'un circuit sur lui-même. — Quand on fait passer un courant électrique dans une bobine, il se développe dans les fils de cette bobine un champ magnétique qui donne naissance à un courant Opposé au premier. Ce courant a reçu le nom A' extra-courant de fermeture.

Au moment précis où l'on cesse d'envoyer le courant principal dans la bobiné, les phénomènes précédents se reproduisent en sens inverse ; le nombre des lignes de force traversant le circuit diminuant, un courant appelé extra-courant d'ouverture se produit et prolonge momentanément le courant inducteur.

Enfin, ces mêmes phénomènes ont lieu chaque fois que l'intensité du courant qui parcourt le circuit vient à varier pour une cause quelconque : diminution ou augmentation de résistance, diminution ou augmentation de vitesse, etc. On les désigne sous le nom d'induction propre ou de self-induction.

Courants de Foucault. — Les courants induits se développent non seulement dans les conducteurs, mais encore dans les âmes en fer des électro-aimants ou dans les masses métalliques déplacées dans des champs magnétiques. Ces courants échauffent la masse métallique qu'ils traversent, et absorbent, de ce fait, une certaine quantité d'énergie qui diminue l'effet utile des machines électriques. On les nomme courants de Foucault.

Disque de Faraday. — En 1831, Faraday fit une première application de son admirable découverte et construisit un appareil produisant des courants induits. Cet appareil (Fig. 14)

Fig. li. — Disque de Faraday.

est composé d'un disque en cuivre tournant entre les pôles d'un aimant. Les courants induits sont recueillis au moyen de ressorts en cuivre dont l'un est en contact avec l'axe, l'autre avec la périphérie du disque; ils sont continus ou permanents, suivant l'expression du grand physicien.

11 convient de noter que, dès cette époque, Faraday pensa à substituer les électro- aimants aux aimants ordinaires dans les machinas d'induction : « On peut, écrivait-il, obtenir les mêmes effets avec des pôles électro-magnétiques, résultant de l'emploi d'hélices ou de spirales de cuivre, munies ou non de noyaux de fer.

« Le sens du mouvement est exactement le même ; mais

Taction est beaucoup plus énergique quand on emploie des noyaux de l^r que sans noyaux. »

Expérience de M. Page. — M. Page, célèbre physicien américain, a obtenu, enlSiO, des courants induits en modifiant simplement l'état magnétique d'un aimant au moyen de son armature. Un fil de cuivre, recouvert de soie, était enroulé sur les deux branches d'un aimant en fer à cheval, et, lorsque l'expérimentateur approchait ou éloignait brusquement l'armature des pôles de l'aimant, il naissait des courants dans les spires de l'hélice de cuivre.

Cette idée a été reprise par MM. Breton frères, il y a vingtcinq ans, pour la construction de petites machines médicales. Plus récemment, M. Maiche Ta utilisée d'une manière assez ingénieuse, mais peu industrielle. Nous nous bornons donc à consigner le fait.