L'usure des baguettes de charbon
4. — L'extinction de l'arc et la cessation de la circulation du courant si Ton donne à la distance b c
• ir,
des deux baguettes une valeur trop grande, extinction qui subsistera jusqu'à ce que Ton sépare légèrement les deux baguettes après les avoir, de nouveau, ramenées contact.
5. — L'extinction de l'arc si Ton ouvre rinlerrupteur m après l'avoir fermé.
6. — L'entretien de l'arc si Ton rapproche les charbons au fur et à mesure de leur usure.
Si l'on fait varier la force électromotrice de la source P, ou, ce qui revient au même, la différence de potentiel entre b et c, on remarquera que l'arc ne se produira qu'autant qu'il existera entre b et c une différence de potentiel supérieure à une certaine limite, quelle que soit l'intensité du courant.
Ces phénomènes se reproduisant toujours avec toute espèce de courant ; il reste à examiner la constitution et les propriétés de l'arc produit par les différentes sortes de courant.
Arc à courant continu. — Les charbons sont reliés respectivement à chacun des pôles + et — de la source.
La première constatation est l'usure des charbons qui se consument au voisinage de Tare : le charbon 4s'use deux fois aussi vite que le charbon — , et, tandis que le premier prend l'aspect d'un cône terminé par une concavité dite cratère^ le second se taille en pointe émoussée.
Le charbon -f- est le plus brillant, mais son éclat est indépendant de la valeur du courant ; sa tempéra* ture est très élevée, environ 3 500^ C, et il fournit 85 Vo de la lumière totale.
L'arc est au contraire peu lumineux par lui-même,
ÉTUDE DE l'arc VOLTAÏQUE 279
mais il a uae température d'environ iOOO® C. Il porte à Tincandescence les particules de carbone qui sont transportées du charbon -h au charbon — et produit, de ce fait, 10 % de la lumière totale.
Le charbon — est la partie la moins chaude et la moins éclairante du système ; sa température est d'environ 2000^ C, et sa contribution à la production de la lumière totale, de 5 Vo*
Le cratère du charbon + est la partie la plus chaude et la plus éclairante du système, et Ton peut dire que c'est lui qui constitue la source lumineuse. Par sa forme concave, le cratère détermine une inégale répartition de Tintensité lumineuse ; il joue le rôle d'un réflecteur qui rabat la lumière, et on a vu Tome I la loi de répartition des rayons lumineux.
Arc à courants alternatifs, — Si les charbons sont horizontaux, leur usure est la même ; s'ils sont verticaux, l'usure du charbon supérieur est à celle du charbon inférieur dans le rapport de 108 à 100.
L'intensité lumineuse est égale dans toutes les directions.
Les arcs à courants alternatifs font entendre un sifflement à l'unisson de celui de l'alternateur ; et^ en outre quelquefois, un sifflement dû à des variations de la différence de potentiel.
Arc à courants redressés. — L'arc produit par un
courant redressé est le siège des mêmes phénomènes
que l'arc à courant continu.
force électromotrice nécessaire à la production de
rare. — Il existe entre les deux extrémités d'un arc une différence de potentiel w volts et il passe un cou-
rant dUatensité i ampères ; la puissance absorbée est donc u i watts, et la résistance de Tare ? ohms.
Si cette dernière était une résistance ordinaire, elle devrait être proportionnelle à la longueur de l'arc ; or, il n'en est rien, et l'on trouve que, pour entretenir un arc dont la longueur tend vers zéro, il faut développer entre ses extrémités une différence de potentiel de 30 à 40 volts.
L'arc possède donc une force contre-électromotrice de 30 à 40 volts que des considérations trop longues à exposer ici font attribuer à la distillation du carbone du charbon + vers le charbon — . Les crayons et la vapeur de carbone entraînée par l'arc formeraient une pile thermo-électrique : [Charbon 4-, vapeur de carbone, charbon — ], dont la force électromotrice serait inverse de celle du courant qui produit l'arc.
Si l'on mesure la différence de potentiel enthe le charbon -h et l'extrémité contiguë d'un arc à courant continu, puis entre l'arc et le charbon — , on trouve que la première est beaucoup plus grande que la seconde ; cela concorde avec ce que nous avons vu précédemment : que la plus grande quantité d'énergie se dégage au voisinage du cratère. Cette différence ne se retrouve pas, naturellement, dans un système alimenté par des courants alternatifs.
L'arc produisant une force contre-électromotrice e, la différence de potentiel à ses bornes U devra être telle que :
H désignant sa résistance ohmique et / l'intensité du courant qui circule.
ÉTUDE DE l'arc VOLTAÏQUE 281
Nous avons vu précédemment que e a pour minimum 30 à 40 volts, suivant le diamètre des charbons, rintensilé, etc. ; par suite, la formation d'un arc exige, entre les extrémités des crayons, une différence de potentiel d'au moins 30 à 40 volts à laquelle il con* vient d'ajouter celle nécessaire à vaincre la résistance ohmique R de l'arc.
Cette dernière varie avec l'intensité du courant et la longueur de l'arc.
Dans un arc de longueur constante elle diminue quand l'intensité du courant augmente ; ceci provient de ce que l'arc grossit, et que , par suite, sa section augmente. Les chiffres ci-dessous le montrent bien :
Pour /= 10 ampères R = 2,77 ohms
Elle augmente proportionnellement à la longueur de l'arc quand l'intensité du courant est maintenue constante, en sorte que, dans ce cas, on a :
Si /est exprimé en millimètres, a varie de 1,4 à 2,8 suivant la valeur de 7.
La résistance ohmique d'un arc varie donc d'un cas à l'autre ; sa valeur moyenne est de 2 ohms.
Pour produire un arc, il faudra donc développer entre les extrémités des crayons une différence de potentiel de 40 volts environ se décomposant ainsi :
282 L'KCLAIRAOr: KLKCTRIQrK
pour vaiacie la f. c. é. m, de Tare 35 volts
— — la résistance de Tarc^ 2 -^
Total 37 volts.
La température du cratère est à peu près la même dans tous les arcs et égale à celle qui correspond à la volatilisation du carbone. La quantité de lumière émise est proportionnelle à la surface du cratère, et cette dernière croit à peu près proportionnellement à Tintensité du courant.
M. Palaz a donné la formule suivante qui permet de calculer d'une façon approchée Viniensiié Itimi" neme maxima d'un arc de / ampères :
/carcels = 20 / H- 0,i /*
Lampes à arc.
Ce sont des appareils dans lesquels Tare voltaïque est produit généralement entre les extrémités de deux baguettes de charbon placées dans le prolongement Tune de l'autre. Nous disons « généralement » parce que l'on a construit dès lampes dans lesquelles Tùné des baguettes était remplacée par une disque de charbon.
Les conditions de production et d'entretien de l'arc que nous avons étudiées précédemment nécessitent, dans les régulateurs^ deux mécanismes distincts : Tun pour mettre au contact les charbons et les séparer ensuite, Tautre pour les rapprocher au fur et à mesure de leur usure.
Dans certaines lampes les deux mécanismes sont
confondus et Ton peut dire qu'il n'en existe qu'un qui remplît les deux fonctions : allumage et entretien de l'arc,
Rallongement de l'arc, par suite de l'usure des charbons, produit des perturbations que Ton met à profit pour actionner le mécanisme de rapprochemont. Examinons d'abord ces perturbations.
Soient V la différence de potentiel aux bornes du tableau, / l'intensité du courant, R la résistance du circuit et de la lampe et R' la résistance de l'arc proprement dit; on a, dans ces conditions :
La différence de potentiel entre les extrémités de l'arc sera :
(2) Ur:=R'I= ^^' ^
La première de ces formules montre que l'arc s'allongeant, et sa résistance R' augmentant, l'intensité du courant diminue^ et la seconde qu'en même temps la différence de potentiel u entre ses extrémités augmente. Le fonctionnement du mécanisme de rapprochement des charbons pourra donc reposer soit sur la diminution de l'intensité du courant, soit sur l'augmentation de la différence de potentiel entre les extrémités de l'arc et, conséquemment, entre les bornes de prise de courant de la lampe.
Mécanisme ^allumage. — Les deux charbons dioiventêtrô au contact, et, dans certaines lampes, ils y viennent d'eux-mêmes, sous l'effet de la pesanteur,
28i l'éclairaok électrique
dès que l'on coupe le circuit ; dans d'autres, c'e^t le mécaDisme de rapprochement, dit aussi de réglage, qui les y amène. Dans le premier cas, ta lampe s'allumera aussilôt que l'on refermera le circuit ; dans le deuxième, la lumière ne se produira qu'après un certain temps, quand les charbons après s'èlre rapprochés se seront séparés.
Le mécanisme d'allumage qui sépare les charhons,
quand il est distinct du mécanisme de réglage, est
im électro-aimant dont l'armature porte la douille ou
la pince qui soutiendra le
Lj crayon. LaFig. 253 mon-
A tre une disposition de ce
(]'- genre.
Les deux charbons P + et N — étant au contact, si on lance le courant, le charbon A' — se retirera d'une quantité égale i!i le longueur normale de l'arc tandis que P -h ne bougera pas.
Le charbon N -r- est pris dans une douille D, et serré par une clef G ; la
Fie. 253, — Uécsnîsme j -n . ï n . < ■■ r
daiiumage. douille est à l'extrémité
supérieure d'une tige TT filetée sur sa moitié supérieure, munie d'un collet H et traversant à frottement doux la plaque m n et la culasse FF de l'électro-aimant en fer à cheval EE. Elle porte une armature de fer doux MM, et un ressort R tend à la pousser dans la direction
CLASSlF^IGAtlON* ^E$ LAMPES A ARC 28d
A^ — P -h. Ce ressort est pris entre la culasse FF et le collet H.
L'arc devant avoir une longueur constante, du moins au début de chaque allumage, la course de Tarmature MM est limitée, et réglable lors de la mise en service de la lampe.
On obtient ce réglage en fixant Técrou LL — et le contre écrou II en un point tel que la distance de LL à la barette m n soit justement égale à la longueur normale de l'arc.
Quand la lampe est éteinte, le ressort pousse le charbon vers le haut, et la course de TT est limitée par la butée de LL sur m n ; lors de l'allumage, le courant total qui traverse la lampe passe par Téleclro EE, qui, en attirant l'armature MM, sépare les charbons de la distance de mn à LL, et Tare se produit à sa longueur normale.
Mécanisme de réglage, — L'arc se produit aussitôt les charbons séparés, et le mécanisme de réglage doit rapprocher les crayons de façon à maintenir leur intervalle aussi constant que possible.
Classification.
Dans les lampes dites à intensité constante ou monophoteSf un électro en série sur le courant déclenche le mouvement moteur qui défile jusqu'à ce que, l'arc ayant repris sa longueur normale, l'intensité du courant retrouve sa valeur primitive : à ce moment, l'armature mobile, attirée de nouveau par l'électro, enclenche le mouvement et immobilise les charbons.
Si l'électro est, au, contraire en dérivation sur les
