GALVANOMÈTRES A AIMANT MOBILE ET A BOBINE FIXE

Galvanomètres lord Kelvin. — Les galvanomètres lord Kelvin, connus également sous le nom de galvanomètres Thomson, sont des galvanomètres asiatiques. Plusieurs modèles de ce galvanomètre ont été exposés par divers constructeurs.

Modèles Ducbktet. — M. E. Ducretet, de Paris, construit des galvanomètres lord Kelvin à une paire de bobines {fi g. 1). L'équipage mobile comporte deux petits aimants asiatiques B et AB' et un petit miroir M, reliés entre eux d’une manière rigide par un fil d’aluminium; le tout est suspendu, comme le montre la figure 1, à un fil de cocon sans torsion. L’un des aimants B se trouve au centre du cadre galvanométrique circulaire BO renfermé dans une cage en laiton que supporte un trépied muni de vis calantes. L’aimant AB' est placé à l’intérieur d’une petite cavité, et sert en même temps d’amortisseur à air. Un aimant directeur recourbé BB', supporté par une tige verticale, est placé au-dessus de la cage cylindrique ; cet Fl0’ l- ~ Caivauomctre^lordRelvin^ une seule paire de bobines,

aimant sert à faire varier la sensibilité de l’instrument en modifiant la hauteur à laquelle on le fixe ; à cet effet, l’aimant porte en

son centre un manchon en laiton qui peut glisser à frottement doux sur la tige verticale lui servant de support et une vis de pression permet de l’immobiliser. Une vis tangente V sert

à faire tourner lentement sur elle-même, dans un sens ou dans l’autre, la tige verticale et, avec elle, l’aimant directeur.

Dans le modèle de galvanomètre lord Kelvin à deux paires de bobines, construit par M. E. Ducretet [fig. 2), l'équipage mobile est constitué par deux séries de petits aimants B, B', reliées entre elles d'une manière rigide par un fil d’aluminium et constituant un système astatique. Ce fil porte, en son centre, un petit miroir circulaire M et, à son extrémité inférieure, une petite lame placée dans une petite chambre constituant l’amortisseur à air. Cet équipage mobile est suspendu par un simple fil de cocon que l'on attache au crochet que porte une vis S, fixée à l'extrémité de la tige creuse C servant de support à l'aimant directeur BB\ Le cadre galvanométrique comporte deux bobines circulaires Bo et Bc/, une inférieure et une supérieure, chacune d’elles étant divisée en deux moitiés, indépendantes et amovibles, séparées par une carcasse verticale. Une des extrémités de l’enroulement de chaque demi-bobine est reliée à l'une des quatre bornes fixées sur le socle, les extrémités opposées étant reliées entre elles.

Dans ces galvanomètres de grande sensibilité,

Fig. 2.— Galvanomètre lord Kelvin à deux paires de bobines, modèle E. Ducretet.

la résistance du cadre galvanométrique est d’environ 5 0C0 ohms; il se construit également des modèles où cette résistance atteint 8 0(J0 ohms. ‘

La facilité avec laquelle on peut enlever les bobines permet d’en avoir une série de rechange. On peut ainsi effectuer avec un seul instrument les mesures les plus diverses, suivant que l'on utilise des bobines de résistances faible ou élevée, et grâce aussi à la faculté que donnent les quatre bornes de n’utiliser qu’une seule paire de bobines ou les deux, couplées en série ou en parallèle.

Modèles J. Carpentieh. — Le galvanomètre lord Kelvin, modèle J. Carpentier [fig. 3), a un équipage mobile constitué par deux séries de petits aimants de 1 cm de longueur ( fig . 4), reliés entre eux d’une manière rigide par un fil d’aluminium et constituant un système astatique. Ce fil d’aluminium porte en son milieu un petit miroir circulaire, d’environ 1 cm de diamètre, ainsi qu’une petite ailette en aluminium ou en mica servant d’amortisseur. Cet équipage mobile est suspendu par un simple fil de cocon sans torsion que l’on attache au crochet que porte un bouton V [fig. 3) glissant à frottement dans une douille en laiton fixée à la partie supérieure de la carcasse de l’instrument par deux petites vis v, v'. Ce bouton Y peut être élevé ou abaissé à volonté; lorsqu’on l’abaisse à fond, le fil de cocon n’est plus tendu et on peut déplacer l’instrument sans s’exposer à rompre ce fil de suspension.

Une ouverture est ménagée au centre de l’instrument, dans l’intervalle séparant la bobine inférieure de la bobine supérieure, afin de donner passage aux rayons lumineux qui doivent frapper le miroir.

Le cadre galvanométrique est fixé sur une carcasse en laiton reposant sur un socle en ébonite muni de trois vis calantes et d'un niveau à bulle d’air. Ce cadre se compose de deux bobines circulaires, une inférieure et une supérieure, chacune d’elles étant divisée en deux moitiés indépendantes séparées par la carcasse verticale en laiton. La demi-bobine supérieure

et la demi-bobine inférieure d’un même côté de la carcasse sont montées sur une platine unique en ébonite. Les deux platines, antérieure et postérieure, garnies chacune de la demi-

Fig. 3. — Galvanomètre lord Kelvin, modèle J. Carpentier.

bobine inférieure et de la demi-bobine supérieure, se fixent respectivement sur une des faces de la carcasse en laiton verticale à l’aide de deux boutons B, B', qui se vissent sur des tiges filetées adaptées à la carcasse. Cette disposition permet de démonter très facilement l’instrument pour vérifier l’équipage mobile ou pour remplacer le fil de cocon qui le supporte; en outre, les bobines étant amovibles, on peut les remplacer par d’autres ayant une résistance différente.

Une des extrémités de l’enroulement de chaque demi-bobine est reliée à l’une des quatre bornes fixées sur le socle ; les extrémités opposées sont reliées entre elles par l’intermédiaire des tiges filetées sur lesquelles se fixent les boutons B, B'.

Dans les galvanomètres de grande sensibilité, les bobines sont enroulées avec du fil de cuivre de 0,1 mm de diamètre et chaque moitié de bobine, comportant environ 12 000 spires, a une résistance de 3 000 ohms. Dans d’autres galvanomètres moins sensibles, l’enroulement est fait en fil de cuivre de 1 mm; la résistance de chaque demibobine n’est plus alors que de 3 ohms.

Avec une série de bobines de rechange, le même galvanomètre peut être utilisé pour effectuer les mesures les plus diverses en employant des bobines de résistance appropriée.

Un aimant directeur, placé au-dessus de la cage en verre qui protège le galvanomètre,, sert à faire varier la sensibilité de l’instrument et aussi à ramener l’équipage mobile au zéro de l’échelle.

Fig. 4. — Équipage mobile du galvanomètre lord Kelvin, modèle J. Carpentier.

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M. J. Carpentier construit également des galvanomètres lord Kelvin n’ayant qu’une seule paire de bobines. Leur construction est analogue à celle des galvanomètres à deux paires de bobines.

Modèle Keyseu et Schmidt. — MM. Keyser et Schmidt, de Berlin, ont exposé un modèle

de galvanomètre lord Kelvin, construit d’après les indications du professeur Szymanski qui a eu surtout en vue d’établir un modèle dont le prix de construction soit peu élevé.

Dans cet instrument {fig. 5), les quatre bobines sont constituées par du fil de cuivre agglutiné et sont simplement garnies de papier, puis collées à la gomme laque sur des plaques d’ébonite qui leur servent de support. Les bobines d’avant sont montées sur une planchette, représentée à droite de la figure, et peuvent s’enlever facilement pour permettre de vérifier l’équipage mobile, qui ne présente rien de particulier. Pour que ceLte planchette soit toujours dans la même position, elle est munie de deux tiges horizontales que l’on glisse dans des tubes fixés à la planchette d’arrière; un simple crochet suffit pour l’immobiliser.

Un aimant directeur est placé

sous le socle et se manœuvre à

l’aide d’une vis qui traverse ce

„ „ , ... . c , . socle; l’aimant directeur supérieur

Fig. S. — Galvanomètre lord kelvin, modèle keyser et Schmidt. ’ 1

est commandé par un bouton molette, la vis tangente utilisée d’ordinaire ayant été abandonnée comme étant de construction trop coûteuse.

Ce galvanomètre est destiné particulièrement aux élèves qui effectuent des mesures à titre d’exercice pratique.

Modèle .1. White. — M. James White, de Glasgow, le constructeur des instruments de lord Kelvin, exposait un modèle de galvanomètre à deux paires de bobines, analogue à ceux qui viennent d’être décrits et dont il ne diffère que par la disposition donnée à l’équipage mobile ( fig . G) ; le miroir est collé sur le groupe d’aimants supérieur et l’amortisseur est placé sur le groupe d’aimants inférieur.

Galvanomètre astatique Broca. — Le galvanomètre Broca, construit et exposé par M. J. Carpentier, est un galvanomètre astatique de grande sensibilité. L’équipage mobile {fig. 7) est constitué par deux longues aiguilles verticales N SX, Si\’S, pouvant tourner autour d’un axe vertical formé par un /il de cocon. Ces aiguilles, qui doivent être rigoureusement parallèles, sont aimantées de façon à avoir en leur milieu un pôle conséquent; le point conséquent de l’une des aiguilles étant nord et celui de l’autre étant sud ,

Fig. 6. — Équipage mobile du galvanomètre lord Kelvin, modèle James White.

GALVANOMÈTRES

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M.'Broca a placé les aiguilles dans une position rigoureusement verticale avec les pôles de noms contraires en regard pour obtenir un système asiatique.

Les bobines fixes de ce galvanomètre sont de petites dimensions et leur centre se trouve à la hauteur des pôles conséquents des aiguilles; les extrémités de ces dernières dépassent les bobines, qui agissent ainsi sur le llux allant d’un pôle conséquent à l’autre. Dans ces conditions, le système est asiatique par lui-même et les deux aiguilles peuvent avoir des aimantations sensiblement différentes, sans qu’il en résulte aucun inconvénient, l’équipage mobile étant ainsi à l’abri des champs magnétiques extérieurs.

L’aimant directeur ordinaire des galvanomètres lord Kelvin a été remplacé par deux petites aiguilles aimantées très fines et placées, l’une normalement aux bobines fixes, l’autre parallèlement et à la hauteur de l’un des pôles de l’équipage mobile. Ces aiguilles ne peuvent prendre que des mouvements de translation dans de petits tubes à frottement doux. L’aiguille normale sert à annuler, une fois pour toutes, les forces qui dévient l’équipage de sa position d’observation ; l’aiguille parallèle aux bobines est utilisée pour faire varier la valeur de la force directrice.

Le galvanomètre Broca convient tout particulièrement aux mesures délicates de recherches physiologiques et de thermo-électricité.

Fig. 7. — Équipage mobile du galvanomètre Broca.

Galvanomètre astatique Hartmann et Braun. — Cet instrument [fig. 8) se compose d'un anneau en bronze vertical fixé sur un socle muni de trois vis calantes.

Cet anneau sert de support à deux groupes de chacun deux bobines fixes, dont les axes sont parallèles. Ces bobines peuvent être facilement retirées, soit pour les changer, soit pour vérifier l’équipage mobile.

L’équipage mobile à miroir affecte deux dispositions.

La première {fig. 9) comporte deux petits fils d’acier aimantés et verticaux, réunis par deux petites traverses.

A la traverse supérieure s’accroche le lil de cocon ou la fibre de quartz qui supporte l’équipage. Ce fil de suspension est fixé, par son extrémité supérieure, à un treuil disposé en haut d’un tube de verre qui surmonte l’instrument et à l’intérieur duquel passe le fil de suspension.

La seconde disposition ( fig . 10; comporte quatre petits aimants au lieu de deux. Seules, les extrémités du haut et du bas de cet équipage sont influencées par le courant qui traverse les bobines, les pôles intermédiaires se trouvant en dehors de leur champ d’action. Cette disposition, qui rappelle celle avec pôles conséquents de l'équipage du galvanomètre Broca, donne une astalicité presque parfaite, malgré les différences d’aimantation qui peuvent exister entre les divers fils d'acier.

Les aimants directeurs, au nombre de deux, peuvent Fl°- 8- —Galvanomètre astatique à miroir

r Hartmann et Braun.

se croiser plus ou moins.

Les vis calantes reposent sur des dés enébonite, afin d’isoler parfaitement le galvanomètre.

Chacune des quatre bobines a une résistance de 2500 ohms. Ces bobines présentent cette particularité que le diamètre du fil de leur enroulement augmente à mesure que l’on s’éloigne du centre. De cette manière, bien que le diamètre des spires aille en augmentant, chacune d’elles a la même résistance, sa section augmentant en même temps que le diamètre d’enroulement.

Un courant ayant une intensité de 25 . 10 '° ampère produit une déviation de t mm sur une échelle distante de 1 m.

On peut remplacer l’équipage qui vient d’être décrit par un autre formé d’un tube d'acier, long et mince, fendu en deux parties suivant sa longueur. Les deux moitiés de ce tube sont fixées et maintenues écartées par deux traverses, dont l’une sert d’attache au fil de cocon. Le miroir est placé vers le milieu, et la partie inférieure du tube tourne à l’intérieur d’une boîte en cuivre rouge. Ce dispositif d’amortissement est susceptible d’ètre réglé jusqu’à l’apériodicité ; il suffit d’enlever la boîte en cuivre pour supprimer complètement l’amortissement.

Enfin, on peut substituer aux divers équipages

Fig. 9. — Équipage mobile du galvanomètre Hartmann et Braun. Première disposition.

Fig. 10. — Équipage mobile du gahanomètre Hartmann et Braun. Seconde disposition.

décrits l'équipage lord Kelvin, du modèle bien connu, formé de deux séries de petits aimants horizontaux.

Fig. 11. — Galvanomètre apériodique à miroir Hartmann et Braun.

mètre {fig. 11), construit et exposé par MM. Hartmann et Braun, de Francfort, a un équipage mobile constitué par un aimant en forme de cloche suspendu à un fil de cocon et sur lequel agit

GALVANOMETRES

le flux développé par le passage du courant dans deux bobines fixées de part et d’autre de cet aimant. Les bobines sont amovibles et peuvent être facilement remplacées par d’autres, suivant le genre de mesures à effectuer ; la résistance totale des diverses séries de bobines est de 4 000, 2 000, 1 000 et 100 ohms. On peut aussi coupler les bobines en série ou en quantité.

L'instrument est monté sur un socle muni de trois vis calantes et d’un niveau à bulle d’air. Autour de l’axe central peut pivoter un chariot porte-lunette, soigneusement équilibré par un contrepoids.

Les oscillations de l’équipage mobile sont amorties jusqu’à l’apériodicité, grâce à l’enveloppe de cuivre qui l'entoure.

Un aimant directeur, placé latéralement à l’extrémité d’un support horizontal, permet de rendre le système presque astatique en annulant en grande partie l’action du champ magnétique terrestre.

La lunette, de 10 mm d’ouverture et de 6 cm de distance focale, donnant un grossissement et une clarté suffisante, est montée ainsi que l’échelle sur un bras articulé que porte le chariot.

La sensibilité de ce galvanomètre est telle que l’on obtient une déviation de 1 mm sur l’échelle avec un courant d’une intensité de 9 microampères et la série de bobines de 100 ohms, sans utiliser l’aimant directeur.

Afin de pouvoir transporter l'instrument sans inconvénient, il est muni d’un dispositif d’arrêt de l’équipage mobile. Il suffit de tourner un bouton moletté pour bloquer l’aimant en forme de cloche.

Galvanomètre astatique Siemens et Halske. — L’équipage mobile de ce galvanomètre est constitué par deux petits aimants en forme de cloche {fig. 12) fixés sur un fil d’aluminium. Ces aimants sont obtenus en étampant un petit disque en acier mince et en lui donnant la forme d’une capsule que l’on découpe ensuite.

Les deux aimants de l’équipage mobile ont leurs pôles orientés suivant SN et us, de manière à rendre le système astatique; la distance qui les sépare est telle qu’ils se trouvent chacun suspendu à la hauteur du centre de la paire de bobines à laquelle ils sont affectés.

Un miroir m, placé entre les deux aimants, est également fixé sur le fil d’aluminium. Ce dernier est attaché à un long fil de cocon placé et suspendu à l’intérieur du tube vertical qui surmonte les bobines [fig. 13).

Fig. 12. - Équipage mobile Les deux paires de bobines

du galvanomètre astatique fixes Je cc galvanomètre sont Fig- Siemens et Halske. &

amovibles et peuvent être remplacées par d’autres ayant des résistances appropriées aux mesures à effectuer. On obtient le maximum de sensibilité avec deux paires de bobines, ayant chacune 4 000 ohms de résistance, soit une résistance totale de 16 000 ohms.

— Galvanomètre astatique Siemens et Halske.

i:î-8 L’ÉLECTRICITÉ A L’EXPOSITION

Ce galvanomètre comporte deux aimants directeurs logés sous le socle de l’instrument entre les vis calantes. Ces aimants sont manœuvrés ensemble ou séparément, à l’aide d’un bouton moletté qui commande un pignon denté. L’emploi de deux aimants directeurs, que l'on peut croiser plus ou moins, remplace avantageusement la disposition qui consistait à donner plus ou moins de sensibilité au galvanomètre en n’utilisant qu’un seul aimant que l’on éloignait ou que l’on rapprochait de l’équipage mobile.

Le bras horizontal qui surmonte les bobines sert de support à deux cylindres de fer doux dont l'un est fixe, tandis que l’autre peut recevoir de très faibles déplacements. Ce dispositif, qui rappelle les massés compensatrices des compas de marine, sert à mettre le galvanomètre à l’abri de l'influence des actions magnétiques extérieures, mais moins complètement, cependant, que ne le ferait une enveloppe circulaire en fer, comme en ont les galvanomètres cuirassés.

La sensibilité du galvanomètre astatique Siemens et Ilalske, avec bobines ayant 16 000 ohms de résistance, esttelle qu’un courant de 0,6 . 10~9 ampère produit une déviation de 1 mm sur une échelle placée à 1 mètre de distance.

Galvanomètres cuirassés du Bois-Rubens. — Ces galvanomètres, construits et exposés par la Société Siemens et Ilalske, de Berlin, ont été étudiés en vue d'obtenir une très grande sensibilité et d’éviter l'influence des actions magnétiques extérieures.

Il se construit deux modèles de ce galvanomètre {fcj. 14).

Fig. 14. — Galvanomètres cuirassés du Bois-Rubens.

L’équipage mobile est constitué par de petites aiguilles aimantées, collées derrière un petit miroir, comme dans les galvanomètres lord Kelvin ; cet équipage est porté par un fil do cocon sans torsion. Chaque galvanomètre est muni de deux équipages mobiles que l’on voit, sous une cloche en verre, sur la figure 14. L’un est l’équipage ordinaire ; l’autre, excessivement léger, est utilisé toutes les fois que l'on veut obtenir la sensibilité maximum de l’instrument.

Dans le petit modèle, qui ne comporte qu’une paire de bobines et qui est représenté figure 14 sur la droite, les bobines sont placées à l'intérieur d'enveloppes hémisphériques en acier coulé.

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