THÉ0H1E D'AMPÈRE SUR LE MAGNÉTISME

Après avoir étudié l'action mutuelle des courants électriques te uns sur le> autres et avoir déterminé ses lois. Ampère tenta d'iden lifier l'action de ces mêmes courants et celle des aimants au moven d'une hypothèse très-ingénieuse sur la nature du magnétisme. En analysant avec soin Faction des différentes parties d'un aimantsur un courant mobile, et celle d'un courant sur les différentes parties d'un aimant mobile à son tour, il put se convaincre que ces actions étaient exactement les mêmes que celles qui auraient eu lieu si on avait remplacé la section de l'aimant qui agit, ou sur lequel

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on agit, par un courant électrique faisant le tour de la section, soit par conséquent un circuit fermé et situé sur un plan perpendiculaire à l'axe de l'aimant. Examinant ensuite dans quels cas il y avait attraction, et dans quels autres il y avait répulsion entre la section d'un aimant et un courant électrique dont il connaissait la direction, il parvint à déterminer le sens de ces couranh hypothétiques, en se fondant sur cette loi que lui-même avait trouvée, à savoir qu'il y a attraction quand les courants vont dans le môme sens, et répulsion quand ils marchent en sens contraire. Voici comment on obtient ce résultat.

On prend une barre aimantée prismatique, et, ayant soin de la maintenir horizontale avec le pôle nord tourné vers la gauche, on la présente à la tige verticale d'un conducteur mobile asiatique qui forme partie d'un circuit électrique, et on observe alors que, si cette tige est traversée par le courant de bas en haut, elle est repoussée par toutes les parties de chacune des faces de l'aimant; et qu'au contraire elle est attirée par toutes les parties aussi de l'aimant si le courant marche de haut en bas. Il faut maintenir toujours la barre aimantée horizontale, avec le pôle nord à gauche, quand on la promène d'une extrémité à l'autre de chacun de ses côtés devant le courant vertical.

Si sur chacun de ces côtés de l'aimant on fixe, avec un peu de cire, des flèches en carton ayant la pointe dans la direction que devrait suivre un courant pour produire sur le conducteur mobile l'attraction ou la répulsion qu'y détermine l'action de l'aimant, on voit que ces flèches représentent un courant qui circule autour de chacune des sections de l'aimant en conservant le même sens dans toutes; c'est-à-dire, de haut en bas dans le côté le plus rapproché du conducteur mobile, de bas en haut dans le côté opposé, en s'éloignant du conducteur dans le côté inférieur, elen s'en rapprochant dans le côté supérieur. L'ensemble de ces directions constitue réellement un courant qui circule autour de iliaque section de l'aimant, comme dans un circuit fermé.

Si, sans changer la position des flèches, on tourne l'aimant de manière que le pôle nord se trouve à droite, il est facile de comprendre que, la direction étant intervertie, le courant que re-

présentent les (lèclies ira de bas en haul sur le côté le plus rapproché du courant mobile; il arrive ainsi qu'il y a répulsion entre le courant mobile et les différentes parties de l'aimant qu'on lui présente; action tout à fait contraire à celle qui avait lieu dans le cas précédent.

On obtient un résultat identique en présentant un courant horizontal aux différentes sections d'un aimant suspendu verticalement à un ii 1 par l'une de ses extrémités (fig. 90) ; et, en indiquant avec des flèches sur les côtés de l'aimant, à différentes hauteurs, la direction que doivent avoir les courants que l'on suppose circuler autour de la surface, on se rend parfaitement compte des effets attractifs ou répulsifs qu'on observe.

On peut donc considérer un aimant comme formé d'une réunion de courants qui circulent tous dans le même sens autour de sa surface et situés dans les plans parallèles entre eux et perpendiculaires à l'axe de l'aimant. Quant au sens de ces courants, nous venons de voir, en analysant l'action mutuelle d'un aimant et d'un courant dont on connaît la direction, que, si l'observateur a l'aimant devant soi, placé horizontalement avec le pôle nord à gauche, le courant va de haut en bas dans le côté extérieur le plus éloigné, et de bas en haul, par conséquent, dans le côté intérieur le plus rapproché. Il est plus commode, pour se bien graver cette direction dans la mémoire, de supposer l'aimant dans sa position naturelle, celle que lui fait prendre, quand il est mobile, la force directrice de la terre, avec le pôle austral tourné vers le nord; on voit alors par la direction des flèches que le courant se dirige de l'est à l'ouest dans la partie inférieure de l'aimant et de l'ouest à l'est dans la partie supérieure ; qu'il est ascendant dans le côté est et descendant dans celui que regarde l'ouest.

11 est évident que la forme du circuit dans lequel circule cha-

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nui de ces courants parallèles, dont la réunion constitue l'aimant, dépend de la forme extérieure de l'aimant lui-même : il sera circulaire si l'aimant est cylindrique ; rectangulaire si l'aimant est un parallélipipôde, et il formera une série de rectangles diminuant de grandeur du centre aux extrémités si l'aimant est un prisme rhomboïdal.

L'hypothèse d'Ampère sur la constitution des aimants, telle que nous venons de l'exposer, et que nous avons extraite du Traité d'électricité de M. de la Rive, explique d une manière satisfaisante la découverte fondamentale d'Ocrstcd, ainsi que toutes les expériences relatives à la déviation d'un aimant ou d'un courant par faction mutuelle qu'ils exercent entre eux. Tous ces effets, ainsi que ceux de l'attraction et de la répulsion des aimants les uns sur les autres, viennent se rapporter à ceux qui résultent de l'action mutuelle de deux courants l'un sur l'autre ; action en vertu de laquelle ils tendent à se placer parallèlement entre eux, de manière que leur direction soit dans le môme sens. Pour que ce parallélisme puisse avoir lieu entre un courant électrique et ceux qui circulent autour de l'aimant, il est indispensable que celui-ci soit placé transversalement au courant qui agit sur lui, et c'est précisément ce qui arrive dans l'expérience d'Ocrstcd quand l'aimant tend à dévier de la direction normale qu'il avait avant de passer le courant pour prendre une position perpendiculaire ; ne pouvant obéir directement à l'attraction ou à la répulsion, il tourne autour du point central.

Pour confirmer son hypothèse sur la nature du magnétisme et pour rendre plus évidente 1 identité des lluides électrique et magnétique, Ampère voulut disposer les courants de la même manière que, suivant lui, se trouvent disposés naturellement ceux des aimants ; et il parvint à obtenir ainsi une réunion de courants avec toutes les propriétés de véritables aimants. 11 prit pour cela un ûl de cuivre, et, l'enroulant en forme d'hélice, de manière que les spires successives ne se louchassent pas entre elles, il en plia ensuite les deux bouts, et, les dirigeant suivant l'axe de l'hélice jusqu'au milieu, il les fit ressortir de manière qu'il n'y eût pas le moindre contact ni entre eux, ni avec aucune

lig. lUOet 101.

autre partie de l'hélice; il recourba aussi les pointes du fil métallique, afin de pouvoir le suspendre comme un conducteur mobile (fig. 100). Puis, établissant un courant électrique

à travers le fil qui forme l'hélice ainsi disposée, il obtint un véritable aimant, dont l'axe et les pôles étaient constitués par l'axe et les extrémités de l'hélice. Un barreau aimanté ordinaire exerçait sur ces extrémités les mêmes attraction* et répulsions qu'il aurait exercées sur l'aiguille d'une boussole.

Les hélices de cette nature, formées d'un fil métallique parcouru par un courant électrique, sont connues aujourd'hui sous le nom d'hélices électro-dynamiques ou solénoides. Pour en oble nir des effets plus marqués, on les établit avec un fil métallique recouvert de soie; de cette manière, les spires peuvent être rapprochées entre elles, môme jusqu'à se toucher, sans cesser pour cela d'être isolées.

(les spires, tant rapprochées soient-elles les unes des autres, ne sont jamais perpendiculaires à l'axe de L'hélice; par conséquent, la direction du courant est oblique et on peut la considérer dans chaque spire comme la résultante de deux directions, l'une parallèle à l'axe du solénoïde et l'autre perpendiculaire. Comme, d'après la théorie d'Ampère, cette dernière est la seule qui existe dans les aimants, pour qu'un solénoïde soit un véritablcaimanl, il faut détruire la composante qui marche parallèlement à l'axe; ce qu'on obtient facilement, comme nous l avons vu dans la loi des courants sinueux, en donnant au solénoïde la forme de la figure 101, c'est-à-dire que le lil de cuivre avec lequel est faite l'hélice se recourbe et passe à l'intérieur de celle liélice pour aller sortir par la même extrémité où on a commence à l'enrouler. 11 ne reste ainsi dans le solénoïde que l'action* courant perpendiculaire à son axe, exactement comme celle dune série de courants circulaires et parallèles.

Les solénoides étant de véritables aimants, on peut leur appli

quer tout ce qui a été dit sur l'action des courartls électriques et des aimants les uns sur les autres ; et l'expérience a en effet démontré qu'ils obéissent aux mêmes lois; il est donc inutile de les énoncer de nouveau, comme font la plupart des auteurs, pour expliquer l'action des solénoïdes sur les aimants, sur les courants et sur d'autres solénoïdes. La première expérience d'Ampère, que nous avons citée, suffit pour donner un exemple de ces actions, cl pour faire voir la manière dont on dispose les solénoïdes quand on veut les rendre mobiles.

Pour compléter la théorie d'Ampère sur le magnétisme, nous dirons comment on explique avec elle les phénomènes magnétoterrestres. On admet l'existence de courants électriques circulant constamment autour de notre globe, de l est à l'ouest, perpendiculairement au méridien magnétique, et situés a une profondeur peu distante de la surface. On doit à ces courants la direction que prennent les aiguilles magnétiques libremenl suspendues, ce qui correspond parfaitement aux lois énoncées par Ampère. Il parait que l'on doit aussi à ces courants l'aimantation naturelle de certains gites de minerai de fer qu'on rencontre fréquemment. Quant à l'origine de ces courants, nommés courants tellunques, on l'attribue généralement aux variations de température qui résultent de la présence successive du soleil sur les différentes parties de la surface du globe ; en un mot, à une action thermo électrique.

MM. de la Rive et Faraday ont fait quelques objections à la théorie d'Ampère; entre autres, que l'on n'observe aucune action aux pôles mômes d'un barreau aimanté, fait contradictoire ^apparence avec les principes exposés ; mais le savant auteur de la théorie du magnétisme, loin de se décourager, parvint à répondre victorieusement, et il a établi sa théorie sur des bases assez solides pour l'avoir fait généralement adopter.

Il part de ce principe : que les courants électriques, auxquels te aimants doivent leurs propriétés, sont moléculaires, c'est-àdire qu'ils circulent autour de chaque particule. Ces courants électriques préexistent dans tous les corps magnétiques avant Aimantation; seulement ils sont disposés d'une manière irrégui. 17

lière par suite de laquelle il peut arriver qu'ils se neutralisent les uns par les autres.

' L'aimantation est l'opération au moyen de laquelle on leur imprime une direction commune, d'où il résulte que la succession des portions extérieures des courants moléculaires dirigées toutes dans le même sens constitue un courant circulaire autour de l'aimant ; tandis que les portions intérieures sont neutralisées par les extérieures, dirigées en sens contraire de la molécule suivante. Pour bien comprendre ces effets, il faut décomposer l'aimant en couches concentriques et pareilles. La ligure 102 représente la seclion d'un aimant cvlin- (Irique d'après celte hypothèse.

On y voit que tous les courtnts moléculaires intérieurs se neutralisent et qu'il ne reste que les courants extérieurs. Les corps doué> de force coercitive conservent la direction imprimée aux courants moléculaires par l'aimantation; ceux qui ne la possèdent pas, comme le fer doux, aussitôt que cesse la force agissante, obéissent de nouveau à leur action mutuelle, et prennent la position relative qui produit la cessation de lout effet extérieur : l'équilibre.

Fig. US.

AIMAM'ATIO.N PAR L* ÉLECTRICITÉ DYSAXiQUC.

Le moment est venu de parler d'une des découvertes les plu? remarquables de ce siècle, d'une des plus prodigieuses que puisse concevoir la pensée, à cause des résultats immenses qu'a produits son application. Quand on pense qu'au moyen des courants électriques on peut obtenir instantanément l'aimantation à une distance de cent, de mille lieues, et produire par conséquent à cette distance les effets d'attraction et de répulsion; quand on considère que c'est a l'application de cette découverte que l'on doit le merveilleux système qui bientôt fera le tour du monde en peu de minutes, et qui déjà, dans l'espace de quelques instants, nous

transmet une dépêche qui aurait exigé, il n'y a pas longtemps, des mois entiers, l'imagination reste confondue à l'idée des merveilles que nous cache encore la nature, et qu'un éclair de l'intelligence humaine, un jeu du hasard, peut nous révéler d'un moment à l'autre.

Une fois connue la découverte d'Oersted, et une fois obtenue la déviation de l'aiguille par l'action d'un courant électrique agissant comme un aimant, il était naturel de rechercher s'il n'existait pas une complète identité entre l'électricité et le magnétisme, considérés alors comme deux iluides différents. En effctjM. Arago en France et Davy en Angleterre, pendant qu'Ampère se livrait à la même recherche par une autre voie, conçurent en mfrnc temps l'idée de s'assurer si le fil conducteur qui agit sur l'aiguille aimantée n'agirait pas comme l'aimant sur les corps magnétiques; et tous deux trouvèrent en effet, >!. Arago d'abord, Davy quelque temps après, que le courant y développe au plus haut degré la vertu magnétique.

M. Arago observa que les limailles de fer doux placées à peu de distance d'un fil métallique qui unit les deux pùles d une pile sont attirées parce fil, mais s'en détachent aussitôt que la pile cesse de fonctionner ou que le circuit est rompu.

Davy, de son côté, aimanta deux aiguilles d'acier en les frottant sur un fil conjonctif et en les plaçant à quelque distance de ce fil ; et il employa l'électricité statique avec autant de succès que celle de la pile.

M. Arago obtint le môme effet; mais il observa que, pour donner un magnétisme permanent aux aiguilles d'acier, il fallait les placer transversalement, et que, pour rendre plus sensible encore 1 action des courants, il était indispensable de remplacer le conducteur rectiligne par une hélice dans l'axe de laquelle on place laiguille.

Us figures 103 et 104 représentent deux fils métalliques formant hélice autour d'un tube en verre dans lequel on introduit 1 aiguille ou barreau que l'on veut aimanter; il suffit de faire passer le courant pour obtenir l'effet instantanément dans le fer doux, et plus difficilement dans les aiguilles d'acier trempé, dont

Fitf. 103 et 104.

là force coercitive présente quelque résistance, surtout à l'action de l'électricité delà pile, qui est moins puissante pour la vaincre

que la décharge d une ou plusieurs bouteilles de Lcyde.

On voit, dans les deux figures cicontre que le fil métallique peut être enroulé sur le lube de deux manières : 1° comme dans la ligure 105, qui représente la forme que l'on donne à l'instrumentsi fréquemment employé sur nos tables, et appelé tire-bouchon ; on lui donne le nom d'hélice dextrorsum ; T comme dans la figure 104. c'est-à-dire avec les enroulements en sens opposé, ou, ce qui revient au même, dans l une des hélices, l'enroulement part de gauche pour se diriger vers la droite dans un sens, et, dans l'au tre, il part de droite pour se dirigera gauche dans le môme sens; c'est pourquoi on appelle la première dextrorsum, et la seconde siuistrorsum.

La nature du tube sur lequel on forme l'hélice n'est pas sans influence. M. Arago a observé que le bois, le verre, ou tout autre corps isolant, ne modifie en rien l'action; mais, que, si Ton interpose un corps conducteur de l'électricité entre le lil par lequel passe le courant et le barreau que l'on veut magnétiser, il peut arriver qu'on détruise complètement l'effet du courant.

La situation des pôles dans les barres aimantées, obtenues soil par des hélices dextrorsum, soit par des hélices siuistrorsum, est une conséquence rigoureuse de la théorie d'Ampère, qui a été confirmée aussi par l'expérience de M. Arago, qui enroula autour du même tube un fil de manière à lui faire former plusieurs hélices contraires: l'ayant ainsi disposé, il introduisit dans le tube une longue aiguille, et, faisant passer une forte décharge ou un courant énergique, il obtint un point conséquent dans l'union de chaque hélice.

Nous ne parlerons pas davantage des faits observés ni des considérations qui s'ensuivent sur l'aimantation des aiguilles d'acier.

.Nous allons nous occuper de l'aimantation du fer doux, beaucoup plus importante à notre point de vue, à cause de l'application qu'on en a faite.

ÉLECTI10-A1MANTS.

En parlant de l'aimantation dans le chapitre précédent, nous avons vu les tentatives qui ont été faites pour former des aimants artificiels doués d'un grande énergie, et l'insuffisance des résultats obtenus par les moyens connus jusqu'à présent, c'est-à-dire par les frottements ou les touches avec de puissants aimants naturels ou artificiels. Grâce à la découverte d'Arago, qui, comme nous l'avons vu, fut le premier à observer qu'un fil métallique traversé par un courant électrique attire la limaille de fer doux et la relient autour de lui en quantité considérable pendant tout le temps que le courant passe; grâce à cette découverte, disonsnous, nous pouvons former aujourd'hui des aimants d'une force extraordinaire, en employant la troisième des causes que nous avons indiquées dans ce chapitre comme capables de développer le magnétisme.

Il suffît d'enrouler autour d'un barreau de fer doux, et toujours dans le même sens, un fil métallique recouvert de soie, de coton ou de toute autre substance isolante, et d'y faire passer un courant électrique, pour avoir un aimant plus ou moins puissant. Ce fil agit comme une hélice, ou, pour mieux dire, est réellement une hélice, et, comme nous l'avons vu déjà, le fer se magnétise en présentant des pôles contraires aux deux extrémités : on Client alors ce que l'on connaît sous le nom d'électro aimant, w aimant dynamique,

La forme des électro-aimants varie beaucoup, selon les applications auxquelles on les destine ; mais ils peuvent être divisés eu deux grandes catégories : les électro-aimants droits, et les électKHiimants courbés ou en fer à cheval. M. du Honcel admet deux autres catégories : les électro-aimants boiteux et les électro ai-, uiants à pôles multiples, dont nous dirons aussi quelques mots.

Us électro-aimants droits sont presque toujours cylindriques,

parce que les barres ordinaires dont on se sert pour les construire ont généralement cette forme ; mais ils pourraient toul aussi bien être prismatiques, ellipsoïdes, ou de toute autre forme, sans cesser pour cela d'avoir les mômes propriétés. On peut varier aussi le mode d'enroulement du fil, soil en l'enroulant directement sur le fer, soit sur des cylindres creux en bois, cuivre, carton, etc., etc., à l'intérieur desquels on introduit ensuite un barreau de fer doux ; il ne faut cependant pas oublier que la nature de la substance qui sépare le fer de l'hélice influe sur la rapidité de l'aimantation et de la désaimantation, qui diminue avec les bons conducteurs ; pour augmenter cette rapidité, on devra employer le fer recuit, ou bien diminuer l'intensité du courani et éviter le contact entre l'armature et le fer, comme nous le verrons bientôt.

Les pôles du barreau se trouvent toujours aux extrémités le* plus éloignées ; et peu importe qu'ils dépassent ou non l'hélice, et qu'ils soient terminés en telle ou telle forme. On les termine en un plan perpendiculaire à l'axe du barreau ou obliquement en forme de biseau (lig. 105), quand on les destine à aimanter des barres par la méthode de la double touche ; en pointe dans les électro-aimants dont on se sert pour les expériences où il faut produire une action concentrée (fig. 106); et, au contraire, on

Fig. 105. Fig. 106. Fig. 107. Hg. 108. M-

leur donne la forme concave (fig. 107), quand on veut disperser l'action polaire ; on emploie aussi pour ce dernier cas des éleetro-aimants dont les extrémités sout garnies de rondelles en fer («g. 108).

Cette propriété et celle de ne pas exiger que la masse de fer soit symétriquement placée autour de Taxe permettent de donner facilement aux électro-aimants une direction convenable dans les appareils.

A» lieu d'un barreau de fer, on emploie fréquemment un faisceau de tiges ou de fils de ce métal réunispar une virole; mais celte disposition, bien que trés-avantageuse dans certains cas, comme nous le verrons au chapitre de V induction, à cause de la plus grande rapidité avec laquelle le faisceau s'aimante et se désaimante, ne convient pas toujours, parce que ce faisceau n'acquiert pas une force magnétique aussi grande que les barreaux d'un seul morceau, flous1 dirons enfin qu'on peut se servir de barreaux creux, quand. leur diamètre est assez grand pour qu'il en résulte une économie (fig. 109); mais il faut avoir soin de laisser toujours au fer une épaisseur égale au moins à la quatrième parlie du ravon du barreau. Ceci semble fondé sur la théorie d'Am-

père (pages 257 et 238).

Les éleciro-aimants en fer à cheval ne sont que des électro-aimants droiïs courbés sous cette forme et qui présentent, par conséquent, les deux pôles dans la même direction ; nous avons déjà signalé, dans le chapitre du magnétisme, lès avantages qui èn résultent sous le rapport de la force d'attraction, car l'armature est doublement attirée par l'action des deux pôles.

L'hélice d'un électro-aimant droit peut être divisée sur deux bobines, qui se communiquent, bien entendu, sans que l'action magnétique soit altérée; en courbant, par conséquent, une barre cylindrique en forme de fer à cheval et en adaptant sur chaque bras une bobine dont les tours soient disposés dans le môme sens, on aura un électro-aimant en fer à cheval (fig. 110).

Si, au lieu d'un cylindre en fer courbé, on emploie deux cylindres droils, réunis par une barre de môme métal, on obtiendra un électro-aimant (fig. 111) ayant les mômes propriétés que ceux enfer à cheval, car l'ensemble de ces pièces réunies par le contact produit le môme effet que si c'était un seul morceau de fer ; ^pendant l'expérience semble avoir démontré que ces électro-

aimants sont moins forts que ceux en fer à cheval ; mais, comme ils peuvent s'ajuster plus facilement aux appareils où on les ap-

Fig. 110. ' Fig. 111.

plique, on les préfère généralement et on n'emploie les aimant en fer à cheval que dans les expériences où il faut une force considérable.

Toutes les observations que nous avons faites sur les électroaimants droits peuvent s'appliquer aux électro-aimants courbes, car ils sont à peu près les mêmes; nous ajouterons seulement quelque* considérations relativement à leur force spéciale. U communication de deux hélices peut se faire, quand œ n'est pas le môme fil qui forme les deux bobines de 1 électro-aimant, soit directement de l'une à l'autre en soudant les deux (ils des bobines, soit au movcn du fer môme del'éleetro-aimant, en v soudartt ou en y rivant les deux bouts des fils ; on évite cependant d'employer ce second moyen, parce qu'il exige beaucoup plus de soin dau< l'isolement du fil.

M. du Moncel a désigné sous le nom d' électro-aimants boiteui des électro-aimants en fer à cheval n'ayant qu'une bobine sur l'une de leurs branches (fig. 112i, et qui, comme il le dit luimôme, ne sont autre chose que des électro-aimant^

|| droits sur les deux pôles desquels réagissent deux

11 Bll masses de fer : l une au contact, qui est la branche ^) sans bobine, l'autre à distance, qui est l'armature.

~~T L'expérience a démontré que la force attractive de ces éleclro -aimants est beaucoup plus grande que

Fie 11-* • • •

celle des aimants droits; et, contrairement à ce qu'on serait porté à croire, ce n'est pas le pôle revêtu de l'hélice magnétisante qui est le plus énergique et que l'on doit choisir dour réagir à distance sur l'armature.

Les électro-aimants circulaires dus à M. Nicklès sont encore des modifications des aimants droits et des aimants en fer à cheval. Une des variétés de ce genre d électro-aimants consiste en deux disques de fer réunis parallèlement par une traverse du même métal sur laquelle est enroulée une hélice magnétisante. Chaque disque constituant un pôle de cet électro-aimant, il en résulte qu'une armature rectiligne qui est en contact avec ces deux disques est attirée presque aussi énergiqucmenl que si elle s'appuyait sur les branches d'un électro-aimant en fer à cheval.

Le maximum d'effet utile exercé sur un électro-aimant droit par une masse de fer additionnelle ajoutée à l'un de ces pôles est obienu. d'après M. duMonccl, quand cette masse esta peu près double de celle du noyau de fer magnétisé, et quand bien môme celle masse est outre-passée, elle ne fait perdre à l'électro-aimant que très-peu de son énergie. Ainsi un électro-aimant boiteux avec trois branches polaires, dont deux sans bobine, possède une énergie plus grande que les électro-aimants boiteux à deux branches et môme que les électro-aimants en fer à cheval. Ces sortes d électro-aimants (fig. 1 lo), auxquels M. Nicklès a donné le nom de trifurqués, constituent une des variétés des aimants à pôles multiples.

MM. FabreetRunemann ont construit des électroaimants d'une forme particulière , qu'ils appellent lubulaires, mais qui, comme les trifurqués, ne sont qu'une variante des électro-aimants boiteux. Ils se composent d'une barre de fer doux, dont une des extrémités est terminée par un grand disque ou plateau de même métal d'un diamètre plus grand que celui de la bobine «lui doit entourer la barre ; en soudant autour de ce disque un cylindre creux, aussi en fer doux, il résulte que l'hélice magnétisante reste enfermée (fig. 114), entre la barre et le cylindre °teux, avec les deux pôles du môme côté, et l'un entouré par 1 autre, qui est annulaire.

M. Faraday a imaginé, pour étudier les phénomènes du diawagnétisme et de la polarisation de la lumière sur l'influence 'lu magnétisme, une forme qui permet d'avoir l'un en face de

l'autre les deux pôles contraires du môme électro-aimant, et de graduer leur distance à volonté. 11 suffit pour cela, comme on

Kig. 11 1. Kg. 415.

le voit dans la figure 115, de courber à angle droit chacune des branches d'un électro-aimant à double bobine, et que le barreau, . au lieu d'être d'un seul morceau de fer, se compose de troipièces, dont l'une sert de coulisse aux deux autres. Ce sont, pour ainsi dire, deux électro-aimants boiteux, dont les deux branche boiteuses, réunies par une pièce en fer, constituent un électro aimant à deux bobines.

La figure 110 représente un électro-aimant à pôles multiples employé par M. Froment. La distribution du magnétisme est fort singulière dans ces électro-aimants : toutes les branches paires ont le même pôle, et les impaires le pôle opposé, de manière qu'il y a toujours un pôle entre deux autres du nom contraire, et on peut dire que chaque branche, moins celles des extrémités, fait partie de deux aimants en fer à cheval. Ces électro-aimants ont une force extraordinaire, ils agissent à la fois sur plusieurs points d'une armature, et sont par conséquent très-propres à être employés dans les machines électro-motrices.

Nous avons dit que l'on construit les électro-aimants en enroulant un fil de cuivre recouvert de soie, de laine ou de coton autour d'un barreau de fer doux, soit droit, soit courbé. Généralement on enroule le fil sur un cylindre creux de cuivre, de bois ou de carton, avec ou sans rebords, dans lequel on introduit le barreau de fer doux. Cette disposition, quoique diminuant la force des

électro-aimants, est très-commode, à cause de la facilité d'exécutionet d'application qu'elle présente; quelques constructeurs sont parvenus à augmenter le pouvoir des électro-aimants ainsi construits en pratiquant dans le cylindre de grandes rainures longitudinales dont nous expliquerons plus tard les effets.

Quelquefois, cependant, il est indispensable d'enrouler l'hélice, magnétisante sur le fer directement ; dans ce cas, on superpose les tours en rétrogradant un peu à chaque nouvelle couche, de manière que chaque bobine a la forme de deux cônes tronqués.. Ces électro-aimants (fig. 117) sont employés dans les machines •le Clarke, dont nous parlerons dans le chapitre suivant.

Nous avons déjà dit que la forme des électro-aimants dépend des effets que Ton veut en obtenir. Dans des conditions semblables, la longueur influe sur leur pouvoir quand ils sont droits, mais non quand ils sont en fer à cheval, parce que la distance entre les deux pôles reste la môme, quelle que soit la longueur du barreau. Ce phénomène a quelque rapport avec celui que Ton a observé lorsqu'on éloigne ou qu'on sépare les branches d'un électro-aimant à deux bobines ; l'action qu'il exerce sur l'armature varie, bien que L'intensité du courant et la longueur du tîl restent les mêmes. M. Nicklôs a observé que le pouvoir magnétisant croit régulièrement avec l'intensité du courant, comme •lans les électro-aimants rectilignes, et décroit après avoir atteint un maximum variable, dont l'amplitude augmente aussi avec 1 intensité du courant. Il est donc nécessaire, dans la construction des électro-aimants à deux bobines, de donner aux branches une

séparation en rapport avec l'intensité magnétique que l'on veut obtenir. Voici les dimensions généralement adoptées :

Longueur de chaque branche recouverte de fily variable entre deux lois et demie et quatre fois le diamètre de la barre de fer.

Séparation des branches prises in térieurement, une fois et demie à deux fois le diamètre du barreau.

La longueur du fil métallique dépend des effets que l'on veut produire, et on enveloppe ordinairement les deux branches jusqu'à ce que les bobines de chaque côté se touchent par les derniers tours du fil.

La grandeur des électro-aimants varie, et on peut employer des barreaux de fer doux depuis 1 jusqu'à 40 ou H centimètres de diamètre, dimension qui permet de développer une force très-considérable, quand le courant est proportionnel. • Les effets produits par les électro-aimanls dépendent de certaines conditions que nous allons résumer :

T De la nature du fer ou du métal magnétique avec lequel est construit lélectro-aimant ;

2° De la nature de la substance interposée entre la bobine el le barreau, ou des substances qui peuvent recouvrir riié'ice magnétisante, en totalité ou en partie ;

5° Des dimensions du barreau et de sa forme;

4° De l'énergie du courant électrique ;

«V De la longueur et du diamètre des fils conducteurs, ainsi que du nombre de tours de l'hélice.

Nous nous sommes déjà suffisamment étendu au sujet de la première de ces conditions el sur la nécessité d'employer du fer très-doux pour éviter les effets du magnétisme rémanent, dû à la forte coercitive, qui empêche la séparation immédiate de l'armature quand cesse le courant.

Nous avons parlé aussi de l'influence qu'exerce sur la prompte désaimantation de T électro-aimant la nature des substances qûi recouvrent le barreau de fer doux. Nous ajouterons seulement que, pour éviter toute réaction indépendante des effets d'attraction que I on \ent produire, le fil des hélices magnétisantes et

les bobines sur lesquelles on l'enroule doivent toujours être de métaux non magnétiques.

Plus le fer qu'on emploie dans la construction d'un électroaimant est gros, plus la force qu'il acquiert avec la même quantité de fll est grande. Cette augmentation, cependant, s'arrête à une certaine limite, qui dépend de la cinquième condition, que nous allons examiner en même temps que la quatrième.

L'accroissement de la force magnétique développée n'est pas proportionnel au nombre d'éléments dont on renforce la pile; il diminue progressivement à chaque élément ajouté, et il vient un moment où il est presque insignifiant. Cela dépend de la résistance du circuit; et, par cela même, quand l'hélice estlrès-courtc et faite de gros fil, on arrive à la limite avec un très-petit nomoie d'éléments; quand, au contraire, l'hélice est longue et le fil très-fin, la limite s'éloigne considérablement.

Pour donner à un électro-aimant toute la force dont il est sus- • ceptible, le diamètre du fil qui constitue l'hélice magnétisante doit être modifié, non-seulement d'après le nombre des éléments de la pile, mais aussi selon la nature de celle-ci et la composition du circuit. Quand la pile est faible ou donne une petite quantité d électricité, comme la pile à sable, celle de Daniell ou celle de fegration, il faut employer un fil très-fin; si, au contraire, la pHe donne une grande quantité d'électricité, comme celles de Bunsen, Crove ou Wollaston, il est nécessaire d'employer du gros fil.

On doit prendre les mêmes précautions par rapport aux dérivations qu'on peut établir dans le circuit. Si, par exemple, l'on veut que deux électro-aimants agissent par le courant du même générateur électrique, avec la même énergie, tout en se trouvant ['lacés à une grande distance l'un de l'autre, il faut que le fil soit plus long et moins gros dans 1* électro-aimant qui est plus près de la pile; car, sans cela, le courant prendrait le chemin lé plus tourt, qui lui offrirait moins de résistance.

Outre les conditions qui précèdent, la force des électro-aimants varie en raison de la masse de leur armature et selon la manière dont celle-ci est exposée à l'action attractive. Quant au premier

270 L'ÉLECTRICITÉ ET LES CHEMINS DE FEft.

de ces deux points, nous dirons que la force croit proportionnellement à la masse de l'armature, jusqu'à une certaine limite, et généralement on lui donne une épaisseur égale au diamètre du barreau. Quant au second, on a observé que la force augmente d'une manière très-sensible quand on place l'armature de champ.

L'action des électro-aimants ne se fait pas sentir seulement au contact, mais à distance et à travers les corps les plus compactes, comme il arrive aux aimants naturels; mais leur énergie diminue considérablement à mesure que Ton augmente la distance

On observe dans les électro-aimants un autre phénomène trèsremarquable qui rappelle celui de Y affaiblissement par la surcharge et parla suraimantation, dont nous avons parlé au chapitre précédent. Quand un électro-aimant a été excité par une force électrique supérieure à celle que l'on doit employer à l'état normal, il perd une partie de la force qu'il aurait eue sans cela. M. Du Moncel attribue ce phénomène à une série de réactions statiques, qui provoquent dans le fer la trempe magnétique que les molécules acquièrent au passage du courant. 11 explique de la même manière cette circonstance qu'un aimant est moin* énergique la première fois qu'on s'en sert, quoique les condition* dans lesquelles on l'emploie soient les mêmes. Que cette explication soit ou non plausible, ce (pi on peut certainement conclure de ces faits, c'est que l'on ne doit jamais essayer un électro-aimant avec une force supérieure à celle qu'on se propose d'employer ordinairement. 1 '

h' armature, dans les électro-aimants, n'est pas une pièce qui. comme dans les aimants permanents, sert à empêcher l'affaiblissement du pouvoir magnétique parla recomposition des fluides, mais une pièce qui est attirée ou repoussée par l'éleclro-aimanL selon que le barreau qui le constitue est ou non aimanté; elle sert par conséquent à changer en action mécanique l'action électrique de la pile.

Les armatures peuvent être des barres aimantées , des aimants temporaires, c'est-à-dire d'autres électro-aimants, ou de simples

ÉLECTRO-MAGNÉTISME. ÉLECTKO-DYN AMIQUtë. 271

planches en fer doux. Elles peuvent aussi ôtre disposées de différentes manières : articulées sur les deux branches des électroaimants, ou très-près d'elles, quand l'électro-aimant est en fer à rheval (fig. 118) : alors le mouvement de l'armature a lieu parallèlement à la ligne axiale, mais perpendiculairement ou formant angle avec la ligne équatoriale; par conséquent, dans les deux cas, l'action des deux pôles sur le fer est égale ; ou bien les armatures peuvent être articulées par une de leurs extrémités comme dans la figure 110 : alors le mouvement est angulaire par rapport à la ligne axiale; par conséquent, l'action des deux pôles est inégale, mais très-efficace, car l'un d'eux est presque en contact; enfin on peut articuler les armatures entre les pôles de 1 électro-aimant, au moyen d'un axe parallèle à ses branches %. 120); cl, dans ce cas, l'action attractive est latérale et le mouvement alternatif dans le sens équalorial d'un pôle à l'autre : M est le système employé par M. Siemens dans son télégraphe électrique.

Kig. 118.

Fig. 111).

Fig. m.

Fier. iâl.

Quand on veut obtenir, au moyen d'un électro-aimant, le moulinent circulaire alternatif, on emploie différents moyens, parmi lesquels celui indiqué dans la figure 121 semble être le plus avantageux ; il consiste à mettre en mouvement l'armature par

l'action des deux pôles de l' électro-aimant, dont les bords sonl échancrés de manière qu'elle puisse tourner librement et qu'elle soit exposée à l'action magnétique de presque une demi-circonférence; les deux pôles agissent à la fois, s'aidant mutuellement, et, quand ils perdent leur magnétisme, le ressort r, qu'on nomme ressort antagoniste, sépare l'armature de l'électro-aimant, elle bouton fixe t l'empêche de dépasser la position que l'on veut qu elle conserve.

M. Dezelu a adopté deux dispositions très-ingénieuses pour les armatures des électro-aimants." L'une d'elles permet d'obtenir, avec un électro-aimant droit, la même action qu'avec ceux à deux branches; elle consiste à courber l'armature (fig. 122) de manière

qu'elle se présente en même temps aux deux pôles.

Enfin, la figure 127> représente une autre forme très-in génieuse, adoptée par M. Bonnelli dans ses métiers électriques; elle présente cet avantage que l'armature, entrant dans l'intérieur du cylindre creux, comme le piston d'une pompe, devient ainsi elle-même un électro-aimant et est attirée avec plus de force.

Pour que les différentes armatures dont nous venons de parler puissent agir, il est indispensable qu'après qu'elles ont perdu leur magnétisme il y ait un ressort qui les éloigne du barreau de fer doux ; ce ressort, nous l avons dit, a reçu le nom de ressort antagoniste; mais la propriété que possèdent les électro-aimant de changer de pôles par l'inversion du courant qui les parcourt a permis de les employer sans faire usage de ces ressorts.

M. (iloesener, professeur de physique à Liège, persuadé que les ressorts antagonistes exerçaient une action préjudiciable, eut l'heureuse idée d'employer des armatures aimantées dans les électro-aimants. 11 expose, dans ses Recherches sur la télégraphie, quelle est cette influence nuisible des ressorts antagonistes, en

Fig. 1*2.

Kig. liô.

même temps qu'il démontre les avantages des armatures aimantées; avantages que révoque en doute M. du Monccl, mais à tort, croyons-nous, car nous avons vu fonctionner les appareils de I. Gloescner avec toute la régularité désirable.

La figure 124 représente un électro-aimant de ce genre; il est des plus simples. C'est un électro-aimant droit, muni de deux armatures articulées par une de leurs extrémités. Pour qu'avec une semblable forme l'armature puisse rester dans une position fixe, il est indispensable de faire usage de boutons ou de quelque autre arrêt qui la maintienne ; car l'action magnétique pourrait l'entrainer plus loin qu'il ne faut.

On peut obtenir des effets plus grands en combinant plusieurs électro-aimants, en faisant agir à la fois l'attraction et la répulsion, et, dans certaines circonstances, une troisième force, qui peut être la pesanteur. Parmi le grand nombre de moyens proposés, nous signalerons de préférence celui de la figure 125, dont se sont servis MM. Tyer, Mirand et Loiscau dans leurs expériences. C'est une aiguille ou une barre assujettie par son centre comme celle d'une balance, et qui oscille entre les pôles de deux électro-aimants, bien qu'il soit aisé de comprendre qu'un seul suffirait si l'on voulait une action moins énergique. Si le poids du bras inférieur de cette balance est assez grand pour vaincre la réaction du barreau aimanté sur le fer de l'électro-aimant, ou la réaction du magnétisme rémanent au moment de l'interruption

Fig.im.

Fig. liS.

du circuit, l'armature prend une position verticale; mais, selon que le courant marche dans un sens ou dans l'autre, elle inclinera vers la droite ou vers la gauche.

H est superllu d'ajouter que toutes ces dispositions peuvent êlrr interverties , c'est-à-dire que les électro-aimants peuvent être rendus mobiles. M. du Moncel y voit des inconvénients, parce que, dit-il, cela oblige à mettre en mouvement les pièces les plus lourdes ; mais, d'après M. Gloesener, la force augmente, et dans certains cas cette inversion peut être d'un grand avantage. La figure 120 présente la disposition proposée par M. Gloesener.

Fig. m. Fig. !«. Fig. 1*8.

H. Cecchi recommande l'emploi d'un autre genre d'armature* pour la télégraphie électrique. Elles consistent en un électro-aimant de la forme indiquée dans la figure 127, articulé entre les quatre pôles de deux aimants permanents en fer à cheval. En faisant en sorte que cette articulation ait lieu sur deux points dans les deux extrémités des cubes qui sortent de l'hélice, el dans la prolongation de l'axe de celle-ci, on parvient à obtenir que le poids de l'hélice n'ait aucune influence sur le mouvement de ladite armature, el l'on profite de tout le pouvoir d'aimantation dont est susceptible le fer, sans avoir à redouter la désaimantation à laquelle sont exposées les armatures d'acier aimanté.

Dans l'électro-aimant creux de la figure 100, l'impulsion qui attire le fer doux de l'armature est due aux actions réciproque du courant électrique el des courants magnétiques engendrés dan? cette armature; on pourra donc, comme nous l'avons expliqw

plus haut, remplacer le fer par une seconde hélice où le couranl électrique marche dans le môme sens/ Se fondant sur ce principe, M. Siemens a construit des électro-moteurs à un seul électro-aimant munis d'armatures de ce genre (iig. 128); mais, pour éviter le frottement et l'usure de la matière isolante, il a recouvert l'hélice avec un cylindre métallique très-mince.

Comme, d'un coté, l'étude des électro-aimants est fort intéressante, et comme, de l'autre, il ne. nous est pas possible de nous y arrêter longuement dans ce résumé, nous recommandons a nos lecteurs de lire à ce sujet ce qu'a écrit 31. du 3îoncel dans ses excellents ouvrages : Exposé des applications de l'électricité, et Étude du magnétisme et de Péleetro -magnétisme. Nous ne terminerons pas cependant ce chapitre sans faire connaître une nouvelle espèce d'électro-aimants dont on n'a fait mention dans aucun des livres publiés jusqu'à présent, mais qui a occupé récemment l'attention de plusieurs membres de l'Académie des sciences de Paris, et dont ont parlé plusieurs journaux scientifiques.

Bobines sans fil recouvert de soie. Les fils métalliques qui composent les hélices dynamiques généralement en usage, dit M. Bonelli, doivent être plus ou moins gros et plus où moins longs, selon les phénomènes que l'on veut produire et la force que. l'on emploie; il faut quelquefois donner aux bobines une grande longueur et le plus petit diamètre possible aux fils métalliques; mais ceux-ci, qu'on les recouvre de soie ou de coton, sont excessivement chers, et c'est là une des causes qui rendent difficiles les applications pratiques de l'électricité. D'un autre côté, il y a une certaine limite dans la ténuité des fils, qu'on n'a pu dépasser, malgré toute l'importance qu'il y aurait à y parvenir, car on ouvrirait de nouvelles routes à l'étude de l'électricité. M. Bonelli croit avoir résolu le problème dans ses deux parties; c'est-à-dire qu'il croit pouvoir réussir à construire à bas prix les bobines pour les machines électroMnagnétiques, et à donner aux fils une finesse infiniment supérieure à celle des fils les plus

27tt L'ÉLECTRICITÉ ET LES CHEMINS DE F EH.

Que l'on suppose, par exemple, une feuille ou bande de papier AB ifig. 129) de la largeur d'une bobine ordinaire ou du cadre d'un galvanomètre, et sur laquelle, par un des moyens

connus, on trace des lignes métalliques aa\ bb\ cd,dd'; ces lignes restent isolées les unes des autres par le papier même où elles sont tracées, et un courant électrique pourra les parcourir séparément el dans toute leur longueur s'il y a continuité dans le métal dont elles * sont formées. Si l'on enroule le pa-

pier sur un cylindre creux ou sur un cadre et si l'on fait communiquer toutes les extrémités abcd entre elles et avec un des pôles d'une pile, pendant que les quatre autres extrémités a'b'cfd' communiqueront avec le pôle opposé, on obtiendra le môme effet qu'avec un fil dont la section serait égale à la somme de ces lignes, et dont la longueur égalerait celle de la bande de papier. Si. au contraire, on laisse en dehors l'extrémité intérieure de la bande où sont les bouts a'b'dd\ si l'on réunit a' avec b\ b avec c, c' avec d\ cl si Ton établit la communication entre le bout i et l'un des pôles de la pile, et entre le bout d et l'autre pôle, le courant passera successivement par toutes les lignes, en mai chant toujours dans le môme sens ; et il produira le môme effet qu'un seul fil mince dont la section serait égale à celle d'une des lignes et la longueur équivalente à la somme de toutes.

D'après l'auteur de celle idée, on peul donner aux lignes et aux intervalles qui les séparent une épaisseur d'un millimètre et moins encore, de manière à pouvoir en tracer quarante ou cinquante dans la largeur d une, bobine ordinaire. I.e papier qui reste sous les lignes métalliques et entre elles les maintient parfaitement isolées, et, comme il peut être très-fin et enroulé d'une manière très-serrée, on parviendra à faire entrer un nombre considérable de spires métalliques dans un petit volume.

M. Bonelli a construit un galvanomètre et un électro-aimant qui, dit-il, fonctionnent merveilleusement; et il s'occupe de fixer

au moyen du calcul les lois qui doivent présider à la construction des appareils électriques d'après son système.

M. Piallat prétend qu'un an avant que l'invention de M. Bonelli fût annoncée à l'Académie des sciences, il avait tenté de construire des bobines en se fondant sur le même principe. Au lieu de la bande de papier, il s'était servi de gutta-percha en feuilles très-minces et en avait entouré le barreau de fer doux qui devait former l'électro-aimant ; ensuite il enroula ensemble deux fils, 1 un en cuivre, et l'autre, un peu plus gros, en zinc, et, une lois le cylindre entièrement couvert, il déroula le fil de zinc et laissa celui de cuivre, de manière que toutes les spires étaient isolées entre elles; il appliqua dessus une autre feuille de gutta-percha, et, en enroulant le lil de cuivre, il eut soin que les tours entrassent dans les creux laissés par le fil de zinc. M. Piallat, tout en prétendant son procédé applicable et même susceptible de donner d'excellents résultats, avoue qu'il ne fut pas heureux dans son premier essai, car, au bout de deux ou trois mois, le passage de l'électricité détériore la gutta-percha. En sera-t-il de même avec le papier de M. Bonelli? L'expérience ne tardera pas à nous le dire.

Enfin, l'abbé Fauvel emploie avec succès, depuis trois ans, à ce qu'il paraît, une méthode économique pour la construction des électro-aimants. Il prend un lil de cuivre et un fil en bourre de soie ou de coton de même grosseur que le lil métallique; il les enroule parallèlement sur la bobine ou cylindre creux, de manière que chaque tour de soie ou de coton se trouve interposé entre deux tours de fil métallique ; avant de faire une seconde couche de spires, il couvre l'hélice avec une bande de papier imbibé d'une dissolution de gomme laque ; et il obtient de cette manière un parfait isolement. On peut supprimer le bain de iiomme-laque, parce quele papier isole suffisamment, et, comme le coton ou la bourre de soie n'ont qu'une valeur minime, le prix d un électro-aimant ainsi construit dépasse à peine celui du fil de cuivre seul.