CHAPITRE V

Tous les phénomènes qui constituent une science ont sans doute entre eux un certain rapport plus ou moins grand qui les rend inséparables les uns des autres; et, si l'on remarque entiv quelques-uns une différence qui permet ou plutôt qui obligea les considérer isolément, en établissant une ligne de division tranchée, cela est, à noire avis, une conséquence du manque de faits observés jusqu'à présent, et du peu de continuité qui existe dans la chaîne immense de ces sciences ; chaîne qui, s'il était possible de la compléter un jour, nous ferait passer insensiblement d on chaînon à l'autre, sans ces secousses violentes qui mettent à l'éprouve notre intelligence et élèvent soudainement une barrière qui l'arrête dans sa marche, jusqu'à ce que l'étude ou le hasard, ajoutant un nouvel élément, lui permette de faire un pas de plus.

I. électricité, malgré le grand nombre de faits dont elle s'est enrichie dans ces dernières aimées, offre plus que toute autre science cette solution de continuité qui, il n'y a pas longtemps permettait a peine d établir 1 identité du fluide développé parle frottement awv le fluide |>ar\\HiraiU les rhéophores d'une pile; qui maintenant encore nous laisse dans le doute relativement à \ identité oviM ml entre i êUiricité cl le magnétisme; qui entin A Iain>c pendant huit ans bole cl sans explication plausible le nvunéliMne développe jvu la rotation. Aujourd'hui encore on est

forcé de séparer l'étude de ses phénomènes de l'étude de ceux que nous avons fait connaître en parlant de l'électricité par influence, et de ceux que nous avons observés plus tard dans l'aimantation par les courants électriques, bien que tous reconnaissent pour principe la môme cause.

Dans le chapitre premier, en parlant des sources de l'électricité, nous avons indiqué comme l'une des plus puissantes l'induction électrique, qui provient, soit de l'électricité elle-même, soit du magnétisme, et est une véritable électricité par influence ; mais nous avons dû ajourner l'étude de cette partie jusqu'à ce moment, tant à cause de la place qu'elle occupe dans la chronologie de la science que parce qu'il était nécessaire auparavant de donner quelques notions sur les matières traitées dans les chapitres précédents.

La création de cette branche des connaissances humaines est due, sans aucun doute, à Faraday, qui, le premier, établit, par ses découvertes, les principes fondamentaux de plusieurs faits déjà connus, mais inexpliqués. C'est pourquoi nous commencerons ce chapitre par l'énonciation des phénomènes observés par le physicien anglais en 1832, nous réservant de parler plus tard de ceux que, depuis 1824, avait étudiés M. Arago : l'action qu'exercent sur l'aiguille aimantée les corps en mouvement.

Si l'on place parallèlement à côté l'un de l'autre deux fils métalliques isolés ABet CD (fig. 130), le premier en communication avec les pôles d'une pile P, et le second avec les extrémités d'un galvanomètre Af, qui permette de juger, par les déviations de l'aiguille , du mouvement électrique qui s'est opéré dans le fil, on observera les phénomènes suivants : au moment où l'on établit le courant électrique dans le fil AB, l'aiguille du galvanomètre éprouve une déviation; après quelques oscillations, elle revient à la position d é-

.Fig. 150.

quilibre, et reste sur le zéro tant que le courant constant circule par AB; mais, aussitôt que Ton interrompt la communication entre le fil AB et la pile, c'est-à-dire quand le courant cesse, l'aiguille du galvanomètre éprouve une nouvelle dérivation, mais en sens contraire. Faraday appelle induction électrodynamique le pouvoir que possèdent les courants électriques d'exciter dans un corps conducteur très-rapproché, mais isolé, les efFels que nous venons de décrire; il a donné le nom de courant inducteur à celui que produit la pile et qui parcourt le fil AiJ, et celui de courants induits à ceux que Ton observe dans le fil CD. Si Ton examine la direction des courants induits, on voit qu'ils marchent en sens contraire du courant inducteur, quand on établit ce courant et qu'il commence à parcourir le fil AB ; et qu'ils vont dam la môme direction, quand on rompt le circuit.

On peut donc résumer l'effet observé en disant 'qu'un courant électrique inducteur peut développer un courant électrique induit sur un conducteur isolé très-rapproché, au moment de commencer ei de finir; le courant induit, dans ce dernier cas, marche dans la même sens que le courant inducteur, et en sens inverse, au contraire, quand le courant inducteur commence.

L'exemple que nous avons présenté, très-propre, par sa simplicité, à faire connaître le phénomène, n'est pas celui qui convient le mieux pour expérimenter les effets de l'induction, car les courants induits seraient trop faibles, et ne pourraient être étudiés convenablement. Pour rendre cette étude possible, on enroule autour d'un cylindre de bois deux fils métalliques recouverts de soie, de manière à en faire deux hélices parfaitement semblables et dont les spires soient parallèles et aussi rapprochées que possible (fig. 131). On met en communication les deux bouts de l'une des hélices avec un galvanomètre, et ceux de l'autre avec les deux pôles d une pile; et, aussitôt que l'on ferme le circuit de celle-ci, on voit se produire les phénomènes déjà énoncés, mais avec une intensité beaucoup plus grande.

On peut encore procéder d'une autre manière : on enroule autour d'un tube de bois ou de verre un seul fil de métal recouvert de soie, dont les deux bouts communiquent avec les exln -

mités du fil d'un galvanomètre; on introduit ensuite le plus rapidement possible dans le tube un cylindre électro-dynamique, c'est-à-dire une hélice traversée par un courant électrique, et on la retire de même. Au moment de l'introduction, on obtient dans L'hélice extérieure un courant d'induction dirigé en sens contraire de celui du cylindre électro-dynamique; et, quand on retire ce cylindre, on obtient un second courant dirigé dans le même sens que le sien. Pour que ces deux courants soient sensibles, il faut, comme nous l'avons dit, introduire et retirer très-précipitamment le cylindre électro-dynamique, et môme avec cette précaution il

Fig. 131. Fig. 132.

est impossible de créer instantanément les courants, comme on y parvient avec la première des deux méthodes, où l'on établit et interrompt le circuit ; c'est ù celte différence qu'est due sans doute aussi celle que l'on observe dans les courants produits par l'un ou l'autre moyen : dans le premier cas, ils sont vraiment instantanés, tandis que, dans le second, ils ont une durée sensible.

M. Matteucci a imaginé un appareil (fig. 15*2) au moyen duquel non-seulement on peut faire l'expérience en ouvrant et en fermant le circuit de la pile et en approchant le fil inducteur du lil induit; mais, au lieu de l'électricité dynamique, on peut employer l'électricité statique et faire usage de bouteilles de Leyde au lieu de piles voltaïques. Cet appareil consiste en deux disques ou plateaux de verre avec des cadres de laiton, portés sur des pieds A et B, de manière qu'on peut les approcher l'un de Tau-

tre à volonté. Sur la face antérieure du plateau A, on place uu fil de cuivre isolé, enroulé en spirale, dont les deux bouts passent à travers le plateau en c et (/, et se terminent en deux pince» ou vis, où l'on engage les fils métalliques qui doivent mettre en communication la spirale avec la pile ou la bouteille de Leyde. Sur le disque B il y a un autre fil de cuivre en spirale, disposé de la môme manière, et dans les pinces qui terminent les deui extrémités on engage les fils qui doivent faire passer le couranl induit par le galvanomètre ou par Télectroscope.

L'analogie qui existe entre les propriétés des aimants et celles des cylindres électro-dynamiques, ilit M. de la Rive, fit supposer à Faraday qu'on obtiendrait les mêmes résultats en introduisant dans l'intérieur de l'hélice creuse (fig. 131) un aimant au lieu d'un cylindre électro-dynamique. C'est ce qui arriva en effet, et on eut un résultat inverse de celui que nous avons fait connaître dans, le chapitre précédent, où nous avons vu qu'au moyen de l'électricité on obtenait des aimants; Faraday, au moyen d'un aimant, est parvenu à développer un courant électrique, et découvrit ainsi une source nouvelle de fluide électrique, et une analogie de plus entre l'électricité et le magnétisme. Kour faire cette expérience, on prend un cylindre creux AfiV, en bois ou en carton (fig. 153), autour duquel est enroulée une hélice formée

d'un seul fil de cuivre assez long, re- JT M couvert de soie, dont les bouts sont

en communication avec un gai va- • nomètre.Sil'on introduit un aimant par l'une des extrémités de l'hélice, l'aiguille du multiplicateur éprouve immédiatement une déviation, qui Fig. 133. ensuite cesse, et ne se reproduit pas

tant que l'aimant reste immobile; mais un nouveau courant d'induction se manifeste, en sens inverse du premier, au moment où l'on retire le barreau aimanté. Si l'on examine le sens des courants d'induction par rapport aux pôles de l'aimant, on voit qu'il s'accorde parfaitement avec la théorie 'd'Ampère, et que si, au lieu d'un aimant, on introduisait

NDUCTION ÉLECTRO-DYNAMIQUE. 285

le solénoîde dont on le suppose formé, la direction serait la même. Quand le barreau aimanté que l'on emploie est suffisamment énergique, les courants induits sont beaucoup plus forts que ceux produits par les courants électriques inducteurs.

On peut employer un autre procédé beaucoup plus commode et plus énergique, fondé sur les principes déjà énoncés de 1 électro-magnétisme, car il est très-difficile d'introduire et de retirer l'aimant avec la promptitude nécessaire. Cette méthode consiste à introduire un cylindre de fer doux a l'intérieur d'une hélice ou bobine, dont les deux bouts communiquent avec le galvanomètre. Au moment même où l'on approche de l'une des extrémités du cylindre le pôle d'un barreau aimanté, on observe dans le galvanomètre les effets d'un courant induit, qui cessent immédiatement et se présentent en sens contraire au moment où l'on retire le barreau aimanté.

On peut faire aussi l'expérience avec la double hélice, c'est-àdire, avec un courant inducteur provenant d'une pile, et en conservant en même temps à l'intérieur le cylindre de fer doux. Les effets sont alors beaucoup plus énergiques, parce que le courant qui traverse une des hélices non-seulement détermine directement dans l'autre un courant d'induction, mais il aimante en môme temps le fer doux, qui, par celte raison, détermine aussi un courant dans le même sens, mais beaucoup plus fort, qui s'ajoute au courant direct. Quand le courant cesse, le fer est désaimanté, et la double action se produit sur le til induit.

Pour se convaincre de l'énergie que donne aux courants induilsl'aetion du fer doux, il suffit de le retirer du cylindre creux, où sont les deux hélices; celles-ci produisent seules les effets d'induction, mais beaucoup plus faibles.

Dans le cours de ses observations, Faraday a démontré un nouveau fait, auquel on devait s'attendre, une fois que l'action des aimants sur les conducteurs en hélice était devenue chose évidente. H consiste dans la production de courants électriques d induction par la force magnétique du globe, de la même manière que les développe l'action d'un aimantou d'un autre courant électrique. Nous ne nous arrêterons pas ù décrire les expériences

au moyen desquelles le physicien anglais a démontré ce fait; nous dirons seulement qu'elles prouvent d'une manière évidente que le globe terrestre agit comme pourrait le faire un fort aimant placé à l'intérieur de la terre dans la direction de l'aiguille d'inclinaison ; ou comme une bande de courants électriques dirigés de l est à l'ouest autour de l'équateur magnétique. Il résulte aussi de ces expériences que le magnétisme terrestre développe des courants électriques sur les corps en mouvement avec une telle facilité, qu'il faut en déduire une conséquence qui, de prime abord, semble extraordinaire, c'est qu'un corps conducteur quelconque ne peut se mettre en mouvement sur la surface du globe sans qu'il en résulte dans sa masse des courants d'induction.

L'intensité des courants induits dépend de diverses circonstances ; mais principalement de la longueur et du diamètre des fils des hélices, et de l'énergie de l'aimant ou du courant inducteur ; points sur lesquels, dans l'état où se trouve la science, il n'est possible de donner aucune règle précise. En général, il est avantageux de se servir de fils très-longs et môme de joindre bout à bout plusieurs hélices; mais alors il faut, quand ce n'est pas avec un aimant qu'on fait l'induction, employer un courant inducteur provenant d'une pile composée d'un grand nombre de couples. La détermination de ces données varie avec la nature des effets, par conséquent avec celle des conducteurs que doivent traverser les courants induits, et aussi avec la longueur et le diamètre du fil du galvanomètre qui sert à les observer.

Les phénomènes d'induction que nous avons étudiés jusqu'à présent sont ceux que produit un courant électrique sur un conducteur très-rapproché de celui qui donne passage à ce courant; mais l'expérience a démontré que les courants d'induction peuvent se produire sur le conducteur même qui transmet le courant inducteur. M. Henry, de Princeton, en Amérique, avait observé que, quand on réunit les pôles d'une batterie au moyen d'un fil de cuivre et de deux capsules remplies de mercure, on obtient une étincelle brillante au moment où l'on rompt le circuit, si le lil a quelques mètres de longueur. M. Jenkins avait aussi remarqué, de son côté, le môme effet quand on réunit les deux plaques d'un

INDUCTION ÉLECTRO-DYNAMI(JUE. 285

électro-moteur, c'est-à-dire d'un simple couple, au moyen d'une hélice enroulée autour d'un cylindre en fer doux; tandis qu'il ne se produit aucun effet quand les plaques sont réunies par un simple fil de cuivre.

A la suite de longues études expérimentales, Faraday put démontrer que cet effet provient delà présence d'un courant induit au moment où l'on rompt le circuit; courant qui, provenant d'un seul couple, est capable, si on le dispose convenablement, de rougir et même de fondre un fil de platine, de décomposer l'eau, et de faire dévier l'aiguille du galvanomètre. On a donné à, cette espèce d'induction le nom d'induction d'un courant sur luimême, et le courant induit a reçu celui à' extra-courant. Il suffit de se rappeler que l'extra-courant se produit au moment de la rupture du circuit pour être en droit de supposer que sa direction sera la même que celle du courant inducteur; il en est ainsi en effet; fquant à l'extra-courant qui doit se produire en sens contraire du courant inducteur, il ne peut être aperçu, parce qu'il parcourt le môme circuit, et il ne se développe qu'au moment où le courant inducteur est déjà établi ; il doit cependant produire un effet: celui de diminuer un peu, dans les premiers moments, l'intensité du courant inducteur. L'expérience parait avoir confirmé cette dernière supposition, dit H. de la Rive, dont l'ouvrage nous a fourni la plupart des passages que nous venons d'insérer. Ce physicien s'est servi de l'extra-courant pour augmenter la tension électrique de son élément voltaïque, et a construit un appareil, qu'il nomme condensateur électro-chimique, au moyen duquel il décompose l'eau avec un élément de Daniell qui, seul, ne produirait aucun effet.

Fig. m.

L'appareil consiste (fig. 134) en un cylindre de fer doux, qui

m L'ÉLECTRICITÉ ET LES CHEMINS DE FER.

se place à l'intérieur d'un autre cylindre creux en bois, autour duquel on enroule un gros fil métallique recouvert de soie. Près du cylindre et en communication avec le fil métallique se trouve une lige de cuivre tt' avec un marteau de fer a, qui est attiré par le cylindre de fer doux au moment où le courant, passant par l'hélice, l'aimante; la tige de cuivre étant entraînée parle marteau, le circuit s'interrompt, et il se produit dans le fil un courant d'induction qui traverse la pile et qui, réuni au courant de celle-ci, passe au voltamètre et décompose l'eau. Si l'on interrompt le circuit, le fer perd son magnétisme et laisse libre le marteau de fer a, qui descend avec la tige de cuivre et va fermer le circuit.

Les courants inducteurs, en déterminant dans les conducteurs soumis à leur influence un courant induit, déterminent aussi des effets très-prononcés d'électricité statique, tels que les étincelles à distances, les commotions, la charge d un condensateur, etc.; de manière que le courant d'électricité dynamique se transforme pour ainsi dire en électricité statique. Ce fait très-important a été indiqué par Faraday et démontré de la manière la plus évidente par les expériences de MM Masson et Breguet.

Parmi les observations faites par ces deux physiciens, nous en mentionnerons une très-remarquable, à savoir que, pour obtenir des signes de tension électrique, il n'est pas nécessaire de se servir des deux extrémités de la môme hélice ou bobine. Soient deux bobines, l'une traversée parle courant inducteur, et l'autre, bien isolée, placée très-près de la première : on éprouve une vive commotion en prenant un bout du fil de la première bobine elle bout contraire de la seconde. Cette expérience, dit M. de la Rive, prouve que les deux fils, au moment de l'interruption du circuit, sont dans les mômes conditions que deux bouteilles de Lcyde chargées, à moins que la soie qui entoure les fils des bobines ne se charge d'électricité statique, qu'elle peut conserver en vertu de sa faculté isolante. Nous adoptons cette dernière hypothèse, nous fondant sur les observations du vicomte du Moncel et sur celles que nous avons faites nous-môme avec l'appareil de Ruhmkorff* qui, comme nous le verrons en en donnant la description,

se compose des deux hélices employées par MM. Masson et Breguet, dans les mômes conditions, mais mieux disposées, de manière à rendre les effets plus énergiques.

M. du Moncel, dans sa Notice sur V appareil de Ruhmkorff, a parlé le premier d'un fait observé sans doute par tous ceux qui se sont servis de cet appareil : c'est que les deux extrémités du conducteur en hélice traversé par le courant induit n'ont pas la môme tension ; car l'extrémité intérieure peut être touchée impunément sans qu'on observe aucun phénomène, tandis que l'extrémité extérieure donne des étincelles et produit de fortes commotions quand on lui présente un corps conducteur sans loucher aucun autre point du circuit, ni même le fil inducteur, comme le faisaient MM. Masson et Breguct; par conséquent, on n'a que faire de supposer les deux fils conducteurs dans les mêmes conditions que deux bouteilles de Leyde chargées. Le fait d'une tension inégale dans les deux extrémités du fil que parcourt le courant induit, fait qui ne s'expliquait pas d'une manière satisfaisante, d'après M. du Moncel, a élé éclairci, croyons-nous, par un autre fait observé dans les expériences en grand que nous avons faites pour notre système de signaux électriques sur le chemin de fer d'Almansa. Nous ne pouvons entrer dans les détails de l'expérience ni dans les considérations auxquelles elle donne lieu ; cela a été fait dans un travail spécial, et nous nous contenterons de dire maintenant que nous avons obtenu à l'extrémité intérieure de la bobine induite une tension aussi considérable que dans l'extrémité extérieure, et capable de produire les mêmes effets et avec la même intensité : il suffît pour cela d'augmenter la longueur du corps conducteur que l'on présente au pôle intérieur; c'est-à-dire, que l'inégalité de tension des deux extrémités ne dépendait que de la disposition donnée aux appareils : ce quia été confirmé par un travail de M. Laborde, lequel assure avoir construit les siens de telle sorte, que la tension est égale dans les deux pôles, quand le fil induit est enroulé de façon que ses deux extrémités sont à une distance égale, pour ainsi dire, jdu centre d'induction. Ce résultat est parfaitement d'accord avec le fait que nous avions observé et avec la théo-1

rie que nous avions imaginée pour expliquer le phénomène1.

Nous avons dit que M. Henry, l'un de ceux qui se sont le plus occupés, de l'étude de l'induction après la découverte de Faraday, fut le premier qui observa l'induction d'un courant sur lui-même; mais ce qu'a surtout étudié le physicien américain, c est le développement des courants "d'induction par les courants induits eux-mêmes. Pour obtenir ce développement, il se servit de plusieurs spirales plates, dans la forme représenfée par la figure 155

Kig. 155.

La première spirale a conduit l'électricité d'une pile, et produit un courant induit de premier ordre dans la spirale b% lequel passe aussi parla spirale c, car leurs quatre extrémités sont réunies deux à deux, et produit un courant induit de second ordre en d; ce courant, en passant pare, en développe un autre de troisième ordre en et on peut ainsi prolonger la série des courants, quoique leur intensité décroisse rapidement à mesure qu'ils sont d'un ordre plus élevé. M. le professeur Abria a complété ces investigalions, surtout dans la partie relative à l'intensité et à la direction des courants, qui, comme les courants induits de premier ordre, sont toujours en sens contraire de ceux qui les font naître quand on ferme le circuit, et vont dans le même sens quand on l'interrompt.

Avant d'expliquer la théorie de l'induction, nous indiquerons brièvement le résultat des travaux de H. Dove sur les courants d'induction, et particulièrement sur l'influence qu'exercent sur eux la nature et la disposition des masses métalliques que l'on

1 Yoyex plus loin la description de l'appareil de Ruhmkorff.