MAGNÉTISME PAR ROTATION

Parlons maintenant àumagnétisme par rotation, fait qui, comme nous l'avons indiqué, était connu avant la découverte de Faraday. La première expérience qui a démontré que le mouvement est un moyen de développer le magnétisme ou des courants électriques dans tous les corps (action qu'on ne doit pas confondre avec celle découverte par Coulomb, et dont nous avons parlé dans troisième chapitre) est due à l'illustre Arago. Les phénomènes dont nous allons nous occuper sont dus exclusivement au mou vement, c'est-à-dire à la position différente qu'occupe la cause qui agit par rapport au corps sur lequel elle exerce son action ; ils ont reçu le nom de magnétisme par rotation, nom qui provient de la manière dont ils furent mis en évidence.

Arago observa d'abord qu'en faisant osciller une aiguille aimantée, librement suspendue dans une cage de cuivre circulaire, dont le fond et les rebords étaient très-rapprochés de l'aiguille, l'amplitude des oscillations diminuait rapidement, et

celles-ci cessaient assez vite, comme si le milieu dans lequel elles s'opéraient était devenu plus dense ; mais il s'aperçut en même temps que le cuivre n'influait pas sur la durée, mais seulement sur l'amplitude de l'oscillation. Faisant osciller ensuite l'aiguille aimantée sur des plans de substances différentes et à des distances variables, il observa un autre fait que Seebeck a confirmé, à savoir que la distance diminue considérablement l'intensité de Teflet, et que les métaux agissent plus énergiquement que le bois, le verre, etc.

A cette expérience en succéda une autre dans le but de s'assurer si la plaque qui avait la propriété de diminuer l'amplitude des oscillations sans en altérer la durée n'entraînerait pas l'aiguille avec elle lorsqu'on la mettrait en mouvement. Arago vérifia aussi ce fait, en se servant de l'appareil représenté dans la figure 137, et qui consiste en un disque de cuivre AB> sur lequel on suspend une aiguille aimantée au moyen d'un fil sans torsion, de manière que le centre de l'aiguille corresponde exactement au centre du disque : si l'on fait tourner celui-ci après avoir interposé une plaque de verre ou une feuille de carton, pour que l'air agité par le mouvement du disque n'influe pas sur l'aiguille, on observe que celleci dévie de sa position normale dans le sens du mouvement, et forme avec le méridien magnétique un angle plus ou moins grand, selon la vitesse de rotation donnée au disque. Si le mouvement est très -accéléré, l'aiguille finit par Fig. 137.

tourner avec le disque lui-même.

D'après les observations d' Arago, confirmées plus tard par MM. Babbage, Herschell, Harris, Barlow et autres, qui se servirent d'une méthode différente, la force diminue rapidement

m> L'ÉLECTRICITÉ ET LES CHEMINS DE FER.

avec la distance de l'aiguille au disque, dans un rapport plus grand, à ce qu'il paraît, que le carré de cette distance; les angle* de déviation sont entre certaines limites proportionnelles à la \i tesse, et l'on diminue considérablement la puissance du disque de cuivre en le sillonnant de fentes dans le sens de ses rayons. Ces solutions de continuité, qui altèrent à peine la masse, influent cependant beaucoup sur l'intensité de l'action; au point qu'un léger disque de cuivre, suspendu sur un fort aimant en rotation, accomplissait six révolutions en 55", tandis que, incisé en huit endroits dans la direction des rayons, il mit 121" pour accomplir le même nombre de révolutions. Les parties séparées ayant été ressoudées avec de Tétain, le disque put opérer les six révolutions en 50", c'est-à-dire à peu prés dans le môme espace de temps qu'avant les coupures.

Un des physiciens qui ont le plus travaillé sur ce sujet, M. Harris, a trouvé non-seulement de grandes différences entre les corps quant à la faculté qu'ils possèdent d'entraîner l'aiguille, mais aussi quant à la propriété qu'ils ont d'intercepter cette action, et il a reconnu que le fer et en général les substances magnétiques, ne sont point les seules qui puissent ainsi arrêter l'effet du magnétisme par rotation.

L'observation d'un autre fait des plus importants sur cette matière est duc à MM. Ampère et Colladon, qui ont découvert que, dans toutes les expériences du magnétisme par rotation, on pouvait substituer à l'aimant une hélice traversée par un cou rant électrique, ce qui établit une nouvelle analogie entre le fluide électrique et le fluide magnétique.

M. Barlow a étudié l'action qu'exerce sur l'aiguille aimantée une sphère de fer creuse ou pleine en mouvement, et les effets obtenus dépendent de l'influence combinée qu'exercent sur la sphère le magnétisme terrestre et l'aiguille aimantée. Mais le fait le plus important établi par le même observateur est la grande différence qu'on remarque dans l'action, selon que la sphère est pleine ou creuse. Cette différence est complètement nulle quand le globe et l'aiguille sont en repos, ce qui provient, comme nous l'avons déjà dit, de ce que la force magnétique ordinaire est ton'

entière concentrée à la surface ; mais, dès qu'il y a mouvement, il n'en est plus de même. (Delà Rive.)

Avant la découverte de Faraday, on avait imaginé plusieurs théories pour expliquer les phénomènes du magnétisme par rotation; entre autres, M. Poisson, qui avait déjà soumis à l'analyse mathématique les travaux de Coulomb sur le magnétisme et avait tenté d'expliquer les nouveaux phénomènes par la môme théorie; mais maintenant, comme nous l'avons dit, on peut les expliquer par les effets de l'induction.

Quand un disque de cuivre tourne au-dessous d'une aiguille aimantée mobile autour de son centre, des courants d'induction prennent naissance dans le disque en différents sens. Dans les parties qui s'éloignent des pôles, les courants sont directs, et, dans celles qui s'en rapprochent, ils sont inverses ; mais les actions sont très-compliquées, car il doit y avoir des courants dans un grand nombre de sens. L'action combinée de ces courants sur l'aiguille mobile tend à lui donner un mouvement que l'expérience a démontré être dans le sens où tourne le disque.

Faraday a constaté, le premier, au moyçn d'expériences, qu'il y avait des courants électriques dans le sens des rayons du disque. Pour cela, il a fait tourner un disque de cuivre entre les pôles d'un aimant très-puissant (fig. 138), et, mettant en contact les deux bouts du fil d'un galvanomètre, l'un avec le centre, et l'autre avec la circonférence du disque, il a obtenu un courant électrique continu.

MM. >Tobili et Antinori ont établi aussi par des expériences l'existence de courants électriques induits dans plusieurs sens. A cet effet, ils ont, fixé aux deux extrémités du fil d'un galvanomètre deux fils amincis par le bout, et les ont appliqués sur différents points du disque mis en mouvement, afin de constater ainsi les courants qui passent par ces points. Cette expérience a démontré que, dans les parties du disque qui se trouvent sous l'influence magnétique, il se développe

Fig. m.

un système de courants contraires à ceux de l'aimant, et, dans les autres, un système de courants ayant la môme direction que ceux de l'aimant, et, par conséquent, contraires aux premiers.

M. Matteucci a analysé le phénomène dans ses différentes conditions, mais d'une manière plus complète que MM. Nobili et Antinori. La méthode employée parce physicien consiste à faire tourner verticalement un disque de%cuivre bien aplani, sous l'influence des deux pôles d'un électro-aimant dont les branches horizontales aboutissent très-près du disque, mais sans contact; puis à toucher ses dilTérents points avec des conducteurs ou des sondes communiquant avec les deux extrémités du fil d'un multiplicateur. Les résultats qu'il a obtenus sont représentés dans la ligure 159;

N et S indiquent la position des deu.\ pôles de l'aimant tixe. Après avoir démontré que le disque est maintenu par induction dans le même état électrique qu'une lame métallique en communication avec les deux pôles d'une pile, il rencontre dans le disque, comme dans la lame, des lignes de courant nul, indiquées dans la ligure par les numéros 1, 2, 3, 4 et 5. (les lignes de courant nul se contournent près des bords de la lame, de manière à les couper tonjours normalement. Quant aux courants électriques, soit les lignes où les sondes accusent le maximum d'électricité, ils coupent toujours normalement les lignes de courant nul, et sont représentés dans la figure par des lignes ponctuées. La ligne circulaire n° 6 sépare les deux états électriques opposés, el M. Matteucci l'appelle ligne neutre et d'inversion; elle est analogue à la ligne droite qui, dans le cas d une lame traversée par un courant électrique, coupe par le milieu la ligne qui joint les pôles de la pile. EF est une autre ligne neutre qui se déplace proportionnellement à la vitesse du mouvement giratoire.

11 est facile de comprendre maintenant l'influence qu'exercent sur les phénomènes du magnétisme par rotation les solutions de

Fig. r. i.

INDUCTION ÉLECTRO-DYNAMIQUE. 29î»

:ontinuité du disque; si elles diminuent d'autant plus l'action {u'elles sont plus nombreuses, c'est qu'elles s'opposent à la cirulation des courants d'induction, et en modifient ainsi le nomare et la direction; il suffit, en effet, nous l avons dit, de remplir les interstices du disque avec un métal conducteur pour rétablir les circuits interrompus.

Quant à la différence de force observée entre des disques de divers métaux, elle s'explique également par la différence qui existe entre eux comme conducteurs, et, conséquemment, par le plus ou moins de facilité qu'ils présentent à la circulation des courants induits. Faraday a confirmé cette explication par des expériences, et M. Christieest parvenu à déterminer le pouvoir conducteur des différentes substances d'après la force avec laquelle chacune d'elles entraine l'aiguille magnétique dans son mouvement de rotation.

De même que nous avons terminé les chapitres respectifs de l'électricité statique et de l'électricité galvanique par la description des générateurs électriques fondés sur les principes qui y avaient été expliqués, de même nous terminerons celui-ci par la description des appareils magnéto-électriques, ou générateurs de l èlectricité où ce fluide se développe par l'induction des aimants ou des courants électriques; mais, auparavant, nous ferons connaître quelques appareils accessoires qui sont pour ainsi dire des organes essentiels des machines d'induction et de la plupart des applications de l'électricité. Les principaux sont les rliéotomes ou interrupteurs des courants, et les rhéotropes, inverseurs ou commutateurs.

RI1É0TOMES OU LNTERRUPTfclHS.

1^ mot rhéotome, qui vient de deux mots grecs signifiant courant et couper, a été appliqué par les physiciens aux appareils, ou plutôt aux organes des appareils qui servent à interrompre et à rétablir un circuit ou une action électrique, soit à la main, soit par l'action même du courant. M. du Moncel, dans son Exposé des

applications de l'électricité, établit une différence entre les rhéotomes et les interrupteurs. D'après lui, les interrupteurs sont des organes qui peuvent établir ou rompre un contact métallique d'où dépend la circulation d'un courant; et les rhéolomes sont les organes de l'appareil qui servent à maintenir une action électrique quand la cause qui Fa produite cesse d'exister, ou à faire diparaitre cette action électrique quand la cause qui Ta produite subsiste encore. Quoique cette division nous semble très-juste, nous ne pouvons pas l'adopter dans notre livre, destiné à servir d'introduction explicative aux travaux et aux descriptions d'autres physiciens qui se servent indifféremment des mots intmup teiir ou rhéotome.

Les interrupteurs peuvent être conjonctifs ou disjonctifs, selon qu'ils sont destinés à établir ou à rompre le circuit ; et ils peuvent môme être disposés pour exécuter les deux choses à la fui-. Il y en a de simples et de multiples; les uns, pour fonctionner, ont besoin de la main de l'homme, tandis que d'autres agissent sous l'impulsion d'un mouvement automatique quelconque.

Le rhéotome conjonctif le plus simple que l'on puisse voir est celui que représente la figure 140. Il consiste en un ressort métallique Cfî, muni d'une tétc E, en platine s'il est possible, et en un boulon d'ivoire A, sur lequel on n'a qu'à appuyer le doigt pour que la téte E vienne toucher la pièce D, aussi en platine, et établir

Fig. 140.

Tig. 141.

une communication entre les deux (ils métalliques que doit parcourir le dburant.

La figure 141 représente un rhéotome disjonctil d'une dispoM-

INDUCTION ÉLECTBO-DYNAMIQUE. 301

ion semblable au rhéotome conjonclif que nous venons de dérire. Il suffît d'appuyer le doigt sur le boulon A pour interrompe le courant qui passe par les fds.

l'ne autre forme d'interrupteur est celle représentée dans la igure 142. Elle consiste en une roue dentée métallique, dans la- |uelle les espaces vides laissés d'ordinaire entre chaque dent sont emplispar d'autres dents en bois, ivoire, m toute autre substance peu conductrice le l'électricité. Un ressort cd appuie :ontre la circonférence de la roue, et, chaque fois qu'il touche une dent méallique, il établit le circuit en mettant communication le fil qui vient abouir à l'essieu de la roue et celui dont une extrémité est au pied du ressort.

>juand, au contraire, celui-ci se trouve en contact avec une dent de bois, il n'y a plus de communication, et, par consépent, le courant ne circule pas.

le condensateur de M. de la Rive, que nous avons déjà décrit, tel un vrai rhéotome ou interrupteur. On voit, en effet, dans la - i«' I \~k où il est représenté sous une autre forme, qu'en mettant en communication les deux extrémités du fil d'un éleclroftimant, l'une avec le pôle positif d'une pile, l'autre avec le pied d'un marteau lallique dont la téte est en fer doux, et niellant l'autre pôle en contact avec 1 pièce // qui touche le marteau /m, par action du ressort», qui pousse le leau m vers la pièce b, il s'établit un irant à travers l'hélice AB; le fer de devient magnétique, attoe le marteau m, malgré la résistance du ressort a, et le sépare Je la pièce b; le courant est alors interrompu, le fer de perd son Inar»ii Umi,,., le ressort force le marteau à se remettre en contact avec la pièce b; puis le courant s'établit de nouveau pour ^ interrompre encore, et ainsi de suite indéfiniment, tant que

Fig. 142.

Fig. 14S.

la pile fonctionne et que les contacls métalliques sont parfaits.

Nous ne finirions pas s'il nous fallait faire connaître tous les rhéotomes ou interrupteurs qu'on a imaginés, plus ou moins bons, plus ou moins compliqués, selon l'objet auxquels ils sont destinés ; nous nous contenterons de décrire encore le suivant, qui, à cause de sa simplicité et de l'énergie avec laquelle il fonctionne, est fréquemment employé dans les cabinets de physique.

Il consiste en une roue métallique R (tig. 144) dans la circonférence de laquelle se trouvent phisieurs aiguilles dont la pointe peut entrer dans le mercure d une capsule AB; ou bien, au lieu d 'un?

roue, on peut employer un essieu traversé par une aiguille; en mettant en communication les deux pôles de la pile, l'un avec le mercure et l'autre avec l'essieu ou la roue, le circuit ne se fermera que lorsqu'une des aiguilles trempera dans le mercure, et sera interrompu aussitôt que cette aiguille cessera d'y tremper, de manière qu'il suffit de mettre l'essieu ou la roue en mouvement pour établir et interrompre le courant aussi rapidement que l'on veut. "fl

Kig. 144.

RHÉOTROPES, COMMUTATEURS 01 l> VERSEURS.

e rkéo-

Les commutateurs ou inverseurs ont reçu le nom de frt»/><\<, aussi de deux mots grecs qui signifient : courant et ehen- </rr, et, comme les interrupteurs, ils peuvent varier infiniment, selon le genre d'application qu'on veut leur donner.

L'objet des commutateurs peut être, soit de faire passer k courant électrique d'un circuit à un autre, soit d'intervertir les pôles ou la direction du courant dans le même circuit.

Presque tous les interrupteurs peuvent être convertis en commutateurs au moyen de quelques légères modifications. Ainsi on voit «pie le commutateur delà figure t4Ô n'est en réalité que

l'interrupteur de la figure 140, auquel on a ajouté l'appendice métallique e, qui lui permet de toucher la pièce 0, aussi en métal.

De cette manière, le courant électrique qui part de la pile p passe par le circuit pdoe quand le commutateur se trouve dans la position que représente la figure; mais, si l'on appuie le doigt sur le bouton d'ivoire m, la pièce e se sépare de o;c et a se touchent; par conséquent, le premier circuit est interrompu, et le courant électrique passe par celui qui s'établit cn'pdcab.

La figure 1 46 représente un commutateur qui consiste en deux roues dentées, appliquées sur un cylindre ou tambour de matière isolante ; les deux roues ont les dents alternées, c'est-à-dire que les pleins ou dents métalliques de l'une correspondent aux vides ou isoloirs de l'autre; mais ces derniers sont plus petits que les pleins métalliques, et toujours plus grands que la surface des

Fig. m.

ressorts r'r", qui sont en contact avec les roues ; de cette manière, on évite que le circuit soit jamais tout à fait ouvert, et !" il se produise des étincelles par l'extra-courant, comme nous l avons vu plus haut. L'effet de ce commutateur se comprendra facilement si l'on fait attention que les ressorts ou frottoirs r et

et r" appuient toujours sur la partie métallique des roues qui ne communiquent pas entre elles, et que, quand le ressort r' est sur un vide, le ressort r" est sur une dent métallique, et vueversa, de manière que tantôt le courant passe par le circuit nr", Ar, tantôt parle circuit pr"\ Br, comme le font voir les deux positions du commutateur représentées dans la figure.

Quand on veut non pas changer le courant d'un circuit à l'autre, mais en renverser le sens, il faut disposer les rhéotropes d'autre manière.

Le premier connu de ce genre est celui d'Ampère, représenté dans les figures 147 et 148. Sur une planche TT on creuse deux rigoles rr de quelques millimètres de profondeur, et quatre cavités semblables vv'tt\ en communication diagonale par deux rubans en cuivre Iftltm', qui ne se touchent pas au croisement. Après avoir préparé ces cavités et ces rainures, on introduit lelil

H*. W. Ttf 14*

positif de la pile dans la rainure i et le fil négatif dans la rainure r : le courant ne passera pas par le circuit SZS' tant qu'on n'établira pas une communication entre chacune des deux rainnros ou rigoles et l'une des cavités rr' ou tt', où aboutissent les doux extrémités du til qui forment le cirant: mais, au inomenl on colle <x>mmunieation aura lieu, le courant passera de S à S" ou do S à S, selon la rainure avec laquelle communique chacune do> cavités. En faisant communiquer, par exemple, r avec r, et I ave» i , le courant marchera de S à S, parce que S' sera en contact avec lo pMt positif de 1* pile : si, au contraire, on veut qno lo couruttl passe de S à 5 , on devra Caire communiquer r avev l et r avec r\

INDUCTION K L E CTRO-D YN AMÏQUE. 305

Pour obtenir ce résultat, Ampère se servit de la pièce représentée dans la figure 148, qui consiste en un axe aa tournant sur les'supporls opop ; dans cet axe sont emboîtés deux leviers </</, d'il , munis à chacune de leurs extrémités d'un arc métallique qui peut entrer en même temps dans une des rainures et dans une des'cavités, mais toujours du môme coté de la plan che, de manière qu'il suffit d'incliner l'axe d'un coté ou de l'au- Ire pour établir la communication comme nous avons dit cidessus, et pour changer le sens du courant dans le circuit SZS' .

Un autre inverseur d'un emploi très-commode, dont se sert Irès-souvent M. RuhmkorlTdans la construction de ses appareils, est celui que représente la figure 149, vu de face et de coté. Il

<e compose d'un cylindre MR, en ivoire, dont la surface est en partie cpuverte par deux plaques de métal, qui ne communiquent pas entre elles ; mais chacune d'elles est en conlact métallique avec l'un des supports qui soutiennent l'axe oo du cylindre. Deux ressorts rr' appuient constamment contre les plaques de métal et sont en communication avec les deux extrémités du fd du circuit par où doit passer le courant. Or l'on conçoit que celui-ci ne circulera pas si les ressorts appuient contre la partie non conductrice de la surface du cylindre; mais il passera au moment où, le cylindre venant à tourner, les plaques métalliques se trouveront en contact avec les ressorts; et il suffira d'alterner le contact des deux plaques avec les deux ressorts pour faire varier la direction du courant, car de cette manière ce sera le support V ou le support V qui se mettra en communication, soit

3(Hi L'ÉLECTRICITÉ KT LES CHEMINS Ut FER.

avec l'un des ressorts, soit avec l'autre, et tous deux communiquent avec un pôle différent.

Le dernier des commutateurs que nous décrirons est celui de la figure 150, employé généralement sur les lignes télégraphiques des chemins de fer. Il console en deux règles de cuivre AB fixées à une planche de hois TT au moyen de deux vis bb'; ces règles ont deux de leurs extrémités réunies par une pièce CF, munie d'un manche P en ivoire ; les deux autres extrémités frottent contre la planche; et, par suite, contre trois feuilles de métal qui y sont enchâssées, cbij, que Ton nomme contacts, et pla- "v^ " cées dans la circonférence décrite Rg. m. par chacune des règles, à une dis-

lance égale à celle qui sépare colles-ci entre elles. Les pôles de la pile viennent communiquer avec les vis C et D, en contait le premier avec la feuille b, et le second avec la feuille g, laquelle, à sou tour, o>t en communication- métallique avec la feuille c. Les deux extrémités du circuit où l'on veut renverser le courant viennent aboutir aux vis b et b\ de sorte que le courant sortira par b et entrera par b ou vice versa selon que les règles se trouveront sur les contacts c et b* comme dans la figure, ou sur b et f; pour obtenir cette dernière position, on n'a qu'à faire tourner les règles au moyen du manche P.

l ue fois connu le principe sur lequel sont fondés les rhéotomes ou interrupteurs, et les rhêotropes, inverseurs ou commutateurs, il sera facile de comprendre leur effet dans les machines èWtnvmapiotiques, dont nous allons faire la description, quoiqu ils aient reçu une nom elle disposition non comprise parmi colles ici expliquer.