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L INDUCTION ET LE COURANT ELECTRUJKE il

siège principal des actions, le conducteur rendant seulement manifeste leur dernière phase.

On sait quels fruits précieux a produit, de nos jours, la conception de Faraday ; elle amena Hertz à ses géniales expériences sur la propagation ,des phénomènes d'induction et à la découverte des oscillations électriques.

Je n'insisterai pas sur ce sujet, que j'ai traité ailleurs, et je me permettrai aussi de renvoyer à mon livre: «< la Physique moderne » le lecteur qui désirerait savoir comment, dans les théories modernes, dans la théorie de Lorentz par exemple, les phénomènes d'induction apparaissent comme la conséquence des variations de vitesse des électrons.

S 3. - LE CIRCUIT 1AGNETIQUE.

Quelle que soit la théorie adoptée, la réciprocité parfaite entre les actions électriques et magnétiques est expérimentalement établie ; le champ électrique et le champ magnétique sont étroitement solidaires l'un de l'autre, la variation de l'un donne immédiatement et obligatoirement naissance à l'autre.

Un courant électrique crée donc autour de lui un champ magnétique, il est, par là, assimilable à un aimant et l'on sait qu'Ampère a montré que cet aimant équivalent serait un feuillet magnétique limité au contour dn courant, ayant une puissance

umériquement égale à l'intensité de ce courant, et

il que sa face nord soit tournée à gauche du cou-

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L'assimilation se poursuit également dans les

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considérer cette action comme la résultante d'actions élémentaires exercées par chacun des éléments du courant; il importe de remarquer, encore une fois, que cette façon de procéder n'a, dans les idées actuelles, qu'une valeur purement mathématique : on ne peut, pour évaluer un champ, faire agir un élément de courant sur un pôle, puisque le courant est toujours fermé, mais il est possible dé trouver une formule élémentaire qui donne, lorsqu'on fait la sommation pour un courant réel, une expression conforme à l'expérience ; cette formule c'est la formule de Lapiace que le célèbre savant fît, on le sait, connaître dans la séance même où Biot et Savart communiquaient à l'Académie le résultat de leurs mesures sur les actions exercées par un courant rectiligne et par un courant anguleux sur un pôle d'aimant.

Que l'on utilise un procédé de calcul ou un autre, Ton pourra aisément évaluer le champ dans le cas le plus important pour les applications, le cas d'un solénoïde ou ce qui revient pratiquement au même d'une bobine. A l'intérieur d'une bobine enroulée sur un cylindre indéfini, le champ est parallèle à l'axe du cylindre et a une valeur proportionnelle à l'intensité du courant qui parcourt la bobine et proportionnelle aussi au nombre de spires par unité de longueur. Si les spires sont régulièrement enroulées le long d'un anneau circulaire, les lignes de forces \\ circulaires et, pourvu que le rayon de la section »ite de cet anneau, de ce tore, soit petit par rap- 't à son rayon de révolution, le champ sera const en tous les points de l'anneau et aura la même

l'induction et le courant électrique 81

semblable à celle dont le circuit électrique, conformément à la loi d'Ohm, conduit le flux électrique; la force magnéto motrice est l'analogue de la force électromotrice du générateur qui entretiendrait le courant électrique ; la réluctance est l'analogue de la résistance électrique, ces deux grandeurs sont l'une et l'autre proportionnelles à la longueur et en raison inverse de la section du circuit donné et leur valeur dépend d'un coefficient qui caractérise la plus ou moins grande facilité avec laquelle le milieu considéré se laisse traverser par un flux ; flux d'électriciié s'il s'agit d'un milieu conducteur soumis à. l'action d'une force électromotrice ; flux d'induction si l'on envisage un milieu magnétique soumis à une force magnéto motrice.

Il convient toutefois de ne pas perdre de vue qu'une analogie n'est pas une identité; une ressemblance, même assez étroite, entre des formules n'implique nullement une pari té véritable, entre les phénomènes.

Le flux magnétique et le flux électrique ne sauraient à un point de vue très important, se comparer : le courant électrique doit, à chaque instant, faire un emprunt à la source d'énergie qui l'entretient, parce que, à chaque instant aussi, il dissipe de l'énergie sous forme de chaleur, conformément à la loi de Joule ; la force magnétomotrice maintient au contraire le Ûux magnétique sans que ce flux donne naissance à un dégagement de chaleur, le courant qui circule dans les spires de la bobine est bien nécessaire pour entretenir le flux magnétique, mais, pour cet entrelien, il n'est pas nécessaire de dépenser, aucune fraction de l'énergie du courant,

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l'induction et le courant électrique £3

gnétique et le courant électrique et Ton doit avouer que la hardiesse de ceux-là n'avait pas tout d'abord eu Tentière approbation de ceux-ci.

Aussi bien, jusqu'à l'invention de l'anneau de Gramme, la considération d'un circuit magnétique fermé ne pouvait que paraître sans intérêt. A quoi bon envisager un aimant qui ne possède plus de pôle et qui n'émet au dehors aucune ligne de force, si l'on a seulement en vue des phénomènes extérieurs, des attractions par exemple, ou même la production de courants induits par des déplacements dans le champ qu'entoure cet aimant? A cet égard, le circuit fermé est inerte, il n'attire plus la limaille, il ne modifie en rien l'espace qui l'environne, mais malgré cette absence d'action extérieure, il n'est pas un morceau de fer quelconque, si l'on brise les lignes d'induction en brisant le fer, des pôles apparaîtront aux extrémités, et, dans l'entrefer ainsi produit, le spectre magnétique révélera l'existence du flux qui, tout à Theure, existait confiné dans l'anneau magnétique.

En réalité, c'est précisément lorsque le circuit est ainsi ouvert, qu'il y a avantage à poursuivre la comparaison avec le courant électrique fermé ; l'on considérera que le flux se ferme à travers l'air et Ton étendra, à ce cas, la formule démontrée seulement, en toute rigueur, pour le cas d'une bobineindéfiniment allongée ou dont on aurait affronté les deux bouts.

Alors même que le fil ne serait plus régulièrement

nroulé, alors même qu'il y aurait une coupure, nous

appliquerons la formule généralisée par analogie

avec la loi d'Ohm et avec les corollaires qu'en a

'h INDUCTION ET LE COURANT ELECTRIQUE &>

il convient de se placer si l'on veut avoir un champ magnétique très intense. On peut ainsi, comme l'ont fait très habilement M. P. Weiss ou M. du Bois, obtenir des électro-aimants très puissants qui donnent, dans des espaces de l'ordre du centimètre, des champs 200,000 fois plus grands que la composante horizontale du champ terrestre.

Aussi longtemps que l'on n'eut, comme générateurs, que les piles hydroélectriques ou les piles thermoélectriques, la seule forme connue de courant fut le courant continu; il eût paru pour le moins inutile de compliquer les choses et d'utiliser quelque procédé mécanique capable d'intervertir le sens du courant fourni par une pile, pour* obtenir finalement un courant impropre à l'électrolyse, incapable d'actionner un électro-aimant, sans effet sur un galvanomètre ordinaire.

La découverte des phénomènes d'induction changea les conditions dans lesquelles se présentait naturellement l'énergie électrique; ces phénomènes nous mettent, en effet, en face des courants alternatifs.

Si l'on déplace un circuit dans un champ, disons pour simplifier dans un champuniforme, on pourra obtenir un courant en faisant varier le flux qui le traverse; le plan du circuit sera, par exemple, tout d'abord perpendiculaire aux lignes de force et »n le fera tourner d'un angle droit de manière à le endre parallèle à ces lignes; le flux qui entrait, je

LE COUBANT ÉLECTRIQUE

une, ont disparu les difficultés considérables que l'on avait tout d'abord rencontrées dans l'exploitation des distributions par courants alternatifs et les propriétés particulières de ces courants, systématiquement étudiées, ont pu être rationnellement utilisées. , .

Ici encore la Science pure a tiré profit des progrès de l'industrie; les praticiens ont posé aux savants des questions auxquelles ceux-ci n'auraient sans doute pas songé mais qu'ils surent résoudre, et, à leur tour, ils rendirent ainsi les plus précieux services à l'application ; ainsi, entre l'usine et le laboratoire, se firent les échanges les plus féconds. Quelques définitions sont nécessaires pour comprendre le langage actuellement employé par les électriciens et pour se rendre compte de la raison d'être d'appareils nouveaux, spécialement appropriés aux courants alternatifs et qui sont aujourd'hui d'un excellent usage.

Un courant alternatif est un courant qui circule tantôt dans un sens, tantôt en sens contraire; mais, en pratique, les courants alternatifs utilisés sont périodiques, c'est-à-dire que l'intensité ir les mêmes valeurs à des intervalles de ux; la période est alors le temps le plus ont duquel le courant reprend identiquelême valeur et les mômes propriétés; la est le nombre de périodes par seconde.

1er élément à mesurer dans le cas d'un ternatif est la fréquence; divers disposîi proposés. M. Kampf utilise à cet effet un ede résonnance; un électro-aimant excité

une méthode ingénieuse et entièrement nouvelle pour les étudier. L'idée essentielle consiste à répeter les effets relatifs à la même phase, de manière à obtenir des indications permanentes. Veut-on étudier la tension fournie par un alternateur, on monte, sur l'arbre de la machine, un interrupteuràcontacts momentanés, calé de telle manière que les con tacts avec un électromètre convenable s'établissent à une phase déterminée de la force électromotrice; l'aiguille de Pélectrométre prendra alors une déviation permanente qui correspond à la différence du potentiel relative à celte phase. Si t'clectrometre est un électromètre à quadrants, il faut, bien entendu, l'employer dans des conditions telles que le sens de la déviation soit indépendant du sens de la force électromotrice. M. Jouberta imaginé un procédé, aujourd'hui classique, pour résoudre ce problème. M. P. Janel a plus tard indiqué le principe d'une méthode slroboscopique qui pourrait être employée à la place de la méthode de M. Joubert ;danslasuited'autres méthodes également intéressantes ont été proposées.

M. Hospitalier, par exemple, aimaginé un appareil élégant, auquel il a donné le nom d'ondographe, composé essentiellement d'un commutateur tournant qui permet de charger un condensateur et de le décharger sur un appareil enregistreur convenable destiné à donner, suivant les cas, la tension ou l'intensité du courant. Le commutateur, qui fait 999 tours pendant qu'un moteur alimenté par le courant à étudier en fait 1111)0, saisira le phénomène périodique dans une phase qui variera de ,— à chaque tour; la déviation de l'appareil enregistreur

variera donc lentement, de telle façon qu'elle décrit une période complète durant le temps que le courant présente lui-même mille périodes. La méthode donne d'excellent résultats, mais elle neconvientévidemment qu'au cas où le phénomène se reproduit sans altération pendant un nombre considérable de périodes.

Au lieu d'employer une méthode indirecte, donnant pour ainsi dire par points, lés variations d'un courant, on peut utiliser des méthodes directes qui permettent d'inscrire sans retard et aussi fidèlement que possible les valeurs successives du courant.

Il faudrait, pour réaliser une telle inscription, posséder un galvanomètre dont les déviations fussent à chaque instant proportionnelles à l'intensité du courant ; mais les appareils ordinaires ne répondent pas à cette nécessité ; outre la force directrice provenant du courant qui la sollicite, l'aiguille aimantée d'un galvanomètre est soumise, d'une part à la force d'inertie, et d'autre part à des forces d'amortissement provenant des frottements et des phénomènes d'induction. M. Blondel qui a fait, sur ce sujet, une série remarquable' d'études poursuivies avec une méthodique persévérance, est arrivé à trouver dans quelles conditions il convenait de se placer pour diminuer le plus possible ces actions perturbatrices. Il a été ainsi amené à construire des oscillographes qui, dans le cas des courants alternatifs industriels de 25 à 100 périodes par seconde, donnent commodément des résultats d'une précision très suffisante pour la pratique.

Une solution théoriquement plus complète du problème a été donnée, en 1897. par M. H. Abraham ; cet habile physicien a eu l'idée de compenser automatiquement et rigoureusement l'effet perturbateur des forces d'inertie et d'amortissement par des effets égaux et de sens contraire dus à des phénomènes d'induction mutuelle entre le circuit du courant à étudier et le circuit propre du galvanomètre. . Le rhéographe de MM. Abraham et Carpentier est d'un réglage un peu délicat mais, entre des mains exercées, il permet non seulement l'étude des courants alternatifs ordinaires mais encore celle des décharges oscillantes ayant une période de — ^ de seconde, étude qui serait impossible avec un oscillographe ordinaire.

Grâce à des appareils comme ceux-là, ou à d'autres analogues comme celui de MM. Ader et Cauro ou comme celui do M. Braun dans lequel se trouve réalisée une idée ingénieuse qu'avait indiquée M. Hess, — l'idée de s'adresser à un indicateur dénué d'inertie en utilisant la déviation des rayons cathodiques parun champ magnétique, — on est aujourd'hui en mesure de tracer, avec une assez grande certitude, la courbe des courants produits par les électromoteurs industriels.

On s'aperçoit ainsi aisément que le courant n'affecte jamais la forme la plus simple des fonctions périodiques, la forme d'une fonction harmonique u sinusoïdale ; mais, d'après un théorème célèbre, i théorème de Fourier, toute fonction périodique eut être considérée comme la somme de fonctions armoniques ayant des fréquences qui sont des mul-

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l'induction et le courant électbique 93

duites par le courant dépendront plutôt de l'intensité dite intensité efficace ; on sait que l'on entend par là l'intensité du courant continu qui, dans le même temps et dans la même résistance, produirait le même dégagement de chaleur ou si l'on préfère la racine carrée du carré moyen de l'intensité du courant. Il vient immédiatement à l'idée de mesurer l'intensité efficace par le dégagement de chaleur produit dans on fil, c'est ce que l'on fait avec les ampèremètres thermiques, tels que l'ampèremètre de Hartmann et Braun.

On appelle, de même, tension efficace entre deux points A et B, pris sur un circuit parcouru par un courant alternatif, la racine carrée du carré moyen de la tension pendant une période ; cette tension se mesure à l'aide d'un voltmètre thermique comme le voltmètre de Cardew, ou encore à l'aide d'un électromètre à quadrants où l'on réalise le montage indiqué par M. Joubert.

Intensité efficace et tension efficace sont donc, dans l'application, les grandeurs les plus intéressantes à connaître ; il ne faut cependant pas perdre de vue que certains phénomènes pourront dépendre non de la tension efficace mais d'une valeur particulière de la tension instantanée et particulièrement de la valeur maxima; pour un courant sinusoïdal, la tension maxima dépasse de 41,4 p. 100 la tension instantanée donnée par les voltmètres, il conviendra donc d'avoir, dans une distribution, des isolants qui résistent non à 50.000 volts, si la distribution à lieu sous ce voltage, mais à 75.000, puisque ces isolants se trouveront, pendant un instant, soumis