Établissement d'une transmission d'énergie. — Il
convient d'examiner brièvement quelques-uns des cas qui se présentent journellement dans la pratique. Soient A [fig, 1) la poulie d'un moteur et B la poulie d'un arbre de transmission; en reliant ces deux poulies à l'aide d'une courroie T, la force
i. Lezionîdi EleUrolecnica, p. 288.
FiG. 1.
motrice de la poulie  peut être transmise h la poulie B dans des conditions identiques de vitesse angulaire si les deux poulies ont le même diamètre, où bien dans des conditions différentes de vitesse angulaire si les deux jpoulies n'ont pas le môme diamètre. La courroie qui les relie sert d'agent de transmission et il est intéressant de constater que, seul, le brin inférieur de cette courroie est fortement tendu, fait visible à Tœil, montrant bien que ce brin joue le principal rôle dans le mécanisme de la transmission. Le brin supérieur de la courroie n'est que peu ou pas tendu, ce qu'il est facile de constater en remarquant qu'il cède partiellement èi l'action de la pesanteur, puisque son poids l'oblige à s'infléchir.
La poulie motrice A produit la tension sur le brin conducteur T de la courroie et cette tension sert à vaincre la résistance tangentielle de la poulie B. La courroie est donc un organe qui transmet réellement l'énergie mécanique et c'est par son intermédiaire que s'effectue la transmission. C'e§t une force qui actionne la courroie et le travail effectué a
pour valeur le produit de cette force par l'espace parcouru pendant l'unité de temps (vitesse de la courroie).
Un fluide, l'eau par exemple, peut également être utilisé pour transmettre de l'énergie mécanique. Soit une pompe P {fig, 2) pouvant envoyer une certaine quantité d'eau, sous une pression tiéterminée, dans un tube «, cette eau étant puisée dans une conduite b. Celte eau sous pression peut effectuer un certain travail en agissant sur un appareil récepteur R (grue^
FiQ. 2.
turbine, moteur hydraulique, etc.) et, une fois ce travail accompli, la pompe P peut de nouveau reprendre cette eau. Dans ce cas, Tagent de transmission de l'énergie est Teau et il est facile de comprendre que, pour un tube de capacité donnée, le travail effectué aura une valeur d'autant plus grande que la pression de leau sera plus considérable. L'eau qui circule dans le tube a possède une certaine quantité d'énergie et peut effectuer un certain travail ; en traversant le récepteur R, elle cède toute son énergie, moins toutefois celle qui a été dépensée pour vaincre la résistance due aux frottements sur les parois du tube a, et elle retourne à la pompe ne possédant plus aucune énergie. Mais la pompe, continuellement actionnée par le moteur qui la commande, reprend cette eau, lui fournit une nouvelle quantité d'énergie, la refoule dans le tube a et les mOmes phénomènes se reproduisent d'une manière continue. On peut en déduire le rôle qui incombe à la pompe et définir la fonction de cette dernière, rôle qui consiste à fournir k une masse d'eau inerte une certaine quantité d'énergie, afin qu'elle puisse effectuer un travail donné; en d'autres termes, dans le cas considéré, la pompe transmet de l'énergie mécanique qui lui est fournie par un moteur approprié.
Dans le cas d'une transmission d'énergie électrique, il se produit des phénomènes analogues. La dynamo a pour rôle de mettre l'électricité en mouvement dans un circuit alimentant des récepteurs et dans- lesquels se produisent des phénomènes mécaniques, thermiques, chimiques, etc., c'està-dire des récepteurs transformant l'énergie électrique qu'ils reçoivent en énergie mécanique, thermique ou chimique, etc., suivant le cas. L'énergie électrique est fournie continuellement au circuit par le fonctionnement de la dynamo actionnée par un moteur mécanique.
On donne le nom de potentiel électrique au travail total qu'une quantité déterminée d'électricité (l'unité) est susceptible de produire sous l'action des forces qui la mettent en mouvement. Par suite, la différence de potentiel fournit la
mesure de la valeur du travail effectué par cette quanlité d'électricité lorsqu'elle est en mouvement. La différence de potentiel aux bornes d'un g(^nérateur d'énergie électrique permet de mesurer le travail que Tunité de quantité d'électricité accomplit dans son trajet du pôle positif au pôle négatif.
11 y a lieu de remarquer que, dans l'exemple cité de transmission d'énergie par l'eau, l'énergie fournie à l'eau par le jeu des pistons de la pompe n'arrive pas intégralement jusqu'au récepteur R ; en effet, il existe une différence de pression entre l'origine de la conduite et son extrémité opposée, due à ce <iu'une partie de l'énergie est absorbée pour vaincre les résistances de frottement de l'eau dan^ la pompe. De même, dans une dynamo, la différence de potentiel qui existe efitre ses bornes est inférieure à la force électromotrice (cause qui produit le mouvement de l'électricité) de la quantité nécessaire pour vaincre la résistance électrique intérieure du générateur, quantité qui représente la chute intérieure de potentieL
Il faut savoir en outre que, dans le cas du courant continu, la chute de tension se répartit en proportion des résistances du 4^ircuit et que de la différence de potentiel entre deux points donnés de ce circuit (ne contenant pas de générateur ou d'autre force électromotrice) et de l'intensité du courant dépend le travail que l'énergie électrique peut produire.
4. Mouvement alternatif. — La transmission d'énergie mécanique par l'intermédiaire de l'eau mise en mouvement toujours dans la même direction est le cas le plus simple et celui qui se rencontre le plus fréquemment ; mais cette transmission peut s'effectuer de diverses manières. On peut, par exemple, à l'aide d'un piston A mobile dans un cylindre {fig. 3), mettre en mouvement un piston identique B, également mobile dans un cylindre, à la condition que ces deux cylindres soient reliés entre eux, par leur partie supérieure et par leur partie inférieure, à l'aide de tuyaux remplis d'eau. Une cer-
imnmmi
mmnung
FiG. 3.
taine quantité de Ténergie de Teau ne peut, dans ce cas^ être transmise que par le mouvement alternatif du piston A^ mouvement qui est reproduit par le piston B à cause de l'incompressibilité de Teau.
Tout autre serait le phénomène si le fluide employéétait compressible, un gaz par exemple. Sans entrer dans d'autres considérations, on comprend facile* ment que l'eau à laquelle on imprime un mouvement alternatif dans les cylindres et dans les tubes a et b passe, pendant toute la durée de la course du piston A, par lesdifférentes vitesses comprises entre le repos et la vitesse maximum ; par suite de l'inertie de leau^ l'étude du phénomène devient plus difficile. L'inertie de la masse d eau donne lieu, en effet, à des réactions dont la valeur augmente en même temps que croît la vitesse de marche despistons, c'est-à-dire avec le nombre d'inversio\is du sens de marche de l'eau dans les tubes a et b.
On sait également que l'on peut obtenir une transmission électrique d'énergie à l'aide d'un courant électrique appelé courant alternatif. Mais, pour les mêmes raisons qui viennent d'être données pour le cas de la transmission hydraulique alternative, l'étude du phénomène que présente le courant alternatif est plus complexe que lorsqu'il s'agit du courant continu. En mécanique, l'étude d'un mouvement unijforme est très simple et facile h saisir, môme pour ceux qui n'ont pas une instruction très développée ; il n'en est plus de même pour l'étude d'un mouvement variable; en effets cette étude est plus difficile à cause de la force d'inertie qui intervient, force qui tend h maintenir le corps considéré dans l'état de repos ou de mouvement qu'il possède au moment où intervient la cause perturbatrice. Une force analogue agit sur les conducteurs parcourus par un courant alternatif, force
qui tend à empêcher les variations du courant et c'est précisément ce phénomène qui rend plus difficile l'étude du courant alternatif. En mécanique, on conçoit facilement ce qu'est Tinertie et il est possible de se rendre compte de la nature de la force d'inertie et de sqs effets en arrêtant un corps en mouvement ou en mettant en mouvement un corps à l'état de repos. Malheureusement, en ce qui concerne le courant électrique alternatif, il n'est pas toujours possible de voir les effets produits par la force analogue qui exerce son action ; on peut, toutefois, toujours s'en rendre compte en observant les indications fournies par des instruments appropriés.
Il convient donc,. à ce propos, de donner ici une conception très claire de cette nature de phénomènes en s'appuyant sur le raisonnement et sur l'expérience. La pliî^art des expériences nécessaires peuvent être facilement réalisées par tous ceux qui ont à leur disposition du courant alternatif ou, à défaut, une dynamo à courant continu qu'il est facile de modifier pour obtenir du courant alternatif dans un but expérimental. 11 y a lieu de recommander vivement à tous ceux qui abirdent l'étude du courant alternatif de répéter, dans la mesure du possible, certaines expériences fondamentales, parae que celui qui constate par lui-même les effets produits en tire nu meilleur profit pour son instruction que celui qui se borntç à regarder les expériences faites dans nn cours. 11 est en effet reconnu que, si l'on oublie facilement les diverses parti cularités d'une expérience faite par un professeur au cours d'une leçon, il n'en est plus de même quand on fait soi-même celte expérience.
5. Transformation d'énergie mécanique en énergie électrique. ^— Pour compléter le raisonnement qui précède, il est utile de déterminer les fonctions des divers organes qui sont employés pour effectuer toute transformation d'énergie mécanique en énergie électrique.
Une force électromotrice alternative est produite dans un conducteur par la seule action des variations de flux; on l'obtient
dO LA TECHNIQUE DES COURANTS ALTERNATIFS
à Taîde d*uno. dyaamo où des conducteurs sont mis en mouvement dans un champ magnétique ou vice versa. En dehors de Ténergie absorbée par les frottements mécaniques, il ne faut développer aucun travail pour maintenir celte force élec* Iromotrice dans une dynamo fonctionnant à vide. Mais, si on vient k fermer le circuit, la force électromotrice donne lieu à la production d'un courant dont Tintensilé a une valeur qui satisfait à la loi d'Ohm ; aussitôt que ce courant s'établit, la transformation d'énergie mécanique en énergie électrique commence à se produire. Ce n'est qu'à ce moment que le moteur actionnant la dynamo produit un travail utile et il ne l'effectue qu'en surmontant la réaction entre l'inducleur et l'induit, réaction qui tend constamment à imprimer à l'organe mobile de la dynamo un mouvement de sens contraire à celui de sa marche, ce qu'indique la loi de Lenz.
11 s'ensuit que la dépense d'énergie est automatiquement rendue proportionnelle à l'énergie utilisée, bien entendu en ne tenant pas compte des pertes. Dans ces conditions, on s'explique pourquoi, quand. l'intensité du courant augmente par suite, par exemple, d'une diminution de résistance du circuit extérieur, la réaction qui se produit entre Tinducleur et Tinduit augmente dans les mômes proportions et le moleur mécanique doit alors fournir une plus grande quantité d'énergie.
Il est donc essentiel de séparer nettement les deux périodes du phénomène dont il vient d'être question :
V Production d'une force électromotrice due à la variation du flux dans l'induit;
2** Établissement d'un courant qui nécessite une dépense d'énergie mécanique proportionnelle à l'énergie électrique. utilisée et qui constitue le travail. utile de la dynamo.
6. Courant alternatif. — Pour acquérir les premièires, notions relatives au courant alternatif et aux effets qu'il produit, quelques expériences peuvent contribuer à faciliter cette étude.
ea ag
On prend une dynamo bipolaire à courant continu [fig. 4), sur le collecteur de laquelle sont chassés à force trois anneaux ' en bois dur, bien tournés et portant sur leur circonférence extérieure un anneau de cuivre. Ces trois anneaux doivent être placés à la distance d'un demi-centimètre Tun de l'autre, en ayant le soin de laisser, du côté „__ de rinduit, une partie du collecteur librci partie sur laquelle appHiçnt deux balais destinés à recueillir le courant continu n(5cessaire à Texci-
latioii de l'inducteur de la dynarno.
On divise ensuite le collecteur en p,^ 4
trois parties égales et, après avoir
marqué trois lames équidistantes, on relie respectivement
chacune de ces lames à un des anneaux de cuivre fixés sur les
anneaux en bois ^ .
En plaçant un balai sur chacun des anneaux a, b et c, on a réalisé une dynamo à courants alternatifs qui peut alors être utilisée pour effectuer un grand nombre d'expériences.
En mettant en marche cette dynamo, l'inducteur est excité par le courant continu, recueilli par les balais qui appuient directement sur le collecteur et, d'après ce que Ton apprend par l'étude de la*dynamo à courant continu, on sait qu'en établissant un circuit entre deux quelconques des balais appuyant sur les anneaux a, h et c, une force électromotrice alternative se produit dans ce circuit.
7. Effets chimiques produits par le courant alternatif. — En intercalant un voltamètre dans un circuit, on sait que, si le courant qui le traverse est continu, il y a décomposition
1. U peut arriver que le nombre des lames du collecteur ne soit pas divisible par 3; dans ce cas, on divise ce collecteur en trois parties approximativement égales : si, par exemple, il comporte 20 lames, on en prend 7, 7 et 6 ; pour 40, on compte 13, 13 et 14. Les communications entre les lames elles anneaux de cuivre peuvent être établies avec du fil de cuivre nu fixé, d'une part, sur la partie antérieure de la lame du collecteur à Taide d'une petite vis et, d'flttitre part, sur le côté de Tanneau de cuivre à Taide d'une goutte de soudure, le fil étant passé dans un trou fait avec une vrille dans le bois du disque.
i2 LA TECHxMQUE DES COURANTS ALTERNATIFS
de Teau et Ton recueille de loxygène au pôle positif et de ^l'hydrogène au pôle négatif, le volume de ce dernier étant le double de celui de Toxygèile. Au contraire, avec un courant alternatif (dont on règle Tintensité avec un rhéostat), la quantité de gaz qui se dégage dans les deux éprouvettes est la même, parce que le sens du courant dans le circuit subit des ifl versions rapides ^ . Si la vitesse angulaire de la dynamo est de 15 tours par seconde, en une seconde le courant circule alternativement 15 fois dans un sens et 15 fois en sens contraire et son intensité passe par une valeur nulle à chaque inversion. Il est facile de comprendre que, dans ce cas, chaque éprouvette du voltamètre doit contenir des volumes égaux d'un mélange d'hydrogène et d'oxygène, le volume d'hydrogène étantdans chacune d'elles, considérée séparément, le double de celui de l'oxygène, ce qui constitue* un mélange détonant. 11 est du reste facile de le constater en prenant une des éppou^ vettes et en l'approchant d'une flamme ; il se produit aussitôt une petite explosion.
11 est encore une autre expérience qui montre la polarité alternativement positive et négative du circuit établi entre deux quelconques des trois balais supplémentaires appuyant en a, b et c. On prend une bande de papier à dessin et on la trempe dans uoe dissolution composée de 10 centimètres cubes de solution concentrée de ferrocyanure de potassium, 10 centimètres cubes de solution concentrée d'azotate d'ammoniaque et 60 centimètres cubes d'eau distillée. Lorsque cette bande est bien imprégnée de liquide, on la retire de la solution, on la laisse égoutter et on la place sur une lame de cuivre. Les deux extrémités du circuit sur lequel on veut opérer se terminent chacune par une petite tige de fer, un clou par exemple. Les deux tiges sont fixées dans un petit morceau de bois et disposées de manière que l'une de leurs extrémités, convenablement émousséCy dépasse le bois, tandis que chacune des extrémités opposées soit respectivement reliée aux deux
1 . En réalité, les gaz produits se recombinent en partie spontanément, parce qulls se trouvent à Télat naissant.
balais de la dynamo. Tout étant ainsi disposé, on fait appuyer les tiges sur la bande de papier .en les faisant glisser rapidement sur sa surface et Ton observe alors un fait intéressant. Si les fils attachés aux deux tiges de fer sont reliés respectivement aux deux balais qui appuient sur le collecteur de la dynamo, la pointe reliée au pôle positif laisse sur le papier une ligne bleue et l'autre ne produit aucun effet. En inversant le couraiït dans ce circuit à l'aide d'un commutateur, ou simplement en intervertissant les points d'attache des deux conducteurs, c'est la seconde pointe qui trace une ligne bleue. Si, ensuite, on relie les pointes à deux quelconques des trois balais supplémentaires et que l'on fasse de nouveau glisser l'ensemble rapidement sur la bande de papier, chacune des pointes trace des séries de traits bleus séparés par des intervalles, le trait bleu tracé par une des pointes correspondant à l'espace blanc laissé par l'autre (Jig, 5). On doit conclure de cette expérience que chaque pointe est alternativement positive et négative et que la force électromotrice du courant est elle-même alternative.
8. Effets thermiques produits par le courant alternatif. — Tout conducteur parcouru par un courant s'échauffe et ce phénomène est indépendant»du sens de ce courant. En faisant passer le courant alternatif dont on dispose dans un fil de fer fin, on constate que ce fil s'échauffe, quoique le courant soit fréquemment inversé; on peut aussi porter à l'incandescence et même fondre ce fil de fer, si l'on augmente l'intensité efficace du courant; c'est du reste ce que prouve l'expérience.
L'emploi du courant alternatif pour l'éclairage à incandescence est' fondé sur le phénomène d'échauffement que produit le passage du courant dans un conducteur et «il se prête aussi' bien que le courant continu à cette application. Si les inversions du courant alternatif sont très rapides, l'œil ne perçoit aucune différence entre la lumière produite avec du
U lA TECHMQlJIi: DES COURANTS ALTERNATIFS
courant continu et celle produite par du courant alternatif. En approchant de la lampe un aimant assez puissant, il est possible toutefois de distinguer si c'est du courant continu ou du courant alternatif qui Falimente. Si le courant est continu, le filament est légèrement attiré, puis reste immobile; si, au contraire, il est alternatif, le filament se met à osciller rapidement en produisant l'effet d'une sorte de ruban lumineux pour peu qu'il soit assez long et élastique (une lampe de 10 bougies à 60 volts suffit pour cette expérience, mais il est préférable d'utiliser une lampe à tension plus élevée). Le phénomène qui vient d'être décrit prouve qu'un courant placé dans un champ magnétique tend à se placer dans une position déterminée sous l'action d'une force électromagnétique et que, lorsque ce courant est alternatif, cette action électromagnétique s'exerce alternativement dans un sens et dans l'autre et, par suite, le conducteur (qui dans le cas considéré est le filament de la lampe) se met à vibrer.
