CHAPITRE II

ACTIONS RÉCIPROQUES DES AIMANTS ET DES COURANTS. DIRECTION DES COURANTS PAR LA TERRE

Lorsqu'on fait passer un courant dans un fil condu\^ teur tendu horizontalement au-dessus d'une aiguille aimantée, mobile sur son pivot (fig. 60), elle éprouve une influence qui tend à la mettre en croix avec le courant. Supposons que le courant marche dans le fil du sud au nord, nous verrons le pôle nord deFaiguille dévier yers l'ouest ; si nous renversons le courant pour le faire marcher du nord au sud, le pôle nord de l'aiguille passera du côté de l'est. Si nous dirigeons le même fil perpendiculairement au méridien magnétique, l'aiguille restera en repos ou bien se retournera bout à bout, suivant que le courant marchera de l'ouest à l'est ou de l'est a l'ouest. On obtient les déviations inverses en plaçant le fil au-dessous de l'aiguille.

Ampère est parvenu à résumer tous ces effets d'une manière très simple en personnifiant le courant, en le figurant par un personnage couché le long du courant,

ACTION DES MUANTS BT DES GOURANTS.

qui entre par les pieds et sort par la tête de la figure. Ceci posé, on peut attribuer au courant une face, un dos, une droite, une gauche, et la loi des déviations

Fig. 60. — Expérience d'Œrated.

s'énonce comme il suit : quelle que soit la position du courant par rapport à Taiguille, le courant, ayant

Fig. 61. — Courant supérieur.

sa face tournée vers VaiguiUe^ dévie le pôle nord (le pôle austral) vers sa gauche (fig. 61, 62).

Cet énoncé très simple permet d'expliquer pourquoi une aiguille aimantée, placée dans l'intérieur d'un

circuit replié en rectangle, éprouve de la part des quatre côtés du rectangle des effets identiques. Consi-

jL ^SSStCi^Bf^

TC

Fig. 62. — Courant inférieur.

Fig. 63. —Gourant rectangulaire.

dérons le rectangle représenté dans la figure 63, où le sens du courant est indiqué par des flèches. Si Ton

^ fait glisser la poupée sur

le fil avec la condition qu'elle regarde toujours Taiguille, sa droite reste dirigée en arrière et sa gauche en avant du tableau, et par suite toutes les parties du rectangle concourent à imprimer à l'aiguille une même déviation qui porte le pôle austral a en arrière du tableau, et le pôle boréal b en avant.

Comme l'action d'un courant sur l'aiguille décroît nécessairement avec la distance, l'effet qu'on observe ne provient guère que des parties du fil les plus voisines. Heureusement la propriété des courants rectangulaires qui vient d'être constatée nous fournit un précieux moyen démultiplier à volonté l'effet des courants les plus faibles. Il suffit pour cela d'enrouler le

ACTION DES AMANTS ET DBS COURANTS. Ml

fil, autour d'un cadre de bois, en spires serrées les unes GODtre les autres ; mais il faut alors employer uu fil isolé, c'est-à-dire recouvert de sole ou d'une autre substance ieolante quelconque (gutta-percha, caoutchouc, résine, etc.), pour éviter que le courant ne se répande dans l'ensemble des spires à la fois, ce qui l'afl'aiblirait notablement.

L'appareil qui réa< lise cette idée est le multipiicaleur de Schweigger (fig. 64) ; TeHet total qu'il produit est proportionnel y. y iiuitipiicieur au nombre de tours.

Jusqu'ici nous avons supposé que les expériences se font avec une aiguille aimantée ordinaire. Dans ce cas, l'action directrice de la terre gène l'action du courant,* et l'empêche d'avoir tout son effet. L'aiguille éprouve une déviation plus ou moins forte, selon l'intensité du courant, et s'arrête dans une position d'équilibre oblique par rappoi-t au méridien magnétique. Il n'en est plus de même lorsqu'on fait usage d'une aiguille astatiqtie, sur laquelle le magnétisme terrestre n'a point de prise (page 94). Une aiguille asiatique obéit librement à l'influence du courant le plus faible, et elle se place toujours exactement en croix avec lui, son pôle austral à la gauche, son pôle boréal à la droite du courant.

En accouplant deux aiguilles dont l'une a uu peu

232 LE HAGNêTlSHE.

plus de force que l'autre, on obtient un système qui, sans être rigoureusement asiatique, n'est cependant que très peu sensible à l'action terrestre. L'avantage d'une telle combinaison, c'est que la force directrice que conserve encore l'ensemble des deux aiguilles peut servir à mesurer l'intensité des courants les plus faibles par les déviations qu'ils impriment au système.

Lorsqu'il s'agit d'apprécier par ce moyen l'intensité des courants faibles, il importe en effet de réduire la force directrice due au mar gnétisme terrestre, ce qu'on peut faire à volonté en choi-

Fiff. 65. —Cadre rectangulaire. • a i j * *ii «

" sissant les deux aiguilles a

peu près égales, et d'augmenter au contraire l'action du courant, ce qu'on obtient en faisant usage d'un inultiplicateur. L'une des deux aiguilles étant placée dans l'intérieur du rectangle (fig. 65) , tandis que l'autre, tournée en sens contraire, reste en dehors, il est facile de voir qu'elles éprouvent toutes les deux la même déviation, l'effet du rectangle sur l'aiguille extérieure a'b' se réduisant sensiblement à celui de la partie CD, qui est la plus rapprochée. C'est là le principe du galvanomètre de Nobili.

Le galvanomètre, représenté dans la figure 66, se compose d'un multiplicateur muni d'un cercle divisé horizontal, et d'un système de deux aiguilles, soutenu à une potence par un fil de cocon. Le cadre sur lequel s'enroulent les spires du fil de cuivre recouvert de soi^ est mobile autour d'un axe vertical, de manière

qu'on puisse amener le plan des spires et la ligne de foi de la graduation dans le méridien magnétii[ue. Les extrémités du SI de cuivre aboutissent à deux poupées extérieures, destinées à recevoir les rhéo-

Pig. 66. — Galnnomâlre.

phores du courant qu'il s'agit de lancer dans le multiplicateur. Aussitôt que le courant passe, on voit t'aiguille supérieure quitter la ligne de foi et parcourir les divisions du cercle gradué. Jusqu'à 20 degrés, les déviations peuvent être considérées comme proportionnelles h l'intensité du courant ; au delà elles crois

sent moins rapidement que l'intensité. L'appareil entier repose sur trois vis calantes, et on le recouvre d'une cage de verre pour le préserver des agitations de l'air.

Lorsqu'il s'agit de fixer le sens et de mesurer l'intensité d'un courant d'une certaine force, on place au centre du multiplicateur une boussole ordinaire, et on observe la position d'équilibre que, prend l'aiguille entre la force terrestre et l'action du courant (fig. 67). L'appareil peut s'employer de deux manières : on peut amener le cadre et la ligne de foi dans le méridien et observer la déviation de l'aiguille, ou bien tourner le cadre jusqu'à ce qu'il soit de nouveau parallèle à l'aiguille déviée. Dans le premier cas, l'intensité du courant est proportionnelle à la tangente^ dans le second au sinus de la déviation; de là le nom de boussole des sinus et des tangentes que l'on donne à cet instrument.

Comme toute action s'accompagne d'une réaction, l'attraetion ou la répulsion qu'un courant exerce sur un aimant implique une action semblable, exercée en sens inverse par l'aimant sur le courant, et cette action devient manifeste aussitôt que l'on rend mobile le fil qui est le siège du courant. Que ce soit l'ai, guille ou le fil qui se déplace, ces mouvements tendent toujours à mettre le pôle austral à la gauche du courant.

Pour faire passer des courants dans des fils mobiles de forme quelconque, Ampère a imaginé une disposition ingénieuse que l'on peut modifier de diverses manières. L'artifice consiste à suspendre le fil

ACrroltS SES aimants et des courants. 3S5

qu'on veut rendre mobile par deux pointes qui plongent dans deux godets remplis de mercure auxquels aboutissent les rhcopliores de la pile. La figure 68 représente un petit équipage de ce genre, forme d'iiri

Fig. e7.-Ilaiu»ilBi

61 replié en rectangle et terminé par deux crochets à pointes d'acier qui plongent dans deux coupes de fer pleines de mercure et portées par une double potence. L'une de ces pointes repose sur le fond de la coupe,

Ste LE HjUfKËTlSHË. . . *

l'autre ne fait qu'efQ(<ur«r la surface du fhercure. Si tout est bien équilibré, le^£ctangle peut touroer aisément autour d'un a^ie vertical pendant qu'il est (ra- Tersé par le courant. Toi^fdls il n« pourrait pasfaiire le tour complet, à cause des traverses qui portent les godets. Les équipage^ représentés fîg. 70 et 71 son^ ' au contraire compiètemept libres : le support est formé par deux colonnes concentriques que sépare un

Fig. 68. — Équipage mobile.

lube de verre; le lil repose par l'une de ses pointes 6ur le godet central, pendant que l'autre pointe plonge dans le mercure d'une cuvette annulaire. Deux contrepoids serrent à équilibrer le système mobile. Le cou* rant est amené par les deux poupées que l'on voit sur a base de l'appareil.

Cette disposition peut être variée à l'infini. Dans certaines expériences dont il sera question plus loin, le fil qu'il s'agit de rendre mobile est fixé à une espèce

de tcnirniquei horizontal, et' ses extrémités plongent dan9 unB cuvette circulairÉt^mjplie d'un liquide qui est en tommunication*atec la pih. On peut aussi fixer le ifil sur un flottëu}* de liège, pendant que les extrémités plongent' dans des rigoles. M. Cari fait flotter sur l'eau la pile elle-nieme, sous la forme d'un petit flacon remfdi d'eau acidulée où plongent deux pla-

Fig. 69. — Déviation d'un courant par un aimant.

ques métalliques, et dont le bouchon supporte le fil, recourbé en rectangle ou en cercle.

Grâce à ces artifices divers, on peut aisément constater la réaction des aimants sur les courants. Il suffit de placer un barreau aimanté sous* un rectangle mobile (fig. 69) pour voir le système se diriger en travers du barreau, de façon que le pôle austral soit à la gauche du courant. L'équipage se retourne bout pour bout lorsqu'on renverse le courant de la pile.

«8 LE HAGNÈTISNE.

Au moyen d'un appareil analogue, on constate l'action réciproque de deux courants, fait général qui, ainsi que nous le verrond, implique tous les autres.

Il suffit pour cela d'approcher l'équipage mobile d'un courant fixe, représenté par un multiplicateur, comme le montrent les figures 70, 71 . Des commutateurs permettent d« renverser instantanément le

send du courant dans le multiplicateur ou dans l'équipage mobile, ou dans les deux à la fois. On approche toujours un côté du rectangle mobile d'un côté du rectangle fixe pour observer l'action mutuelle des deux courants rectilignes qui se trouvent ainsi tout près l'un de l'autre, l'action exercée sur les autres pouvant être négligée parce qu'ils sont beaucoup plus éloignés.

Fig. 71 • — CoaraDta croisés.

Voici les lois principales de ces actions telles qu'elles ont été formulées par Ampère.

Deux courants parallèles s'attirent, s'ils marchent dans le même sens ; ils se repoussent, s'ils marchent en sens contraires (fig. 70).

Deux courants non parallèles s'attirent ou se repoussent^ s'ils sont de même sens ou de sens contraires par rapport au sommet de l'angle formé par leurs directions. En d'autres termes, les deux cou-

S30 tE HifiKÉItSIE/ ■

rants s'attirent, si tous deux ^^pprjichent ou tout deux

s'éloignent, — ils se repoussent, si l'un s'éloigne et

que l'autre s'approche du sommet de leur angle ou, ce

qui revient nu même, de leur perpendiculaire coqi- •

mune.

Il s'ensuit que deux courauts qui se croisent exer* cent l'un sur l'autre une action qui tend à les rendre parallèles et de même sens. Le courant mobile CD

Fig. 7Î. -CoOMMïirou*».

Tient se placer près du courant fixe AB, s'il peut tourner autour du pointO (ûg. 72). C'est ce qu'on observe à l'aide de l'appareil de la figure 71.

. De ces données empiriques, dont nous ne pouvons développer ici le détail, l'illustre physicien trançaÎB a ensuite essayé de déduire la loi de l'action qui a lieu entre deux éléments de courant quelconques. Cette action est une attraction ou une répulsion, s'exerçant suivant la ligne qui joint les deux éléments, et inversement proportionnelle au carré de la distance; elle dépend à la fois des angles que les directions des deux éléments font entre elles et avec la ligne de

ACTIONS DBS AIMANTS ET [fES COURANTE. 231

joQction. Ainsi deux éï^ments parallèles et de niême sens s'attirent lorsqu'ils sont tous les deux perpendiculaires à leur ligne Be jonction, et se repoussent, s'ils ooÏDcideot avec cette ligne. Entre deux éléments dont l'un est perpendiculaire, l'autre parallèle à la ligne de jonction, l'action est nulle, etc.

Les lois d'Ampère conduisent à cette conséquence curieuse, que dans certaines circonstances les réactions entre aimants et courants peuvent produire des mouvements de rotation continus. Si, par < lemple, nous mettons en présence un courant horizontal fixe et indétini, et une portion de courant horizontal OA, mobile autour du point sans pouvoir toucher le courant lue, ce dernier imprimera au courant mobile un mouvement de rotation autour du point 0. En effet, quelle que soit la position du courant OA, il est facile de s'assurer que la force qui agit en A tend toujours à faire tourner OA dans le même sens, si le courant marche toujours du centre de rotation vers l'extrémité A (ou toujours dans le sens opposé)'. Quant à la position du courant fixe, elle est arbitraire : on peut donc aussi supposer que ce soit un courant circulaire ayant son centre en (fig. 73). L'expérience confirme cette prévision : un courant horizontal que l'on rend mobile autour du centre d'un multiplicateur circulaire prend un mouvement de rotation continu. Dans la

Fig. 15. — Coorant circulaire.