QUATORZIÈME LEÇON
ÉLECTRICITÉ. - ÉLECTRISATION (SUlTEj.
1 ÉLECTROPHYSIQUE. - Densilé (lu courant. - Courants d'induction, principes de l'induction. - Appareils d'induction.
Messieurs,
Avant de terminer la partie physique de notre élude sur le courant de pile, je dois encore vous exposer la question relative à la densité du courant.
Nous avons déjà parlé de la densité électrique à propos de Télectricité dite statique. Appliqué au courant de pile, ce terme exprime le rapport entre l'intensité de ce courant et la section du conducteur. En pratique, la question de la densité du courant a autant d'importance que celle de l'intensité. Elle a été bien tra^itée par Boudet de Paris, dont les travaux sur ce point nous serviront de principal guide.
Dans les applications électrothérapiques, le circuit est constitué par les fils conducteurs, les tampons ou plaques réophoriques mises en contact avec la peau, et enfin par une partie du corps. La densité du courant est par suite variable en chacun de ces divers points. Au niveau de la peau, qui est la surface sensible, la densité doit être telle que, pendant la durée entière d'une séance, le patient ne ressente aucune douleur notable. 11 faut, en outre, qu'il ne puisse pas se produire d'alté-
G. Hayem. — \.
ration des téguments, laquelle pourrait avoir lieu sans douleur en cas d anestliésie cutanée.
On tire de là cette loi importante, à savoir, que la surface des exci tateurs doit être en rapport avec l'intensité du courant.
Au niveau du contact des réophores avec la peau, la section du circuit est mesurée par la surface active de l'excitateur. Le calcul montre qu'à intensité égale de courant, la densité varie dans des proportions considérables, suivant qu'on opère avec une plaque de grande surface ou avec un tampon. Voici l'exemple cité par Boudet de Paris :
Un malade étant plongé dans un bain, dans l'eau duquel on a fait immerger un des pôles du circuit, si l'on applique sur une partie non plongeante une plaque de 500 centimètres carrés de surface, on obtiendra, avec une batterie de vingt éléments Gaitfe, un courant d'une intensité de 25 M. A. et une densité de courant de 0,05 M. A. par centimètre carré de surface. En employant un tampon de 2'''",5 de diamètre, toutes choses égales d'ailleurs, pour arriver à la même intensité de courant, il sera nécessaire d'employer quarante-cinq couples au lieu de vingt et la densité s'élèvera à 5 M. A. par centimètre carré; elle deviendra cent fois plus grande. Dans ces conditions, on produira une douleur intolérable et si l'application était prolongée la peau ne tarderait pas à s'altérer profondément.
Rendons-nous compte de ce qui se passe dans cette expérience. La diminution de la surface de l'excitateur crée une augmentation de résistance qu'il faut vaincre en multipliant le nombre des couples.
La densité par unité de surface s'accroit dans une
proportion énorme, bien que la quantité d'électricité traversant le circuit ne varie pas, l'intensité du courant restant la même.
Il aurait donc fallu, pour éviter tout accident et toute douleur en prenant un excitateur de petite surface, se
Surface en C'eriti mitres carrés. .îis^
l''ig. G4.
GoiirJje indiqiuiûl les duusités pratiques. (Tableau u" 1.;
contenter d'opérer avec un courant de faible intensité.
On voit parla que, pour faire passer dans le corps une grande quantité d'électricité, il est indispensable d'augmenter proportionnellement la surface des excitateurs.
Malheureusement pour la pratique, on ne peut avoir une unité de densité. Tl faut se contenter de savoir
que la densité doit être diminuée au fur et à mesure qu'on emploie un courant d'intensité plus grande.
Mais on pouvait rechercher expérimentalement la valeur qui peut être donnée à la densité dans l'emploi d'excitateurs de surface différente, pour des intensités variables de courant. C'est ce qu'a fait Boudet de Paris pour les courants del à25 milliampères, appliqués pcn-
Tl
nf
1 if3 t>
. <= C> ■ CM ff>
1 >n c J M iN
> ir
co -sa
ir • ~J
o ir -* -»
ir
'^entimètn
carrés
jr. />.
Fig. 65. — Courbe iudiquaut les densités pratiques. (Tableau n" 2.)
dant dix minutes. Ce travail pourrait être complété pour les courants de haute intensité actuellement utilisés.
Les valeurs moyennes obtenues par cet observateur sont indiquées par des tableaux, sous forme de courbes géométriques (fig. 64 et 65). On peut, à l'aide de ces tableaux, connaître l'intensité du courant qu'on pourra employer avec des excitateurs de surface connue, dans le cas d'excitation unipolaire. Le tableau indique la surface de l'excitateur actif. De même, étant donnée l'intensité
ELECTRICITE. — ELKGTHISATIUIN . Ziô
de courant qu'on se propose d'atteindre, le tableau montre quelle devra être, dans ce cas, la surface de l'excitateur. On voit, par exemple, que, pour arriver sans danger à une intensité de courant de 25 milliampères, on devra se servir d'un excitateur dont la surface sera de 500 centimètres carrés.
Il me semble, que d'une manière générale, les surfaces indiquées par Boude t de Paris sont un peu exagérées. Il s'agit, il est vrai, de moyennes, et l'on sait que la tolérance pour la densité électrique peut être variable suivant les individus, suivant aussi la région au niveau de laquelle se fait l'application. On peut dire, cependant, qu'il est presque toujours facile de faire supporter un courant de 25 milliampères avec des excitateurs d'une surface sensiblement plus petite, soit d'environ 180 à 200 centimètres carrés.
La troisième source électrogénique à laquelle on s'adresse pour obtenir des flux électriques est Vinductlon. Vous savez qu'on désigne sous le nom de courants d'induction ou de courants induits ceux qui sont produits par l'action physique que font naître d'autres courants ou des aimants. Il y a donc lieu de distinguer l'induction volta-faradique etla magnéto-faradique.
L'induction volta-faradique, àlaquelle on s'adresse le plus souvent, transforme, pour ainsi dire, l'énergie de la pile en une action mécanique. Mise en honneur en France par les remarquables travaux de Duchenne (de Boulogne), elle tient encore en électro thérapie une place importante, mais plus effacée peut-être que celle qui a été conquise dans ces dernières années par le courant de pile.
Il me paraît indispensable, avant de vous présenter
Courants d'induction.
les appareils d'indiiclion, de vous rappeler on quelques mots les faits généraux relatifs à l'induction.
On en doit la connaissance à Faraday (1831), et c'est pourquoi l'emploi médical des courants induits porte le nom de faradisation.
Considérons tout d'abord l'action qu'exerce un circuit parcouru par un courant surun autre circuit voisin.
A côté d'un fil conducteur en communication avec une pile, plaçons un autre circuit voisin du premier, sans le toucher et fermé sur un galvanomètre (fig. 66). Tant que le courant de pile passe à travers le premier ni, il ne se manifeste rien de particulier dans le second.
En interrompant le circuit de pile, c'est-à-dire en faisait une ouverture (0), nous observons immédiatement une déviation de l'aiguille du galvanomètre, qui revient ensuite rapidement au 0° de l'échelle.
En rétablissant le courant de pile, c'est-à-dire en faisant une fermeture (F), l'aiguille du galvanomètre est déviée de nouveau, mais en sens inverse et d'une
ÉLECTRICITÉ. — ELECTRISATION. 215
quantité moindre; puis elle revient encore au zéro.
Ces faits montrent qu'à l'ouverture du courant de pile il se produit dans le second fd un courant. Celui-ci est désigné sous le nom de courant induit. D'après le galvanomètre, on voit que ce courant induit est de même sens que le courant de pile et de durée courte.
Ces faits prouvent, de plus, qu'àlafermeture du courant de pile, il se produit également un courant induit, mais de sens inverse. Ce courant de fermeture paraît plus faible. Nous verrons, plus tard, que ces deux courants induits se valent en quantité, mais que la variation d'ouverture est plus rapide que celle de fermeture.
On a donc à distinguer un courant inducteur ou agent inducteur et deux courants induits : 1° un courant induit d'ouverture ou direct; V un courant induit de fermeture ou inverse.
A l'aide d'appareils très simples que je mets sous vos yeux on démontre les propositions suivantes :
Tout courant qui diminue, de même que tout courant qui s'éloigne agissent comme celui qui cesse; tous produisent une variation d'ouverture;
D'autre part, tout courant qui augmente d'intensité, et de même tout courant qui se rapproche, agissent comme celui qui commence ; ils déterminent une variation de fermeture.
L'action inductrice produit son maximum d'effet quand les fils sont parallèles; elle devient nulle au moment où les fils arrivent à se croiser perpendiculairement.
Un troisième circuit placé à côté du second est également induit suivant les mêmes lois au moment de la production et de la cessation du courant induit dans le deuxième circuit. On peut donc avoir des courants
'iiO LligONS DE THERAPEUTIQUE.
induits de jDremier ordre, de second ordre, etc. On n'emploie dans la pratique que des courants induits de premier ordre.
Faraday a encore reconnu que des courants induits prennent naissance dans le circuit inducteur lui-même à l'ouverture ou à la fermeture du courant. C'est là le phénomène constituant la self-induction. Ces courants s'appellent intra-couranls .
L'intra-courant d'ouverture ou direct s'ajoute à celui de la pile et par conséquent le renforce, et, par suite, renforce également l'action inductrice. L'intra-courant de fermeture est faible, pour diverses raisons. La variation de fermeture est plus lente que celle d'ouverture, et le courant produit étant inverse tend à diminuer celui de la pile.
Ces intra-courants sont peu importants quand les fils sont droits, quand bien même ils ont une certaine longueur. C'est ce qui a lieu, par exemple, quand on pratique des interruptions dans le cours d'une galvanisation. Ils deviennent forts, au contraire, quand le circuit est enroulé en hélice. On admet dans ce cas une induction des spires les unes sur les autres.
Quelle que soit la rapidité avec laquelle le flux électrique parcourtle fil conducteur, lorsque la première spire est atteinte par ce flux il induit la seconde et ainsi de suite. Il en est de même quand le courant cesse ; le courant a cessé de passer dans une spire alors qu'il parcourt encore les suivantes. On donne aux courants déterminés par cette induction des spires les unes sur les autres le nom à' extra-courants. Us se comportent d'ailleurs comme les intra-courants, dont ils ne sont qu'un cas particulier.
C'est pour mettre à profit ce dispositif qui permet de renforcer l'action inductrice qu'on enroule les fils revêtus d'une matière isolante des appareils induits, soit sur une même bobine, soit sur des bobines distinctes, pouvant s'emboîter les unes dans les autres.
Plaçons maintenant, au centre d'une bobine, un faisceau de fer doux. Si nous faisons passer un courant à travers le circuit de cette bobine, nous voyons que pendant le passage de ce courant les faisceaux de fer sont aimantés et s'éloignent les uns des autres tandis qu'ils adhèrent entre eux et s'entraînent quand nous cherchons à en soulever un. En produisant une rupture du courant (0) la désaimantation est instantanée. Cette action fait naître dans le circuit de la bobine un courant induit de même sens que l' extra-courant d'ouverture auquel il s'ajoute.
Le fer doux ainsi placé au centre d'une bobine a donc la propriété importante de renforcerlecourantinducteur et, par conséquent, le courant induit. Cette propriété est utilisée dans la plupart des appareils. Dans quelquesuns elle sert à graduer les extra-courants et les courants induits. L'action du fer doux peut être, en effet, annulée par l'interposition dans le champ magnétique de la bobine d'un cylindre métallique qui, vous le verrez, peut alors être utilisé comme graduateur.
Enfin, pour terminer ce que j'ai à vous énoncer touchant les principes de l'induction, je dois encore vous rappeler que les aimants agissent à la façon des solénoïdes et qu'ils peuvent, en conséquence, servir à produire des courants induits.
L'aimantation et la désaimantation du fer doux vient déjà de vous en donner une preuve.
En reliant une bobine isolée à un galvanomètre,
bobine au centre de laquelle on peut placer un ferdoux pour renforcer l'action (fig. 67), il suffit d'en approcher ou d'en éloigner un aimant pour produire un courant.
Le courant est inverse quand l'aimant s'approche; direct lorsqu'il s'éloigne.
De même un pôle magnétique qui s'établit, un pôle
magnétique dontl'intensité augmente, agissent comme un pôle qui se rapproche.
L'action inductrice est à son maximum quand l'axe de l'aimant et celui de la bobine coïncident.
En désignant sous le même nom général de champ magnétique la sphère d'action d'un courant et d'un aimant, tous les phénomènes d'induction se comportent suivant une loi générale exprimée par un physicien russe, Lenz.
Tous ces phénomènes ont, en effet, pour caractère commun de correspondre à une modification du champ magnétique dans lequel se trouve le circuit secondaire (induit), que cette modification soit due à des courants
OU à des aimants extérieurs ou bien encore au courant même qui parcourt le circuit. La loi ou règle de Lenz est relative au sens du courant secondaire et peut s'exprimer ainsi :
Le sens du courant secondaire est toujours celui qui, par son action électro-magnétique, tend à s'opposer au déplacement.
Les faits relatifs à l'induction peuvent être résumés sous la forme d'un tableau que nous empruntons à Hospitalier.
Inducteur. Courant induit inverse. Courant induit direct.
' qui s'approche qui s'éloigne.
Un courant qui commence qui cesse.
( qui augmente d'intensité qui diminue d'intensité.
l qui s'approche qui s'éloigne.
Un aimant | ^^^^^^ l'intensité augmente dont l'intensité diminue.
Ces principes nous suffiront pour comprendre la description des appareils d'induction et pour apprécier les qualités de ces appareils. Quelque variés de forme que soient ceux-ci, ils dérivent tous du même type, celui de la bobine Ruhmkorff. Nous allons considérer les pièces principales d'un type analogue auquel se rattachent tous les autres (fig. 68).
Le schéma ci-joint montre comment sont disposées les bobines inductrice et induite et de quelle façon la première communique avec la pile. Celle-ci, de faible tension, se ferme sur le circuit primaire (bobine inductrice B), formée par un fil assez gros et assez court pour ne pas présenter au passage du courant une résistance inutile. Dans l'axe de la bobine se trouve un barreau de fer doux, ou mieux, depuis l'exemple donné par Sturgeon (en 1837) un faisceau de fils de fer C, qui atténue le retard de l'aimantation et de la désaimantation qu'on observait avec un barreau unique.
Le noyau central de la bobine inductrice a plusieurs rôles. Il permet, entre autres, de faire produire à l'appareil des interruptions automatiques à l'aide d'un dispositif dû à Neef (de Francfort) et représenté ici sous sa forme la plus simple.
La seconde bobine ou bobine secondaire (bobine induite) est construite avec un fd plus fm et plus long.
Elle forme un circuit qui se complète par des fds
Fig. 68.
réophoriques attachés en P'N'. C'est en ces points qu'on recueille les courants induits. Enfin, le fil de la bobine primaire, inductrice, est bifurqué. Fermé d'une manière intermittente sur la pile, il peut se compléter en P et N par des fils rhéophoriques représentant un circuit de dérivation qui peut être fermé ou ouvert d'une manière permanente. Les bornes P et N servent à recuillir les extra-courants.
Les phénomènes physiques qui se produisent sont assez complexes, mais faciles à comprendre.
Au moment de la fermeture (F), le ressort de la masse E reposant sur la pointe qui établit le contact et la communication avec la pile, on a un un courant qui commence. Il se produit, par conséquent, dans la seconde bobine, un courant induit inverse et dans la bobine primaire elle-même un extra- courant
ÉLECTHICITE. — ELECTRISATION. 221
inverse. En même temps, le fer doux s'aimante, on a donc mssi un aimant qui commence. Cette action détermine un courant induit inverse dans les deux bobines, c'est-à-dire tout simplement un renforcement de l'action inductrice.
Mais dès que le faisceau de fer doux est aimanté il opère l'attraction de la masse E et, par suite, le circuit se trouve ouvert.
Cette ouverture (0) produit un courant qui décroît et par suite dans le fil induit un courant induit direct, dans le fil inducteur un extra-courant direct. En même temps la désaimantation du noyau de fer crée un aimant qui s éloigne, ce qui détermine encore un renforcement de l'action inductrice, c'est-à-dire du courant induit direct et de l'extra-courant direct.
