EMPLOI DU GALVANOMÈTRE

nombre de fois autour d'un cadre, l'aiguille est suspendue par un fil de soie sans torsion qui traverse une ouverture du cadre. On donne alors à l'aiguille une grande mobilité et l'action d'un courant qui n'aurait produit aucun effet sur l'aiguille aimantée ordinaire pourra produire dans ce multiplicateur ou galvanomètre une déviation considérable.

Perfectionnement de Nobili. — Cet appareil fut rendu plus sensible encore par Nobili. L'aiguille aimantée est maintenue dans le méridien magnétique par l'aimant terrestre ; pour qu'une déviation se produise, il faut que le courant qui tend à mettre l'aiguille en croix Avec sa propre direction lutte contre l'action de la terre. Nobili disposa deux aiguilles aimantées fixées à une même tige, de manière que les pôles de nom contraire soient en regard ; ces aiguilles à peu près également aimantées n'obéissent plus à l'action de la terre, on les appelle astatiques.

Les aiguilles sont suspendues par un fil de soie dédoublé ; le cadre passe entre elles et environne l'aiguille inférieure; le fil de cuivre isolé s'enroule un très-grand nombre de fois sur ce cadre. L'action des parties du fil les plus voisines de l'aiguille supérieure, lorsqu'un courant les traverse, est de môme sens que l'action de toutes les parties sur l'aiguille inférieure, et la force directrice est accrue.

L'aiguille supérieure se meut sur un cadran divisé en degrés (fig. 323).

L'appareil est placé dans une cloche à l'abri de l'agitation de l'air.

Emploi du galvanomètre. — L'une des aiguilles doit être un peu plus aimantée que l'autre, pour que le système des aiguilles se dirige dans le méridien magnétique lorsque le fil n'est pas traversé par un courant. On juge que la différence d'aimantation est faible, comme il convient, lorsque les aiguilles suspendues sous une cloche en dehors du cadre oscillent avec une grande lenteur avant de s'arrêter dans cette direction fixe. Si l'oscillation a lieu rapidement, on frotte l'un des pôles de l'aiguille qui est la plus aimantée avec le pôle de même nom d'un aimant faible, jusqu'à ce qu'on arrive à observer une oscillation trèslente.

Lorsqu'on veut répéter des expériences d'éleclro-physiologie avec un galvanomètre très-sensible, dont le fil fait 24000 tours, il est indispensable de placer l'instrument à l'abri des agitations du sol. Une planche solide est fixée solidement au moyen de vis de cuivre et de supports à la paroi verticale d'un niur épais,

Sur cette console, le galvanomètre est placé, les vis calantes sont tournées jusqu'à ce que la tige qui réunit les aiguilles passe au centre de l'ouverture du cadre qu'elle traverse.

On place l'aiguille à peu près au zéro, mais on ne s'attache pas à cela ; il suffit de noter à quel endroit s'arrête l'aiguille avant le passage d'un courant.

Pour savoir quel est le sens du courant qui fait dévier l'aiguille à droite où à gauche de l'observateur, on pourrait observer le sens de l'enroulement du fil, le nom du pôle de l'aiguille inférieure qui se dirige vers le nord et appliquer l'énoncé d'Ampère ; mais il est plus simple d'employer un moyen qui permet de juger en même temps de la sensibilité de l'appareil. Aux extrémités recourbées d'un long tube de verre rempli d'eau distillée (fig. 323), on fixe un fil de zinc et un fil de platine qui sont réunis aux fils a et b du galvanomètre, on voit dans quel sens dévie l'aiguille supérieure, lorsque le courant qui vient du platine entre par l'extrémité a. Le résultat de l'expérience est inscrit avec soin. Plus la déviation est grande, plus l'instrument est sensible.

Le galvanomètre employé pour observer les courants thermoélectriques diffère du précédent en un seul point : le fil est plus gros et beaucoup plus court, il offre aux courants une résistance moindre que le fil fin et long.

Action de* courante mr le* courant*. — Deux courants parallèles et de même sens s'attirent.

Fie. 324.

Indication de l'attraction a et de la répulsion r qui se manifeste entre des courants

parallèles ou angulaires.

Deux courants parallèles et dirigés en sens contraire se repoussent.

Deux courants qui fout un angle s'attirent s'ils sont dirigés vers le sommet de l'angle ou s'ils s'en écartent tous deux.

Deux courants qui font un angle se repoussent, si l'un s'approche et l'autre s'éloigne du sommet de l'angle.

Si les courants ne sont pas dans le même plan, il faut mener la perpendiculaire commune, et les courants s'attirent quand ils s'approchent ou s'éloignent ensemble du pied de la perpendiculaire, se repoussent quand l'un s'approche et l'autre s'éloigne de cette perpendiculaire.

Pour démontrer ces actions qui ont été découvertes par Ampère, et qui sont indiquées par la figure 324, il faut rendre un courant mobile.

Courant mobile. — Un fil de cuivre revêtu de soie est plié en rectangle dont on Forme trois cOlés; vers le milieu du quatrième

côtelés extrémités sont courbées, disposée s para 11 élément, puis se courbent de nouveau en formant deux crochets placés verticalement l'un au-dessous de l'autre ; le supérieur se termine par une pointe d'aiguille d'acier (fig. 335); deux petites coupes de métal dont le fond est bien plan et que l'on remplit de mercure sont portées par deux colonnes métalliques isolées qui communiquent avec les deux pôles d'une pile. I.u pointe d'acier repose sur le fond de la coupe supérieure ; le fil de cuivre du second crochet, plonge dans le mercure sans loucher le foud. Cet appa-

reil est très-mobile, et l'axe de rotation est une ligne verticale qui, passant par la pointe, doit rencontrer en leurs milieux les côtés parallèles EF et GH du rectangle. Le courant passe par le fil suivant la direction indiquée par les flèches. Avant de faire communiquer l'une des colonnes avec le pôle négatif d'une pile, on fait traverser au courant le fil d'un multiplicateur rectangulaire qui offre ainsi sur chaque côté du cadre un grand nombre de courants parallèles et dirigés dans le sens de l'enroulement du fil.

Or, si l'on approche un des côtés du cadre dans lequel le courant est descendant, du côté FH, où il est de même direction, immédiatement on observe une attraction, le rectangle tourne et son plan oscille devant les courants parallèles qui l'attirent. Renversons le cadre (fig. 325), aussitôt nous observons une vive répulsion, les courants qui agissent sont parallèles et de sens contraire. Présentons le cadre tenu à la main de manière que les courants fassent un angle, et nous vérifierons les lois énoncées : si le courant fixé et le courant mobile sont dirigés tous deux vers le sommet de l'angle ou s'en écartent ensemble, on observe une attraction, une répulsion si l'un s'approche et l'autre s'éloigne du sommet de l'angle.

Les actions réciproques des courants vont nous permettre d'expliquer certains phénomènes qui sont d'une grande importance dans la belle théorie d'Ampère.

Action d'an courant horizontal Indéfini sur un courant horizontal limité mobile autour d'un aie vertical. — Supposons un courant horizontal indéfini dirigé de E en 0 (fig. 326), et un courant horizontal limité allant de A en B et mobile autour du point A. Prolongeons AB jusqu'à la rencontre du fil EO en C. La partie CE du courant fixe attire le courant AB, car ces courants se rapprochent du sommet de l'angle ; au contraire, en CO, le courant s'éloigne du sommet tandis qu'en AB il s'en approche, il y aura répulsion exercée par la partie CO. Donc le courant mobile, attiré d'un côté, repoussé de l'autre, se met en mouvement et se place, par exemple, parallèlement à EO, en AB'; alors, nous avons deux courants parallèles et dirigés en sens contraire qui se repoussent. Le courant mobile arrive, je suppose, dans une position telle que AB"; prolongeons B"A jusqu'en D, les courants ED et AB/; se repoussent; les courants DO et AB" s'attirent parce qu'ils s'éloignent tous deux du sommet D de l'angle, j le mouvement de rotation continue.

Lorsqu'un courant horizontal mobile dirigé de l'axe à la périphérie est soumis à l'action d'un courant horizontal indéfini

placé au sud et dirigé de Test à l'ouest, il tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre. Si, au contraire, le courant horizontal indéfini conservant la même direction était placé au nord, en E'O', on verrait le courant mobile tourner comme les aiguilles d'une montre, ou de l'ouest à Test en passant par le nord.

Fio. 326.

Action d'un courant horizontal indéfini sur un courant horizontal limité.

Vérification expérimentale. — Ampère a vérifié expérimentalement ces résultats qu'il a déduits de l'action réciproque des courants. L'appareil employé par cet illustre physicien est formé de couronnes cylindriques réunies par un fond (fig. 327); ce vase métallique est supporté par des pieds. Un bouchon de bois, substance isolante, enfoncé dans l'ouverture centrale, est traversé par une colonne de métal qui supporte une coupe dont le fond est poli. Un fil métallique AB que l'on recourbe deux fois repose par une de ses extrémités A, qui est une pointe d'aiguille, sur le fond de la coupe, et par l'autre extrémité plonge dans le vase. Pour équilibrer ce fil, on fixe en A un fil tout semblable AE, et l'on réunit les extrémités C et D par une lame de cuivre circulaire. On peut interrompre le second fil par une petite lame d'ivoire ou le laisser continu.

De l'eau acidulée est versée dans le grand vase ; on abaisse la colonne centrale de manière que le cercle de métal plonge dans le liquide. On verse du mercure dans la coupe métallique ; le pôle positif d'une pile est fixé a la colonne centrale, le courant suit la colonne, passe de A en B, puis dans le liquide

bon conducteur. Aux parois du vase on attache l'extrémité d'un fil recouvert de soie qui est enroulé un grand nombre de fois sur un cadre circulaire, et qui constitue un multiplicateur mainlenu par les pieds de l'appareil; l'autre extrémité du fil communique avec le pOlu négatif de la pile.

Dès que le courant passe, on voit le fil Alt prendre un mouvement de rotation continu, dans le sens que la théorie permet facilement de prévoir. Si, comme dans la figure, le courant mobile est dirigé de A en B, et si dans la partie du cadre qui est

voisine de nous, le courant circulaire se meut de droiteà gauche, lo courant mobile doit tourner en sens inverse des aiguilles d'une montre, ce que l'expérience vérifie.

L'action du courant circulaire revient à celle d'une infinité de petits courants rectilignes, car la circonférence peut être regardée comme un polygone d'un nombre infini de côtés. Laisse-t-on le second fil AC continu, le courant de la colonoe se divise en AB et en AE, et il est facile de voir que l'action du courant circulaire sur ces deux parties est concordante.

Action 0"un eoaraat hart&ontal indéfini sur un couraul vertical mobile «ntonr d'an *xe vertical. — Soit Un Courant

vertical descendant AB (fig. 328], mobile autour d'un axe vertical YZ auquel il est attaché. Etudions l'action d'un courant horizontal indéfini EDO allant de E en 0, sur ce courant limité.

Prolongeons la ligne Â6 jusqu'au plan horizontal passant par EO et menons la perpendiculaire commune PC aux lignes AB et EO. A partir du pied C de cette perpendiculaire, prenons à égale distance deux éléments égaux m et n du courant horizontal indéfini, étudions leur action sur un élément e du courant descendant. En m et en e les courants s'approchent de la perpendiculaire commune, il y a attraction ; en e et en n les courants se repoussent, car l'un d'eux s'approche de cette perpendiculaire et l'autre s'en éloigne. Ces deux forces, Tune attractive, l'autre répulsive, sont égales et peuvent se représenter en gran-

it

YL

Fio. 328.

Action d'nn courant horizontal indéfini EO sur un courant vertical mobile autour

d'un axe vertical.

deur et en direction par les lignes er et ea} dont la résultante eR, obtenue en construisant le parallélogramme des forces, est parallèle à la ligne EO. Or, on peut décomposer toutes les parties du courant EO en éléments également distants de C, étudier l'action de tous ces éléments sur ceux du courant AB, et l'on reconnaît de même que la résultante des actions est une force dirigée parallèlement à EO qui mettra en mouvement le courant AB jusqu'à ce que le plan AB YZ soit parallèle à EO. D'où il résulte que si nous faisons agir un courant allant de l'est à l'ouest placé au sud sur un courant descendant mobile autour d'un axe vertical, ce courant descendant se dirige vers l'est.

Un raisonnement analogue montre que si ce courant dirigé de Test à l'ouest est placé au nord, le résultat de son action sera le même ; tandis que si le courant horizontal indéfini était dirigé cjc l'ouest à l'est, le courant descendant irait vers l'ouest.

Ces préliminaires posés, nous pouvons étudier l'action de la terre sur les courants mobiles.

Action de la terre sur les courants mobiles. — - Lorsqu'on dispose le courant mobile rectangulaire qui nous a servi à étudier l'action des courants sur les courants (fig. 325), il est facile d'observer que le plan du circuit se place perpendiculairemeni à la direction de l'aiguille aimantée, après quelques oscillations qui se font de part et d'autre de sa position d'équilibre. C'est la partie descendante du courant qui se place vers l'est, la partie ascendante vers l'ouest ; ce résultat étonnant n'a pu être expliqué qu'en admettant qu'un courant terrestre circulant de Test à l'ouest dirige les courants verticaux, comme l'expérience le prouve, le courant descendant à l'est, l'ascendant à l'ouest.

En effet, si nous faisons cette hypothèse, le courant existant à la surface delà terre, se trouvant à égale distance des courants horizontaux EF, GH, qui lui sont parallèles et dirigés en sens contraire, n'exercera aucune action sur eux, mais dirigera les parties verticales comme nous l'avons établi précédemment.

Mais où est placé le courant terrestre ? L'expérience suivante va nous le montrer. Disposons l'appareil qui a serri à démontrer l'action d'un courant circulaire sur un courant horizontal limité allant de l'axe à la périphérie (fig. 327), enlevons le courant circulaire, nous voyons que le courant horizontal se met à tourner sous l'influence seule de la terre, en sens inverse des aiguilles d'une montre, d'où nous concluons que le courant terrestre dirigé de l'est à l'ouest est situé au sud du lieu où nous faisons l'expérience.

Dans l'hémisphère austral, la môme expérience répétée montre un mouvement de rotation inverse, ce qui prouve que le courant ou la résultante des courants terrestres se trouve au nord, c'est-à-dire vers l'équateur magnétique.

soiénoldes. — Un courant circulaire se dirige sous l'action de la terre comme un courant rectangulaire, la partie descendante du courant est toujours dirigée vers l'est.

Prenons maintenant un appareil formé d'une série de courants circulaires ou presque circulaires : c'est unfil que l'on a enroulé en hélice sur un cylindre de carton ; les spires sont voisines et peuvent être considérées comme formées de cercles à peu près parallèles, les extrémités du fil se recourbent à angle droit et se terminent par deux crochets que l'on suspend comme ceux du circuit rectangulaire, à l'aide des coupes pleines de mercure (fig. 329). Aussitôt que l'on fait passer un courant dans cet appareil qui a reçu le nom de soléwide, les parties descendantes du

S0LÉN01DE. 451

courant qui suit le fil se dirigent vers Test magnétique, Taxe du cylindre est dirigé comme l'aiguille aimantée ; le solénoïde écarté de sa position d'équilibre oscille comme an aimant librement suspendu. Si l'on présente au pôle qui se dirige vers le nord d'un solénoïde , le pôle nord d'un autre solénoïde, on observe une répulsion ; si l'on présente le pôle sud de celui-ci, une vive attraction se manifeste. Ainsi les pôles des solénoïdes se comportent comme ceux des aimants. Mais, bien plus, approchons du pôle nord d'un solénoïde le pôle nord (austral) d'un aimant,

s^vi-ïïSBDBtt'jasr

Fia. 329.

Solénoïde suspendu. — NS, direction du sud au nord magnétique.

nous voyons une vive répulsion. Présentons le pôle sud d'un aimant au môme pôle nord, nous observons une attraction. Ces expériences démontrent l'identité des aimants et des solénoïdes : aussi Ampère assimile les'premiers aux seconds, et pour lui, les aimants ne sont autre chose que des solénoïdes, c'est-à-dire qu'ils sont formés d'une série dç courants parallèles ou à peu près parallèles qui circulent autour des particules du fer, courants groupés irrégulièrement dans le fer, mais qui prennent ces directions parallèles lors de l'aimantation.

Nous verrons bientôt cette hypothèse qui fait du magnétisme une branche de l'électricité, et qui est la conséquence des travaux admirables d'Ampère, confirmée par les découvertes de Faraday qui, par l'induction, apprit à développer des courants électriques par l'action des aimants.

Quand nous voudrons déterminer le sens du courant du sole-

noïde qui pourrait remplacer un aimant, nous placerons celui* ci par la pensée dans le méridien magnétique, le pôle austral tourné vers le nord, alors le courant descendant du solénoïde doit Être tourné vers l'est. Le sens de ce courant s'accorde aussi avec la position du pôle austral de l'aimant qui se trouve toujours a la gauche de ce courant.

«etion des iDDrantn sur ic ter doni. — Un fil de cuivre revêtu de soie est enroulé un grand nombre de fois sur un morceau de fer doux; aussitôt qu'on le fail traverser par le courant d'une pile, le fer doux devient un aimant puissant capable d'attirer le fer avec énergie. Cet électroaimant présente deux pôles :l'un, le pôle austral, se trouve à la gauche du courant, l'autre, le pôle boréal, à la droite.

D'après le sens du courant dans le fil, nous marquons les pôles et nous les vérifions en les approchant à dislance d'un barreau aimanté librement suspendu, dont le pôle austral est repoussé par l'une des extrémités le pôle boréal repoussé par l'autre.

ÉlectTO-aimant. — Lorsqu'on veut soulever des poids avec cet aimant, on le recourbe en fer à cheval, de manière que les extrémités soient voisines et puissent agir ensemble sur un morceau de fer, muni d'un crochet qui est le contact (tig. 330}. Il est essentiel d'observer que le fil conducteur du courant, qui est enroulé sur l'une des branches dans un sens, s'enroule sur l'autre en scnsconlraire;il présente un en l recroisement d'une branche à l'autre, passe do la face antérieure de l'une des branches à la face postérieure de l'autre; ainsi les floches, dans la figure, nous représentent le sens du courant, et l'on voit que l'on a d'un côté un pôle austral A, de l'autre un pôle boréal B, à la gauche et a la droite du courant.

Lorsque le courant passe, le contact est attiré vivement et peut supporter un poids considérable. M. PouiHct a fait coq-