CHAPITRE I

PHÉNOMÈNES ÉLECTROSTATIQUES, ÉLECTRODYNAMIQUES | ET ÉLECTROMAGNETIQUES

Avant d'étudier la façon dont on produit les oscillations électriques, il nous faut passer rapidement en revue les principales notions relatives à l’état électrique d’un corps (phénomènes statiques) ou à la production et aux effets du courant électrique (phénomènes dynamiques et électromagnétiques).

Potentiel.

L'état électrique d’un corps est caractérisé par une fonction mathématique qu'on appelle le potentiel. Cette fonction représente en quelque sorte, au point de vue électrique, l'énergie de position ou énergie polenlielle que possède le corps.

Pour comprendre ce dont 1l s’agit, considérons un Corps pesant placé à une certaine hauteur, sur une table par exemple. Si l’on enlève brusquement la table, le corps tombe, et, dans sa chute, il est capable de produire un certain travail. Puisqu'il peut fournir du travail, c'est qu'il possédait une certaine énergie, dite énergie de position ou énergie potentielle : cette énergie était égale en valeur au travail qu'on avait dù dépenser pour soulever le corps et l’'amener sur la table en luttant contre les forces de la pesanteur.

(1) Les chapitres 111 et 1, qui ne se rapportent pas directement à la Télégraphie sans fil, ont pour but de permettre, aux lecteurs qui n’ont aucune connaissance en Électricité, la compréhension de tous les phénomènes dont il sera question dans la suite. Ils contiennent les principales notions qu'il est nécessaire de posséder.

Au lieu d'une région de l’espace où s’exercent les forces de la pesanteur et où l'on envisage les propriétés d'un corps pesant, considérons maintenant une région de l’espace où s'exercent des forces électriques (") et un corps portant lui-même une certaine charge d'électricité. Il est évident que, pour amener ce corps depuis un point situé en dehors du champ électrique jusqu'en un point situé dans ce champ, on devra développer un certain travail : en ce dernier point, le corps possédera donc une certaine énergie de position ou, pour employer le mot, 1l aura un certain potentiel. On voit, d’après ce qui vient d’être dit, que ce potentiel est égal au travail qu'effectueraient les forces du champ électrique pour déplacer le corps depuis le point qu'il occupe dans le champ jusqu à la limite de ce champ, travail égal en valeur au travail qu'il a fallu développer pour amener le corps de la limite du champ jusqu'au point qu'il occupe.

Le potentiel de la terre est pris comme point de comparaison et est supposé nul par définition : le potentiel d'un corps aura donc une valeur positive (+) ou négative (—) suivant qu'il sera supérieur ou inférieur au potentiel de la terre.

Certains appareils ou machines électriques, dont il sera question plus loin, permettent de produire entre deux points une différence de potentiel dounée.

Charge électrique.

Prenons un corps bon conducteur de l'électricité, une sphère métallique par exemple, et, au moyen d'une machine élec-

trique, portons cette sphère à un certain potentiel A (*). Nous pourrons constater facilement, par des méthodes dans le détail

(1) Une telle région de l’espace est appelée champ électrique : nous verrons plus loin comment 1l peut exister des champs électriques.

(®) Puisque la machine électrique permet de produire une certaine différence de potentiel, on pourra créer cette différence de potentiel entre la sphère et la terre, et, comme le potentiel de celle-ci est nul par définition, la sphère se trouvera portée à un certain potentiel dont la valeur sera égale à la valeur de la différence de potentiel produite par la machine.

PHÉNOMÈNES ÉLECTROSTATIQUES, ÉLECTRODYNAMIQUES, ETC. 19

desquelles il est inutile d'entrer, que, quand le potentiel de la sphère a une valeur À, cette sphère porte une charge d'électricité Q proportionnelle à À. On aura Q — CA : la consante de proportionnalité C s'appelle la capacilé électrique de la sphère ; elle caractérise celle-c1 au point de vue de certaines de ses propriétés électrostatiques. Tous les corps conducteurs isolés ont une certaine capacité électrique, en général très faible. Certains appareils particuliers, dans lesquels des surfaces métalliques sont placées à faible distance d'autres surfaces métalliques parallèles, présentent une grande capacité et réalisent ce qu'on appelle des condensaleurs.

Condensateurs.

Prenons deux plaques métalliques isolées et plaçons-les à quelques millimètres l’une de l’autre, puis, en les reliant à une machine électrique, établissons entre elles une certaine diflérence de potentiel. Nous pouvons constater que le système formé par les deux plaques de métal et la lame d'air qui les sépare prend une certaine charge électrique ("): cette charge électrique est due à une déformation (probablement de même nature qu'une déformation élastique) de l’éther compris entre les deux plaques (*). Si maintenant, au lieu d’une lame d'air, nous introduisons entre les deux plaques une autre substance isolante, une lame de verre par exemple, nous constatons que la charge électrique prise par le système, pour la même différence de potentiel que précédemment et pour le même écartement des plaques, a augmenté d’une façon importante. Avec une lame de verre par exemple, la valeur de la charge électrique sera devenue 6 ou 7 fois plus grande. Cela prouve que la capacité du système a augmenté, et cette augmentation provient de ce que les déformations (élastiques) de l’éther inter-

(1!) On pourra mettre cette charge en évidence en enlevant la machine électrique et en reliant les deux plaques à un appareil de mesure, à travers lequel le condensateur se déchargera.

(2) Au moment de la décharge du condensateur, l’éther revient à son état normal.

posé entre les plaques ne sont pas les mêmes pour les différents isolants au sein desquels se trouve l’éther. Les corps isolants, solides, liquides ou gazeux, peuvent seuls présenter de ces déformations de l’éther qu'ils contiennent : dans les corps bons conducteurs au contraire, 1l ne peut jamais y avoir de déformalions permanentes.

En pratique, les condensateurs employés en télégraphie sans fil sont tous du type de la bouteille de Leyde : chacun d'eux consiste en un vase ou un tube en verre dont les surfaces intérieure et extérieure sont revêtues chacune d’une feuille métallique, nommée armature : on accouple ensemble un nombre plus ou moins grand de bouteilles de Leyde suivant que l’on veut obtenir une capacité plus ou moins considérable.

Décharge et courant électrique.

Considérons, comme précédemment, une sphère métallique À (fig. 6) que nous chargeons au potentiel A. Plaçons à une

Fire. 6.

certaine distance de celte sphère A une seconde sphère B que nous chargeons au potentiel B. Il existe entre les deux sphères une différence de potentiel (A—B) dont la valeur est déterminée d'après les valeurs du potentiel À et du potentiel B. Sous l'effet de cette différence de potentiel (A—B), ilse manifeste, entre les deux sphères, certaines forces électriques, dont la valeur est évi-

PHÉNOMÈNES ÉLECTROSTATIQUES, ÉLECTRODYNAMIQUES, ETC. dE

demment proportionnelle à la différence de potentiel (A—B) qui les crée. La région de l’espace dans laquelle s’exercent des forces électriques dues à la présence des sphères chargées À et B S Appelle champ électrique. La direction de ces forces électriques est caractérisée par certaines lignes imaginaires, nommées hgnes de force électriques: celles-ci sont représentées en poinüllé sur la figure 6.

Le cl entre les deux sphères A et B est supposé rempli par de l'air, ou par tout autre isolant gazeux, liquide ou solide. La plus petite épaisseur de cet AA qui sépare les deux sphères est la distance ab. Si cette épaisseur ab est suffisante pour résister à l’action des forces électriques proportionnelles à la différence de potentiel (A—B), les deux sphères conservent leurs potentiels respectifs. Si, au contraire, l'épaisseur ab n'est pas suffisante pour résister à l’action des forces électriques, celles-ci produisent un percement ou une rupture violente de l'isolant, et une élincelle jaillit entre les points a et D: cette étincelle produit un certain travail, qui se manifeste par des effets lumineux et calorifiques ; ce travail est fourni au dépens de la charge des deux sphères. L'ensemble de ce phénomène est appelé décharge électrique : c'est lui qui donne lieu, lors des orages, à la production d'’éclairs jallissant entre deux nuages chargés à des potentiels inégaux par leur frottement contre les couches supérieures de l'atmosphère.

Après la décharge, on constate que les potentiels des deux sphères se sont égalisés, chacun d’eux prenant une valeur à peu près égale à la moyenne des potentiels À et B. Si, en particulier, fu deux sphères étaient chargées à des potentiels égaux en valeur, mais de signe contraire, le potentiel de ts d'elles est à peu près nul après la décharge.

Supposons maintenant que l'intervalle isolant compris entre les deux sphères chargées A et B soit suffisamment épais pour que la décharge ne puisse pas se produire, mais relions ces deux sphères l’une à l’autre par un fil bon conducteur. Nous pourrons constater qu'il se produit dans ce fil un certain phénomène dynamique, par lequel les potentiels des deux sphères tendent à s’égaliser comme dans le cas précédent. Ce phénomène dyna-

mique est appelé courant électrique, car 1l se présente sous la {orme d'un flux d'électricité allant d’une sphère à l’autre : son passage se manifeste par des ellets déterminés, tels que l'échauffement du fil conducteur qui, s'il est assez fin, peut être amené. au blanc incandescent ou même être fondu.

Le courant électrique qui passe dans le fil reliant les deux sphères prend fin aussitôt que les potentiels de celles-c1 se sont égalisés ; sa durée est extrêmement courte, et aucun phénomène. électrique ne se manifeste plus entre les deux sphères A et B, puisqu'il n’existe plus entre elles aucune différence de potenuel.

Pour pouvoir produire, d'une façon permanente, un courant électrique dans un cireuit conducteur (‘), on a dû inventer des appareils ou des machines électriques capables de maintenir d'une façon permanente, entre deux points de ce circuit, une différence de potentiel déterminée. Cette différence de potentiel est due à une certaine force, dite force électromotrice, qu engendre l'appareil ou la machine électrique. Tant que dure la force électromotrice, la différence de potentiel entre les deux points du cireuit entre lesquels est intercalée la machine électrique donne naissance, dans ce circuit, à un courant électrique permanent. L'intensité de ce courant est proportionnelle à la différence de potentiel qui lui donne naissance et est inversement proportionnelle à la résistance que les différentes parties constitutives du circuit électrique opposent au passage du courant.

D'après les connaissances actuelles, il est très probable que le courant électrique dans un conducteur est dû à un déplacement ou transport de petites charges d'électricité, nommées électrons, qui sont supposées former les parties constitutives de tous les atomes matériels. Dans les corps bons conducteurs de l'électricité, les atomes auraient la propriété de pouvoir échanger de proche en proche leurs électrons, d’où résulterait le phénomène de propagation que l'on appelle courant électrique. Dans les corps mauvais conducteurs (isolants) au con-

(1) Comprenant, par exemple, des lampesélectriques, des moteurs électriques, ete... reliés entre eux par des fils métalliques.

PHÉNOMÈNES ÉLECTROSTATIQUES, ÉLECTRODYNAMIQUES, ETC. 23

traire, de tels déplacements des électrons ne pourraient pas se produire.

Quoi qu'il en soit, nous avons vu que le courant électrique dans un conducteur à une intensité proportionnelle à la diférence de potentiel qui l’engendre et inversement proportionnelle à la résistance qui s'oppose à son passage. Cette résistance, nommée résistance électrique du conducteur, est proporlionnelle à la longueur du conducteur et inversement proporlionnelle à sa section et à sa conductibilité électrique. Elle est analogue à la résistance qu'oppose un tuyau à la circulation d'un liquide, résistance qui dépend évidemment de la longueur du tuyau et de sa section.

Champ magnétique.

Les propriétés des aimants sont bien connues. Si l'on place une feuille de papier au-dessus d'un barreau aimanté et si l'on saupoudre celle-ci avec de la limaille de fer, on voit que les’ grains de limaille s'agglomèrent suivant certaines lignes en formant des chaïînettes (fig. 7). Ces lignes sont dites lignes de force

magnétiques : leur ensemble constitue un flux magnélique qui semble sortir de l’aimant par le pôle Nord pour y rentrer par le pôle Sud, les lignes de force s’étalant en éventail aux deux extrémités du barreau et se resserrant à l’intérieur de celui-ci, où elles semblent aller du pôle Sud au pôle Nord. Toute région de l’espace dans laquelle il existe des lignes de force magnétiques est appelée champ magnétique : le champ magnétique est

caractérisé par sa direction, d’une part, et par son intensité, d'autre part, cette intensité dépendant de la grandeur des forces magnétiques.

Si l’on considère un fil conducteur parcouru par un courant électrique, et si l’on place perpendiculairement à ce fil une feuille de papier qu'il traverse, on constate, en saupoudrant cette feuille de limaille de fer, que les grains s’agglomèrent encore suivant certaines lignes circulaires, indiquant l'existence de lignes de force magnétiques. Le sens de ces lignes de force est facile à trouver de la façon suivante: si l’on suppose un observateur placé le long du fil (fig. 8) de telle façon que le courant lui entre par les pieds et lui sorte par la tête, les lignes de force se dirigent de la droite vers la gauche de l'observateur. |

Ainsi donc, lout conducleur parcouru par un courant électrique est environné par un champ magnélique.

On démontre théoriquement et l’on vérifie expérimentalement que ({oule varialion d'intensité d’un champ magnélique délermine, dans un conducteur qui coupe ce champ, l’apparilion d'une force électromotrice : la valeur de celle-ci est proportionnelle à la vitesse de variation du champ magnétique (c’est-àdire à la variation par seconde). Sous l'effet de cette force électromotrice, 1l existe entre les extrémités du conducteur une certaine différence de potentiel qui, si ces extrémités sont reliées à un circuit conducteur, détermine dans celui-ci le passage d’un courant électrique.

Fie. 8,

Revenons au fil rectiligne parcouru par un courant (fig 8). Ployons ce fil en forme de boucle et considérons les lignes de force magnétiques circulaires qui entourent chacun des points du conducteur : pour simplifier, fixons notre attention sur les deux points d’intersection de la boucle et d’une feuille de papier (fig. 9). Le sens de ces lignes de force, déterminé comme précédemment, est indiqué par les flèches : toutes les lignes de

PHÉNOMÈNES ÉLECTROMAGNÉTIQUES 29

force de même sens s’ajoutant les unes aux autres, la boucle de fil est traversée par un flux magnétique dont la direction est indiquée par les flèches centrales (fig. 9). La boucle de fil parcourue par un courant est donc équivalente à un aimant plat ayant son pôle nord sur une face (celle qui se trouve du côté du lecteur), et son pôle sud sur l’autre face (du côté opposé au lecteur). Le pôle nord se trouve à la gauche de l'observateur couché sur le fil comme précédemment et regardant le centre de la boucle : on dit plus simplement qu'il est à la gauche du courant circulaire. |

IT est évident que le flux magnétique produit par une boucle de fil est proportionnel à l'intensité du courant qui passe dans ce fil.

Si, au lieu d’une boucle, on forme avec du fil conducteur 10, 100, 1000 boucles du même diamètre juxtaposées en une bobine et parcourues dans le même sens par le même courant, il est évident que, le flux produit par chaque boucle s’ajoutant aux flux produits par les boucles voisines, la bobine donnera un flux total 10, 100, 1000 fois plus grand que le flux d'une seule boucle parcourue par un courant de même intensité : on réalise ainsi ce qu'on appelle un solénoïde. En plaçant à l'intérieur de ce solénoïde un noyau de fer, dont la présence augmente la conductibilité magnétique (‘) du chemin suivi par les lignes de force, on obtient un électro-aimant.

Re a PO ON LS DER Tr QE S. Su Vi 7 | Lait ET pre ù |

Fi. 9.

(1) La conductibilité magnétique s'appelle perméabilité : la perméabilité de l'air, des isolants et de tous les métaux non magnétiques (c’est-à-dire en pratique tous les métaux autres que le fer, le nickel et leurs alliages), est égale à l'unité. La perméabilité du fer est d'autant plus grande que le métal est plus pur : elle peut atteindre 2 500 fois celle de l’air.

La résistance magnétique est appelée réluctance.

L'introduction d’un noyau de fer à l’intérieur d’un solénoïde a pour effet d'augmenter le flux magnétique produit par ce solénoïde, puisque la résistance, ou réluctance, qui s'oppose au passage de ce flux est diminuée.

D'après ce qui précède, 1l est évident que la puissance d'un électro-aimant augmente avec le nombre de tours de fil et avec l'intensité du courant. La figure 10 représente un électro-

aimant : le pôle nord se trouve à la gauche des courants circulaires et le pôle sud à leur droite. La répartition du champ magnétique existant au voisinage d’un électro-aimant est identique à celle du champ magnétique qui existe au voisinage d’un aimant.

On sait que les pôles de même nom de deux aimants s'aturent et que les pôles de nom contraire se repoussent. Puisqu'une boucle de fil parcourue par un courant équivaut à un aimant, 1l se produira des attractions ou des répulsions analogues entre elles et un barreau aimanté, de même qu'entre deux boucles différentes ou entre deux conducteurs parcourus

par un courant électrique. Par exemple,

la boucle de fil de la figure 11, parcourue

(SR NIN par un courant dans le sens de la flèche,

sera repoussée par le pôle nord N de l’ai-

mant voisin, puisqu'elle présente un pôle

pee nord N sur la face tournée vers cet ai-

mant. Si le courant dans la boucle était

de sens inverse, la boucle aurait un pôle sud sur sa face tournée vers l’aimant, et elle serait attirée par lui.

Induction électromagnétique.

Considérons un aimant ou un électro-aimant dont le flux magnétique s'épanouil dans l’espace comme cela a été dit.

PHÉNOMÈNES ÉLECTROMAGNÉTIQUES 27

Prenons une boucle de fil métallique fermée sur elle-même et plaçons-la à une certaine distance de l’aimant, perpendiculairement aux lignes de force magnétiques qui en émanent (fig. 12), puis approchons-la peu à peu de l’aimant. Le flux magnétique qui traverse la boucle de fil varie pendant ce mouvement, puisque le nombre de lignes de force embrassées par la boucle va en augmentant. Cette varialion de flux donne naissance à une force électromotrice induite, qui engendre, dans cette boucle fermée, un courant induit. Si l’on cesse de déplacer la boucle, la force électromotrice induite et le courant s’annulent, puisqu'il n'y a plus de variation de flux. Si l’on éloigne la boucle de l’aimant, la variation de flux (diminution) que produit ce mouvement donne naissance à une force électromotrice induite, inverse de la précédente (c'est-à-dire que le sens de la différence de potentiel engendrée et, par suite, du courant, est inversé).

Le sens du courant induit est lel que l'effet de ce courant lende à s'opposer au mouvement qui lui donne naissance : par exemple, quand on approche la boucle de l’aimant, le courant induit a le sens marqué par la flèche, de façon que la boucle présente sur sa face tournée du côté de l’aimant un pôle nord, dont l’action sur le pôle nord de l’aimant tende à empêcher le mouvement : inversement, si l'on éloigne la boucle, le courant induit est de sens contraire, pour que la boucle présente un pôle sud sur sa face tournée du côté de l’aimant, et que l'action de celui-c1 sur le pôle nord de l’aimant tende à s'opposer au mouvement d'éloignement.

Si, au lieu de considérer une ou plusieurs M EA de fil embrassant une plus ou moins grande partie du flux magnétique d'un aimant, nous considérons un conducteur rectiligne qui se déplace à travers le champ, le résultat est le même, ce conducteur pouvant toujours être considéré comme une portion de circonférence de rayon infiniment grand.

Le flux magnétique, au lieu d’être produit par un aimant, peut être produit par un électro-aimant, par un solénoïde, par une boucle de fil, ou même par un simple conducteur parcouru par un courant : le résultat est toujours le même. On appelle induction le phénomène par lequel une force électromotrice est induile par une varialion du flux magnétique. Le circuit qui agit sur l’autre est dit circuit inducteur, ou primaire ; celui dans lequel apparaît une force électromotrice induite est dit circuit induit, ou secondaire. La variation de flux magnétique peut être produite, soit par un déplacement de l’un des deux circuits par rapport à l’autre, soit par une variation du courant dans le c1rcuit inducteur, les deux circuits étant immobiles. Le premier mode de variation est utilisé dans les générateurs électromécaniques, et le second dans les transformateurs.

Induction mutuelle et self-induction. ?

L'induclion qui s'exerce entre deux circuits est appelée induction mutuelle. La valeur de la force électromotrice induite par l’un des circuits dans l’autre dépend de la valeur de linduction mutuelle. Celle-ci est caractérisée par un certain coefficient, généralement désigné par la lettre M, qu'on appelle coefficient d’induction muluelle. Ce coefficient est égal à la valeur du flux magnétique embrassé par l’un des circuits quand l’autre circuit est parcouru par un courant d'intensité égale à l'unité.

Il existe un autre phénomène d’induction extrêmement 1mportant que nous allons étudier : c’est l'induction d’un conducteur sur lui-même, nommée self-induction (auto-induction), ou induction propre.

Tout courant électrique produit, comme nous l'avons vu, un champ magnétique. Un fil métallique traversé par un courant est environné d’un tel champ ; si le courant cesse, le champ magnétique disparait: 1l y a donc une variation de champ magnélique au moment de la cessalion du courant. Or nous savons que toute variation de champ magnétique engendre une force électromotrice induite dont le sens est tel qu'eile tende à s'opposer

PHÉNOMÈNES ÉLECTROMAGNÉTIQUES 29

à la cause qui l’a fait naître. Donc, au moment où le courant va cesser, le fil sera le siège d’une force électromoltrice induite, dite force électromolrice de self-induction, dont la valeur sera d'autant plus grande que l'intensité du champ magnétique était plus grande et que sa variation est plus rapide, c’est-à-dire d'autant plus grande que l'intensité du courant primitif était plus grande et que ce courant est plus vite rompu. Cette force électromotrice produit dans le circuit un courant de même sens que le courant précédent, puisque son sens est tel qu’elle s oppose à la cause qui l’a fait naître, c'est-à-dire à la cessation du courant.

Inversement, si l’on fait agir sur un conducteur une certaine différence de potentiel, le courant qui tend à s'établir engendre un champ magnétique autour du conducteur. Il y a donc une variation du champ magnétique, qui était nul et qui va atteindre une certaine valeur. Cette variation de champ magnétique induit dans le conducteur une certaine force électromotrice, dont le sens est tel qu'elle s'oppose à la cause qui lui donne naissance, c'est-à-dire à l'établissement du courant. Dans ces conditions, la différence de potentiel disponible pour faire circuler le courant dans le conducteur est égale à la différence entre la différence de potentiel agissante et la force électromotrice antagoniste de self-mduction : le courant ne peut atteindre que peu à peu sa valeur normale.

En pratique, la self-induction d'un conducteur simple est très faible parce que le champ magnétique qui l'entoure est relativement peu important. Mais si l'on enroule ce conducteur sous forme d'une bobine comprenant un certain nombre de tours, chaque tour embrasse la totalité du flux magnétique engendré par la bobine, c'est-à-dire la somme des lignes de force magnétiques produites par tous les tours. La self-induction de la bobine est donc considérable, puisque, d’une part, elle est proportionnelle au nombre de tours, et que, d'autre part, la self-induction de chaque tour augmente proportionnellement au nombre de tours de la bobine. On voit immédiatement, d’après cela, que la self-imduction totale doit croître comme le carré du nombre de tours. Il est évident que, si l'on introduit un noyau de fer dans une bobine comprenant

un certain nombre de tours de fils juxtaposés, la self-induction de cette bobine sera accrue, puisque le flux magnétique augmente.

La self-induction d'un conducteur, d'une bobine, ou plus généralement d'un circuit électrique, est caractérisée par un certain coefficient, généralement désigné par la lettre L et appelé coefficient de self-induclion. Ce coefficient est égal au flux total produit par le circuit quandil est parcouru par un courant d'intensité égale à l'unité.

CITAPITRE IV

Les appareils qui permettent de produire, entre deux points, une différence de potentiel permanente, s'appellent des machines électriques, ou des générateurs électriques : 1ls utilisent pour cela des réactions chimiques, thermiques ou mécaniques. IL faut bien se pénétrer de l’idée que ces générateurs n’engendrent pas de l'énergie électrique : 1ls transforment une des formes de l'énergie en une autre forme de l'énergie.

Générateurs électriques.

Les appareils électrochimiques (piles et accumulateurs) transforment en énergie électrique l'énergie chimique que possèdent certains sels en présence de certains métaux : les sels sont décomposés et les métaux sont dissous pendant cette transforma- Uuon. Dans les piles, les produits de décomposition sont jetés après épuisement de l'appareil: dans les accumulateurs, ces produits sont décomposés en sens inverse et ramenés à leur état initial par le passage d’un courant électrique, dit courant de charge, traversant l'appareil en sens inverse du courant de décharge. |

Les appareils lhermo-électriques transforment de l'énergie calorifique en énergie électrique, en utilisant certains phénomènes, dits thermo-électriques, qui se manifestent au contact de deux métaux différents lorsqu'il existe, entre les soudures voisines de ces métaux, une différence de température importante.

Les appareils électromécaniques transforment de l'énergie

mécanique en énergie électrique, au moyen de réactions électromagnétiques que nous allons étudier : les générateurs électriques de ce type sont les seuls employés dans l'industrie.

Tous ces générateurs, électro-chimiques, thermo-électriques ou mécaniques, transformant de l'énergie d’une forme donnée en énergie d'une autre forme (énergie électrique), présentent forcément des pertes. Leur rendement, c’est-à-dire le rapport de l'énergie électrique recueillie à l'énergie d’une autre forme fournie au générateur, est donc toujours inférieur à l'unité. Il se rappr oche beaucoup de l'unité dans les appareils électromécaniques ; 1l a une valeur médiocre dans les appareils électrochimiques, et il est très mauvais dans les générateurs thermoélectriques, qui ne sont susceptibles d'aucun emploi pratique.

Un générateur électrique est caractérisé par la force électromotrice quil produit et par l'intensité de courant qu il peut débiter dans un cireuit sous l’action de la différence de potentiel créée par la force électromotrice. On confond souvent à tort, dans le langage vulgaire, les mots force électromotrice et différence de potentiel : on emploie aussi fréquemment, en pratique, le mot tension pour désigner l’une ou l’autre d’entre elles.

Machines dynamo-électriques.

D'après ce qui précède, 1l est facile de comprendre le principe sur lequel reposent les générateurs qui transforment de l'énergie mécanique en énergie électrique.

Considérons un champ magnétique uniforme figuré par des flèches (fig. 13) et une boucle'de fil, placée dans ce champ, et

susceptible de tourner autour de son diamètre vertical. On voit que le flux magnétique embrassé

s par la boucle varie pendant cette rotation : 1l est maximum quand

le plan de la boucle est perpendiculaire aux lignes de force, et 1l

Fic. 13. est nul quand le plan de la bou-

cle est parallèle aux lignes de force. Si la boucle fait un toùr

complet en partant de la position perpendiculaire aux lignes de force, le flux magnétique embrassé par elle s’annule,

change de sens relatif (puisqu'il ne pénètre plus par la même

face de la boucle), croît en valeur jusqu à ce que la boucle soit redevenue perpendiculaire aux lignes de force, décroït ensuite,

s’annule à nouveau, change de sens relatif (il pénètre alors par’ la face primitive) et augmente Jusqu'à sa valeur maxima.

Le taux de variation du flux n'est pas constant pendant la rotation : on voit sur la figure 14, représentant une vue en plan, que, pour un même angle de rotation de la boucle, le nombre de lignes de force embrassées varie d'autant plus vite que la boucle y se rapproche plus de la position C'D’ perpendiculaire à la position initiale CD. Dans ces conditions, pendant un tour de la boucle partant de la position CD, la force électromotrice induite va d’abord en croissant, atteint un maximum (qui correspond à la position C’D' de la boucle, c'est-à-dire à un quart de tour), décroît, s’annule Qu bout d’un demi-tour), change de sers, croît en valeur ] jusqu ’à un maximum M' (au bout de trois quarts de tour), puis décroît et s’annule.

Si l’on porte sur une droite horizontale les valeurs de l’angle de rotation de la boucle, ou, ce qui revient au même, les valeurs du temps écoulé depuis l’origine du mouvement, et si l’on trace, aux points correspondant aux différentes valeurs du temps, des verticales proportionnelles aux différentes valeurs qu'a la force électromotrice à ces instants successifs, on obtient une courbe représentative, telle que celle de la figure 15. Une telle force électromotrice est dite alternative, parce qu’elle change de sens tous les demi-tours : elle est caractérisée par la forme de sa courbe représentative, et par la valeur maxima qu’elle atteint.

S1 les deux extrémités de la boucle sont réunies, par l’intermédiaire de bagues et de frotteurs, à un circuit conducteur fermé, un certain courant traverse ce circuit sous l’action de la différence de potentiel existant entre les extrémités À et B de la

Fire, 14.

boucle. La forme de ce courant sera la même que celle de la différence de potentiel, et par suite, de la force électromotrice induite ; la courbe représentative du courant en fonction du temps sera donc semblable à la courbe de la figure 15. Un tel

courant est dit courant allernalf.

On appelle période du courant alternatif le temps correspon-

Fie 15.

dant à la longueur O0, c'est-à-dire la durée d’une variation complète (ici la durée d'un tour de la boucle). On appelle fréquence du courant allernalif le nombre de périodes par seconde. Les courants alternatifs industriels ont généralement une fréquence de 5o ou de 25 périodes par seconde, c’est-à-dire que la variation complète du courant dure 1/50 ou 1/25 seconde.

Il est évident que si, au lieu d'une boucle de fil, on fait tourner ensemble 10, 100, 1000 boucles formant une bobine enroulée sur un cadre, la force électromotrice induite sera 10, 100, 1000 fois plus élevée. En pratique, on enroule sur un noyau de fer un grand nombre de tours de fil, pour constituer le système induit, et l’on produit le flux magnétique nécessaire au moyen d'unsystèmeinducteur,çcomprenant un certain nombre d’électro-aimants. L'un des deux systèmes est mobile à l’intérieur de l’autre et est calé sur un arbre entraîné par un moteur mécanique.

Si, au lieu de courant alternatif, on veut recueillir du courant continu, c'est-à-dire toujours de même sens, on adjoint au générateur électrique un organe appelé commutateur ou collecleur, composé d’un certain nombre de lames isolées les unes

PRODUCTION El TRANSFORMATION DU COURANT ÉLECTRIQUE 39

des autres, et ayant pour fonction de redresser les portions inférieures de la courbe du courant, comme le montre la figure 16 (courbe en trait plein). En reliant entre elles plusieurs bobines qui occupent, à un même instant, des positions différentes par rapport au champ inducteur, on peut faire en sorte que la force électromotrice résultante (c'est-à-dire la somme des forces électromotrices induites dans les différentes bobines) soit extrêmement peu pulsatoire. On s’en rend compte en examinant la figure 16, sur laquelle sont tracées les forces électro-

motrices induites de quatre bobines seulement, et en additionnant ces forces électromotrices.

Bobines de self-induction.

Prenons une bobine comprenant un certain nombre de tours de fil-conducteur isolés les uns des autres, et relions ses extrémités à une source de courant continu. Conformément à ce qui a été expliqué précédemment, nous constatons que, sous l’action de la différence de potentiel produite par le générateur, le courant ne prendra pas instantanément sa valeur normale : /a self-induction de la bobine s'oppose à l’élablissement du courant, comme une inertie que celui-c1 devrait vaincre avant de pouvoir circuler dans le conducteur. Inversement, quand on rompt le circuit pour interrompre le courant, il se produit à la coupure une étincelle chaude et bruyante, due à un extra-courant de même sens que le courant précédent: la self-induction agit, comme une inertie (*), pour prolonger le passage du courant.

(2) Si l’on veut imprimer un mouvement à un corps immobile, linertie de ce corps tendra, au début, à empêcher l’établissement de ce mouvement. Inversement,

Si l’on place un noyau de fer dans l’intérieur d'une bobine, la self-induction de celle-c1 augmente considérablement parce que la perméabilité magnétique élevée du fer diminue la réluctance magnétique que rencontrent dans leur trajet les lignes de force relatives à chaque tour de fil. Si, au contraire, on déroule le fil de la bobine pour l’allonger sous forme d'un conducteur rechligne, la self-induction diminue considérablement, parce que l'induction propre du conducteur est très faible.

Relions maintenant la bobine, avec ou sans noyau de fer (*), à un générateur électrique produisant une différence de potentiel alternative. Le courant qui tend à passer dans la bobine variant périodiquement, comme la différence de potentiel qui l'engendre, le flux qu'il produit présente les mêmes variations, et la self-induction est perpétuellement en jeu pour empêcher l'établissement du courant, chaque fois que la tension alterna-

tive va en croissant depuis zéro jusqu à sa valeur maxima, ou

pour s'opposer à la diminution du courant, chaque fois que la tension alternative décroît de sa valeur maxima à zéro. L'effet de ces phénomènes de self-induction est de limiter l'intensité du courant qui passe dans la bobine sous l’action d’une différence de potentiel alternative donnée. La selfinduction joue donc, dans ce cas, le rôle d’une résistance, et l’on appelle résislance inducltive cetterésistance apparente qu'elle présente au passage d'un courant alternatif. La résistance électrique réelle d'un conducteur, dont il a déjà été question, est appelée résistance ohmique (*). Le conducteur qui constitue la bobine présentant forcément lui-même une certaine résistance ohmique, on voit

si l’on veut arrèter le corps une fois qu’il a été mis en mouvement, l’inertie tendra à prolonger le mouvement. On voit que, au point de vue électrique, la self-induction Joue identiquement le même rôle: c’est pourquoi l’on dit qu’elle agit comme une inertie.

(1) Si la bobine contient un noyau de fer, ce dernier doit être en fils de fer ou en tôles pour éviter la production de courants de Foucault, comme on le verra dans le paragraphe suivant.

() Tandis que l'existence de la résistance ohmique occasionne une certaine perte d'énergie (convertie en chaleur) lorsqu’un courant électrique continu ou alternatif traverse un circuit, la présence de la résistance inductive, ou apparente, agit seulement pour limiter l'intensité du courant alternatif que peut faire circuler dans le circuit une différence de potentiel alternative donnée; elle n’occasionne pas de perte d'énergie.

que les deux sortes de résistance, apparente et réelle, agissent ensemble pour limiter l'inlensilé du courant allernatif.

Il est évident que, plus le flux varie rapidement, plus les phénomènes de self-mduction sont accentués, puisque la force électromotrice induite est proportionnelle au taux de variation du flux. Par conséquent, plus la fréquence du courant alternatif est grande, et plus la résistance apparente d'une bobine donnée est grande.

Transformateurs.

Au lieu d'obtenir, comme dans les générateurs, une variation de flux par déplacement d’un cireuit par rapport à un autre circuit, on peut disposer les deux circuits de façon que leur induction mutuelle ait la plus grande valeur possible, et faire passer dans l’un des deux un courant périodiquement variable, tel qu'un courant alternatif. Le flux magnétique engendré par le circuit primaire variera comme le courant, et ses variations induiront dans le circuit secondaire une force électromotrice déterminée de forme semblable à celle du courant inducteur, c'est-à-dire alternative. L'appareil ainsi réalisé s'appelle un transformateur.

En pratique, un transformateur comprend essentiellement un circuit nagnélique composé de deux noyaux de fer (*) reliés par deux culasses de façon à présenter au flux magnétique un chemin continu fermé de faible réluctance magnétique : l’un des noyaux porte une bobine primaire P ; l’autre porte une bobine secondaire S. Quand un courant alternatif passe dans l’enroulement P, un flux alternatif circule dans tout le circuit magnétique : chaque tour de l’enroulement S embrassant la totalité de ce flux, la force électromotrice totale induite dans la bobine S sera d'autant plus ee à grande qu'il y aura plus de tours.

Etudions d'un peu plus près cequi se passe.

(t) Si les noyaux de fer étaient massifs, ils présenteraient eux-mêmes, dans leur

Supposons d’abord que la bobine secondaire soit à circuit ouvert, c’est-à-dire que les deux extrémités de cette bobine ne sont reliées à aucun circuit extérieur et sont isolées l’une de l’autre. L’enroulement secondaire ne joue alors aucun rôle, et sa présence n'intervient pas; le primaire du transformateur se comporte identiquement comme une bobine de self-mduction. Les lignes de force magnétiques engendrées par cette bobine rencontrent dans leur trajet une très faible réluctance, puisqu'elles passent uniquement dans du fer. Dans ces conditions, un courant de très faible intensité produit un flux de valeur élevée dont les variations induisent dans la bobine une force électromotrice de self-induction de valeur élevée. Celle-ci est opposée à la différence de potentiel aux bornes de l'enroulement primaire, comme nous l'avons vu précédemment, et lui est presque égale en valeur : la différence de potentiel résultante, qui est égale à la différence entre la différence de potentiel aux bornes et la force électromotrice de self-imduction, a donc une valeur très faible. Or c'est cette différence de potentiel résultante qui fait circuler le courant dans l'enroulement primaire : ce courant a donc une très faible intensité.

S'il n'y a aucune fuite des lignes de force magnétiques dans l'espace environnant, la totalité du flux magnétique qui traverse la bobine primaire traverse aussi la bobine secondaire. Ce flux variable induit évidemment dans chaque tour de l’enroulement secondaire une force électromotrice égale à la force électromotrice de self-induction qu'il induit dans chaque tour de l'enroulement primaire, et, comme nous l'avons vu, cette force électromotrice de self-induction est presque égale à la différence de potentiel créée par la source extérieure entre les

masse, un très grand nombre de circuits fermés. Ces circuits, embrassant le flux magnétique variable qui circule dans le noyau, seraient, comme les tours d’un enroulement secondaire, parcourus par des courants induits. Les courants ainsi produits dans la masse du métal sont nommés courants de Foucault ou courants tourbillonnaires. Afin d'éviter leur formation, qui provoque un échauffement des noyaux et qui entraîne une perte d'énergie, on constitue les noyaux de fer de tous les appareils à courants alternatifs par des paquets de tôles très minces superposées et isolées les unes des autres. De la sorte, le métal ne présente aucun circuit continu et les courants de Foucault sont considérablement réduits.

extrémités d’un tour de fil de la bobine primaire. On voit donc que la force électromotrice totale induite dans l’enroulement secondaire est à peu près égale au nombre de tours de cet enroulement multiphié par la différence de potentiel entre les extrémités d’un tour de l’enroulement primaire : celle-ci est elle-même évidemment égale à la différence de potentiel totale agissant sur la bobine primaire, divisée par le nombre de tours de cette bobine (*). Il en résulte que la force électromotrice induite dans le secondaire (et par suite la différence de potentiel disponible aux extrémités de cet enroulement) est égale à la différence de potentiel agissant entre les extrémités de la bobine primaire multipliée par le rapport du nombre de tours de l’enroulement secondaire au nombre de tours de l’enroulement primaire. Ce rapportest appelé rapport de transformalion. On voit que, si la bobine secondaire contient 10 000 tours et la bobine primaire 10 tours, la différence de potentiel secondaire sera 1 000 fois plus grande que la différence de potentiel primaire.

Supposons mainténant que les extrémités de la bobine secondaire soient reliées à un circuit extérieur : ce circuit est parcouru par un courant dont l'intensité est proportionnelle à la force électromotrice secondaire et inversement proportionnelle à la résistance électrique totale (y compris celle de la bobine). Le courant secondaire tend à produire à son tour un flux magnétique opposé au flux qu'engendre le courant primaire : il faut donc que celui-ci augmente par rapport à sa valeur primitive pour rétablir l'équilibre. Le flux produit par une bobine étant proportionnel à l'intensité du courant multiphiée par le nombre de tours, il faudra, pour que les flux primaire et secondaire se compensent, que l'augmentation du courant primaire soit égale à 10, 100, 1 000 fois la valeur du courant secondaire si la bobine primaire a 10, 100, 1 000 fois moins de tours que la bobine secondaire, c'est-à-dire si le rapport de transformation est de 10, 100 ou 1 000. |

En résumé on voit que, dans un transformateur, la diffé-

(t) Si la bobine primaire contient 10 tours par exemple, et si l’on appelle e la différence de potentiel aux bornes de cette bobine, la différence de potentiel entre les extrémités de chaque tour aura pour valeur (1/10) e.

rence de potentiel ou, pour abréger, la tension secondaire, est égale à la tension primaire multipliée par la valeur du rapport de transformation, et le courant secondaire est égal au courant primaire divisé par la valeur du rapport de transformation (°).

Pour que les effets d'induction du primaire sur le secondaire soient maxima, 1l faut que le coefficient d'induction mutuelle soit aussi élevé que possible. En fait, les lignes de force magnétiques engendrées par le circuit primaire ne traversent pas toutes le circuit secondaire : un certain nombre d’entre elles passent par l'air et ne concourent pas à la production d’une force électromotrice secondaire. On dit que le transformateur présente de la dispersion. Théoriquement, s’il n’y avait pas de dispersion, le coefficient d'induction mutuel M serait égal à la racine carrée du produit des coefficients de self induction de l'enroulement primaire et de l’enroulement secondaire pris isolément. En appelant M le coefficient d'induction mutuelle, L, et L, les coeflicients de selfinduction du primaire et du secondaire, on aurait:

M'=— LI ou ME LT

Pratiquement, à cause de la dispersion, le coefficient d'induction mutuelle a une valeur inférieure à cette valeur.

On définit fréquemment l'accouplement entre le primaire et le secondaire par le rapport du coefficient réel d’induction mutuelle à la racine carrée du produit des deux coefficients de self-induction. Le coefficient d'accouplement magnétique k est donné parla formule :

LH HAMAE VE Quand 1il n'y a pas de dispersion, le numérateur et le déno-

minateur de cette expression sont égaux, et le coefficient k est égal à l'unité, On dit que l’accouplement est rigide (ou parfait).

le

(t) En fait, l'intensité du courant secondaire est inférieure à cette valeur à cause des pertes d'énergie dans le transformateur, dont le rendement est un peu inférieur à l'unité. De même, la tension secondaire est très légèrement inférieure au produit de la tension primaire par le rapport de transformation.

S1, au contraire, la dispersion est telle que la valeur de k soit petite, inférieure à 0,5 par exemple, on dit que l’accouplement est lâche (ou imparfait).

Les transformateurs sont des appareils extrêmement commodes toutes les fois que l’on dispose de courant alternatif, car ils permettent d'élever ou d’abaisser à volonté la tension suivant les applications. Les effets d'induction entre l'enroulement primaire et l’enroulement secondaire sont d'autant plus intenses que la fréquence du courant alternatif primaire est plus élevée. Les transformateurs employés avec des courants de très orande fréquence, tels que ceux utilisés en télégraphie sans fil,

ne contiennent pas de fer.

Bobine de Ruhmkorff.

Lorsqu'on a besoin de hautes tensions et qu'on dispose seulement de courant continu ("), on peut le convertir en courant intermittent au moyen d'un commutateur tournant qui effectue des interruptions périodiques, et l’on utilise ce courant intermittent pour produire, dans le noyau d’un transformateur, un flux variable.

La Bobine de Ruhmkorff, ou Bobine d'induction, souvent employée en télégraphie sans fil, repose sur ce principe. Elle comprend (fig. 18) un noyau de fer (*) sur lequel sont enroulées une bobine primaire P contenant un petit nombre LS de tours de gros fil et une bobine secondaire S contenant un très grand nombre de tours de fil fin. Le vé courant intermittent qui c-1circule dans l’enroulement primaire P produit dans le noyau de fer un flux ma- Dane gnétique variable qui se referme par l'air environnant : ce flux induit dans l'enroule-

(1) Fourni, par exemple, par des piles ou des accumulateurs. (2) Ce noyau est en fils de fer pour éviter la production de courants de Foucault.

h2 NOTIONS GÉNÉRALES SUR LA TÉLÉGRAPHIE SANS FIL

ment secondaire une force électromotrice proportionnelle au rapport de transformation. Ce rapport étant, en général, très” grand, la tension secondaire est très élevée et permet d'obtenir des étincelles électriques de plusieurs centimètres de longueur.

Sur le schéma de la figure 18, on a supposé que le courant, provenant d’une batterie de piles ou d'accumulateurs B, était rendu intermittent par le jeu d’un interrupteur-trembleur à marteau, d’après un dispositif fréquemment adopté. Le trembleur consiste en une petite masse M fixée à l'extrémité d'un ressort plat R: une vis V appuie sur un contact fixé à ce trembleur. Dans la position du trembleur représentée sur la figure, la vis V appuie sur le contact et le circuit primaire est fermé; le courant s'établit donc dans l’enroulement primaire. À ce moment, le noyau de fer s’aimante et attire la masse du trembleur ; le contact s'éloigne de la vis V, le circuit est rompu, et le courant cesse. Le trembleur revient alors à sa position primitive sous l’action du ressort R, etle contact se rétablit, etc. Pour atténuer les étincelles produites entre les points de contact au moment des ruptures ("), on place généralement en dérivation sur ceux-c1 un condensateur C (figuré en pointillé).

(:) Étincelles produites par l’extra-courant de rupture dû à la self-induction de l’enroulement primaire P.

La télégraphie sans fil repose sur la production d'ondes électromagnétiques qui progressent dans l’espace. Pour obtenir de telles ondes, il faut engendrer, en un point donné, un mouvement vibratoire de l’éther : ce mouvement vibratoire est produit par des oscillations électriques (*} fournies par des appareils nommés oscillateurs ou excitateurs, dont le fonctionnement va être étudié dans ce chapitre.

Circuits oscillants.

Formons un circuit contenant un condensateur 46 de capacité C (fig. 19). une bobine de self-induction L (?) et un appareil, nommé éclateur, composé de deux

sphères ou tiges métalliques À et B que

sépare un certain intervalle d'air. Relions

les deux sphères À et B aux extrémités

de l’enroulement secondaire d’une bobine de Ruhmkorff ou d’un transformateur

capable de produire une différence de

potentiel élevée. Le primaire P de cette

bobine ou de ce transformateur est ali-

menté soit par du courant intermittent, soit par du courant alternatif.

HD) Le mot oscillation électrique est employé en général pour Have un courant alternatif de très grande fréquence.

) Comprenant quelques tours de fil et ne contenant pas de fer.

ll NOTIONS GÉNÉRALES SUR LA TÉLÉGRAPHIE SANS FIL

Quand le courant circule dans le primaire P, la différence de potentiel secondaire agit pour charger peu à peu le condensateur dont les deux armatures & et $ prennent des potenliels croissants égaux et de signe contraire. Pendant toute la durée de la charge, le, circuit est parcouru par un certain courant, dont la valeur ne nous importe pas en ce moment. La différence de potentiel V, qui existe à un instant quelconque entre les deux armatures du condensateur, existe aussi entre les deux sphères A et B de l’éclateur, puisque chacune de celles-ci est reliée métalliquement à l’une des armatures (°). À un moment donné, cette différence de potentiel, qui va en croissant avec la charge du condensateur (*), atteint la valeur pour laquelle l'intervalle d'air compris entre les sphères À et B (*) de l'éclateur ne peut plus résister à la tension électrostatique qui agit sur lui. À ce moment, une éüincelle jaillit en AB. |

Cette étincelle électrique, formée de particules incandescentes entourées de gaz chauds, a une conductibilité électrique relativement bonne ; elle établit donc entre les sphères À et B une Jonction conductrice qui ferme le circuit. Le condensateur, qui se trouve alors relié au circuit ininterrompu LDABS, se décharge dans celui-c1 en donnant naissance à un courant dont la direction est, par exemple, indiquée par les flèches en trait plein (fig. 19). Mais la self-induction de la bobine L joue, ainsi qu’on l’a vu (page 35), un rôle analogue à celui de l’inertie : lorsque le courant de décharge prend fin,

(1) Nous avons vu, en effet (p. 22), que deux corps conducteurs reliés ensemble par un fil métallique sont au même potentiel.

() On a vu, en effet (p. 19), que la charge Q d’un condensateur est proportionnelle à la capacité C et à la différence de potentiel V. Pour une capacité donnée, la différence de potentiel entre les armatures va donc en croissant avec la charge que prend le condensateur. Normalement, si aucune autre cause n'intervient, la charge s’arrète lorsque la différence de potentiel V entre les armatures du condensateur est égale à la plus grande différence de potentiel qu’est capable de produire la source de courant.

(5) Cet intervalle d’air est nommé distance explosive, et sa valeur est réglée d’après la différence de potentiel que peut produire la source de courant. S'il est trop grand, l’étincelle ne peut pas jaillir ; s’il est trop faible, la charge du condensateur est relativement faible lorsque l’étincelle jaillit.

l'énergie absorbée par la self-induction, au moment de l’établissement du courant, pour la création d’un champ magnétique, se trouve libérée et intervient, sous forme d’une force électromotrice induite, pour prolonger le courant qui circule dans le circuit. Le nouveau courant, ainsi créé dans le même sens que le courant de décharge précédent, produit une recharge du condensateur en sens inverse de la charge primitive (*). Quand le courant de self-induction prend fin, le condensateur rechargé se décharge à nouveau : le sens du courant de cette nouvelle décharge est inverse du précédent, et est indiqué sur la figure 19 par les flèches pointillées. Pendant cette décharge, la self-induction absorbe à nouveau de l'énergie pour la création d’un champ magnétique et la restitue, à la fin de la décharge, sous forme d’un courant induit : le condensateur se recharge donc en sens inverse, puis se décharge à nouveau, etc. |

Ces phénomènes se passent pendant un temps très court, et le circuit est le siège de courants alternatifs de grande fréquence nommés oscillations ou vibrations électriques. Tout circuit présentant de la self-induction et de la capacité, et excité par un moyen approprié (ici par l’action de la différence de potentiel produite par le secondaire $ de la bobine) est le siège d’oscillations électriques engendrées, comme cela vient d’être expliqué, par les phénomènes d'échange d'énergie (*) qui se manifestent entre la capacité et la self-induction. Un tel cireuil est appelé cireuit oscillant.

Oscillations amorties.

Dans ce qui précède, nous avons vu que, à chaque recharge,

le condensateur reçoit une quantité d'électricité inférieure à Va Lé : ® r 3

celle de la charge précédente, car différentes pertes inter-

(1) C'est-à-dire que, si, par exemple, l’armature x était chargée à un potentiel positif et l’armature B à un potentiel négatif lors de la charge primitive, ces armatures vont être chargées à des potentiels inverses, celui de « devenant négatif et celui de $ positif.

(2) L'énergie en jeu dans le circuit oscille entre la forme électrostatique (charge du condensateur) et électrocinétique (création d’un champ magnétique).

viennent pour réduire peu à peu l'énergie en jeu dans le système oscillant ; ces pertes proviennent principalement de la résistance électrique du circuit métallique et surtout de l’étincelle. C'est pourquoi, après un certain nombre de décharges et recharges successives, la différence de potentiel agissant entre les sphères A et B de l’éclateur n'est plus suffisante pour maintenir l’étincelle : celle-ci cesse de jailhir, et le circuit est interrompu. À ce moment, le circuit oscillant se trouve dans les mêmes conditions qu’au début, et la différence de potentiel produite par le secondaire S de la bobine recommence à charger le condensateur : quand la charge est suffisante, la différence de potentiel entre À et B ayant atteint la valeur qui correspond à la rupture de la couche d'air interposée, l’étincelle jaillit à nouveau et les phénomènes

décrits se reproduisent, en engendrant un nouveau groupe

d’oscillations électriques.

Le phénomène par lequel est engendré un groupe d’oscillations est appelé décharge oscillante. Comme nous l'avons vu,

FrG. 20.

Fic 21.

les oscillations électriques successives appartenant à un même groupe n'ont pas une valeur constante mais décroissent rapidement, puisque les recharges successives du condensateur sont de plus en plus faibles: ces oscillations sont amorties, et l’on dit que le circuit oscillant présente de l'amortissement (provenant des pertes d'énergie) (). Si, comme pour la représentation d'un courant alternatif, on porte sur une droite horizontale les

(1) Si l'amortissement est très faible, la décroissance des oscillations est peu rapide, et l’on dit souvent alors que les oscillations sont persistantes.

valeurs du temps écoulé, et, sur les verticales correspondant à différentes valeurs du temps, les intensités du courant qui circule dans le cireuit, on obtient, pour chaque groupe d'’oscillations, une courbe analogue à celles que montrent les figures 20 et21(').

On appelle période des oscillations la durée d’une oscillation complète, et fréquence des oscillations le nombre d’oscillations par seconde. La fréquence des oscillations représentées par la figure 21 est environ trois fois plus grande que celle des oscillations représentées par la figure 20. La fréquence des oscillations propres (*) d'un circuit dépend de la capacité et de la self-induclion que présente ce cireuil : elle est inversement proportionnelle à la racine carrée du produit de la capacité par la selfinduction (*). Inversement, la période propre d’oscillation d’un cureuit est proportionnelle à la racine carrée du produit de la capacité par la self-induction : en appelant { la période, on démontre théoriquement et on vérifie expérimentalement que cette période répond à la formule

t— 2 7 VCL,

Cet L désignant la capacité et la self-induction du circuit total, ou, en pratique, la capacité du condensateur et la self-induction de la bobine, puisque la capacité et la self induction des fils de jonction ont des valeurs extrêmement faibles.

On voit immédiatement que, si l’on augmente la valeur de la capacité, ou de la self-induction, ou de ces deux grandeurs à la fois, on augmente la période des oscillations, et l’on diminue leur fréquence ; inversement, pour obtenir des oscillations de très grande fréquence, 1l faut employer un circuit présentant une faible self-induction et une faible capacité.

(:) Pour plus de clarté, on a représenté sur ces figures des oscillations fortement amorties et de fréquences relativement faibles: dans un circuit oscillant fermé, l'amortissement est sensiblement moindre, et un groupe comprend un plus grand nombre d’oscillations, une céntaine par exemple.

(2) C'est-à-dire des oscillations d’un circuit oscillant librement; nous verrons plus loin qu’un circuit peut effectuer, dans certaines conditions, des oscillations forcées d’une fréquence différente.

() En négligeant la résistance du circuit, qui est généralement faible et joue un rôle très minime dans la détermination de la fréquence d’oscillation.

La période ou la fréquence des oscillations peut être mesurée par le procédé suivant : l’étincelle qui jaillit entre A et B est une étincelle oscillante, puisqu'elle correspond au passage d'un courant oscillant. Au moment où ce courant oscillant s’annule pour changer de sens, l’étincelle cesse de jailhr pendant un temps très courtet se rallume aussitôt. Ce phénomène ne peut pas être perçu par l'œil à cause de la persistance des impressions rétiniennes, mais, si l'on regarde l’étincelle dans un miroir tournant autour d’un axe avec une rapidité suffisante, on la voit décomposée en une série de points lumineux séparés par des espaces obscurs ("). En photographiant cette image et en mesurant la vitesse de rotation du miroir, on peut déterminer la période des oscillations. On vérifie ainsi qu'elle correspond bien à la formule indiquée plus haut.

Nous avons vu qu'après une décharge oscillante, c’est-àdire après la production d’un groupe d'oscillations amortes, l'étincelle cesse de jaillir et la charge du condensateur s’effectue à nouveau sous l’action de la différence de potentiel secondaire de la bobine ; ensuite une nouvelle décharge oscillante se produit quand l’étincelle jaillit entre les sphères À et B, et ainsi de suite.

On obtient donc dans le circuit oscillant une série de groupes d’oscillations amorties : deux groupes sont séparés l’un de l’autre par un intervalle de temps considérable relativement à la période d’une oscillation. La valeur de cet intervalle de temps dépend de diverses causes et, en particulier, du nombre d'interruptions par seconde du courant primaire de la bobine, ou de la fréquence du courant alternatif, s’il s’agit d’un transformateur. On peut évaluer à 1/50 seconde environ en moyenne la valeur de cet intervalle de temps. Si, par exemple, les oscillations ont une fréquence de 500 par seconde et si l'intervalle de temps entre deux groupes d'oscillations est de 1/50 seconde, on obtiendra une série de groupes analogue à celle que représente la figure 22.

(1) Si l’étincelle était continue au lieu d’être oscillante, on verrait dans le miroir tournant une bande lumineuse ininterrompue.

Les oscillations électriques ainsi engendrées sont, en quelque sorte, analogues aux vibrations acoustiques que l’on obtient en

Fic. 22,

frappant une cloche à intervalles réguliers avec son battant : chaque choc donne lieu à un groupe de vibrations amorties, et ces groupes se succèdent, comme les chocs, à des intervalles réguliers.

En réalité, en télégraphie sans fil, les oscillations électriques employées ont une fréquence comprise à peu près entre 100 000 et 3000000 par seconde ; elles sont fortement amorties, de sorte que chaque groupe n'en comprend que deux ou trois Se nn dans ces conditions, l'intervalle de temps existant enffénutf} période d'une oscillation ou à la durée d’un groupe, que n di dique la figure 22 relative au cas d’oscillations de fréquencd6et Par exemple, en supposant que l'intervalle de temps LA le 1/50 seconde et la période de 1/1000000 seconde, et qué chaque groupe comprenne deux oscillations complètes, la durée de production d'un groupe sera de deux nullionièmes de seconde, tandis qu'il s’écoulera entre deux groupes consécutifs un intervalle de temps de dix-huit mille mullionièmes de

seconde.

Oscillations entretenues.

Le fort amortissement des oscillations électriques produites par le mode d’excitation du circuit oscillant qui vient d’être décrit, et l'intervalle de temps important qui sépare deux groupes consécutifs d’oscillations, présentent de sérieux inconvénients au point de vue de la production d'ondes électriques, qui sera étudiée dans un prochain chapitre. Aussi certains expérimentateurs ont-ils cherché à engendrer des oscilla-

ons régulièrement entretenues au lieu de groupes d’oscillations amorties. ED!

Dès 1892, M. E. Thomson proposait pour cela le dispositif que représente la figure 23. Une ligne à courant continu alimente un éclateur G à fable distance explosive sur lequel est branché en dérivation un circuit contenant un condensateur K et une bobine de self-induction El.

Un puissant électro-aimant M agit sur l'arc électrique qui jaillit en G pour le souffler et le rendre instable ("). Enfin une bobine de self-inductuon [ est intercalée dans le circuit principal pour limiter l'intensité du courant au moment où l'arc Jail- | lit. Sur la figure 23, la bobine I est supposée former l’enroulement primaire d'un transformateur, dont le secondaire aboutit à un éclateur TT.

En 1900, M. Duddell signalait le phénomène suivant, appelé phénomène de l'arc chantant. Si lon fait Jailhir entre deux crayons de charbon homogènes un arc électrique À alimenté par une source S de courant continu (fig. 24), et si l’on branche en dérivation sur cet arc, comme dans le montage précédent, un circuit oscillant contenant une capacité C et une bobine de self induction L, on constate que ce cireuil est le siège d’oscillations électriques régulières entrelenues dont Fur la fréquence dépend de la capacité et de la self-induclion du cireuil oscillant. Les causes de la

Fic. 23:

(1) D’après les lois de l'induction, on sait qu'il existe entre un flux magnétique et un conducteur parcouru par un courant électrique des forces d'attraction ou de répulsion dont la valeur dépend de la valeur du flux et de intensité du courant. L’arc électrique, constitué par un conducteur (colonne gazeuse) parcouru par un courant, est donc influencé par un flux magnétique transversal qui tend à le chasser de sa position. Ce phénomène est appelé soufflage magnétique de l'arc.

PRODUCTION DES OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES 5x

production de ce phénomène ont été étudiées en détail par M. Blondel et par MM. Simon et Reich, qui ont pu les expliquer en grande partie. La superposition des oscillations au courant continu dans l’arc donne lieu à des vibrations de la colonne gazeuse comprise entre les charbons : ces vibrations produisent un son musical, dont la hauteur dépend de la fréquence des oscillations et, par suite, de la valeur de la capacité et de la self-induction. Pour que le phénomène se produise avec netteté, 1l est bon d'introduire dans le circuit d’alimentation de l'arc À une bobine de self-induction L/.

Ce phénomène très intéressant ne permet pas normalement d'obtenir des oscillations de fréquence supérieure à 30000 ou 40000 au maximum. Pour que son emploi füt applicable à la télégraphie sans fil, 1l fallait parvenir à augmenter la fréquence des oscillations produites. En 1902, nous avons songé à substituer à l'arc au carbone un arc entre électrodes de mercure placées dans le vide, et nous avons pu obtenir de la sorte des oscillations de grande fréquence. De leur côté, MM. Simon et Reich arrivaient en 1903 à lamême idée. Récemment M. Poulsen d’une part et la Gesellschaft für Drahtlose Telegraphie d'autre part sont parvenus à réaliser, sur le principe de l'arc chantant, des appareils suffisamment pratiques pour la production d’oscillations entretenues. |

Dans le premier de ces appareils, les deux crayons de charbon de fort diamètre sont placés dans une atmosphère d’'hydrogène ou d'un mélange d'hydrogène et d'hydrocarbures (gaz d'éclairage) dans lequel l'arc subit un refroidissement important par suite de la bonne conductibilité calorifique des gaz environnants : un champ magnétique puissant, produit par deux électro-aimants, agit transversalement sur l'arc.

Dans le second appareil, l'arc jaillit entre un cylindre creux en cuivre et un crayon de charbon : lecylindreest refroidi par une circulation d’eau intérieure et le refroidissement de cette électrode permet d'atteindre des fréquences élevées.

M. Benischke a donné une explication plausible des phénomènes qui prennent naissance dans les appareils de Thomson ou de Poulsen. Quand l'arc jaillit entre les sphères de l’éclateur G (fig. 23) ou entre les charbons (fig. 24), le courant ne peut

pas augmenter brusquement jusqu'à la valeur normale J, à cause de la self-imduction I: il croît suivant la courbe A, par exemple (fig. 25). Quand le courant a atteint une certaine valeur t, l’action du flux magnétique

d TE nr idediélectro-aimantNt qui est propor- AG A A tonnelle à l'intensité du courant, est assez forte pour rompre l'arc. Le courant ne diminue pas brusquement, par

Pen 4, suite de la présence d’une bobine de LR self-imduction I dans le circuit : 1l dé-

croit suivant la courbe b (fig. 25). Au bout du temps {,, l’action du flux magnétique de l’électro-aimant étant très faible, puisque le courant est presque nul, l’are se rallume et le courant croît à nouveau suivant la courbe A,, pour décroître ensuite suivant la courbe b,, etc. Le circuit principal est ainsi le siège d’oscillations électriques bb,b,... (fig. 25) qui agissent sur le circuit oscillant, accouplé au premier, et le mettent en vibration. La période des oscillations est égale à l'intervalle de temps (4, — 4) indiqué sur la figure 25.

Dans l'appareil de la Gesellschaft für Drahtlose Telegraphie, on a recours à un refroidissement énergique, obtenu par la subdivision d'un seul arc en plusieurs arcs successifs, et par. l'emploi d’une circulation d’eau. Ce procédé équivaut à l’emploi d’un champ magnétique transversal, en ce qu'il rend l’are très instable.