APPLICATIONS DE L'ELE CTROM AGIS ET1SME

(luisent dans le lil de la bobine des courants directs; car, la bobine s'éloignant du pôle #, l'intensité de son magnétisme (ou de ses courants particulaires) va en décroissant d'une manière continue ; le courant induit garde donc toujours le même sens, jusqu'à ce que la droite qui joint les axes des bobines soit perpendiculaire à la ligne des pôles a et b du faisceau. A partir de ce moment, le noyau s'approche du pôle b, et il s'aimante en sens contraire, et l'extrémité, qui était boréale pendant le premier quart de révolution, devient un pôle austral a' (fig. 1058). Or les courants d'Ampère sont alors dirigés dans le sens de la flèche a', et comme ils commencent, ils développent dans le iil de la bobine un courant induit inverse (1102, 1°), lequel se trouve être de même sens que le précédent. De plus, ce second courant se superpose au premier, puisque, en même temps que la bobine s'éloigne de a, elle s'approche de b. En résumé, pendant la demi-révolution inférieure de a en b, le lil de la bobine a été successivement parcouru par deux courants induits de même sens qu'on peut considérer comme formant un courant unique, à cause de la rapidité de leur superposition.

Le même raisonnement fait voir que pendant toute la demirévolution supérieure (fig. 1059 et 1040) le fil est encore parcouru

Fiar. 1059.

Fig-. 1010.

par deux courants induits successifs de même sens et ne faisant qu'un courant unique, qui est inverse du précédent.

Tout ce qui vient d'être dit de la bobine B s'applique évidemment à la bobine B' et, grâce au mode d'enroulement des fils, elles sont parcourues l'une et l'autre pendant chaque demi-révolution inférieure par un courant de même sens, qui change pour toutes deux pendant la demi-révolution supérieure.

Remarque. — En considérant les aimants comme des solénoïdes et en appliquant dans ce cas la loi de Lenz (1103), on reconnaît qu'ils induisent eux-mêmes par déplacement dans les bobines des courants de même sens que les précédents. Cet effet d'induction directe se rencontre dans toutes les machines magnéto-électriques décrites ci-après.

4° Commutateur. — Principe. — Les courants induits, alternativement de sens contraire, sont appelés courants alternatifs. Si l'on veut les utiliser aux mêmes usages que les courants voltaïques, il faut nécessairement les redresser, c'est-à-dire les ramener à être toujours de même sens dans le circuit extérieur à la machine. Ce redressement s'effectue à l'aide d'un organe particulier, appelé commutateur, dont le principe est le suivant : Attacher les rhéophores du circuit extérieur, non pas à la bobine induite, mais a deux frotteurs fixes, tels que les lames b et c (fig. 1041), auxquels

les pôles contraires du circuit induit viennent s'appliquer successivement à chaque inversion du courant. On a construit un grand nombre de commutateurs ; la forme et la combinaison des détails peuvent varier indéfiniment, mais le principe en est toujours le même : ce sont tous plus ou moins des variétés ou des copies du commutateur de Clarke, que nous allons décrire.

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Description. — 11 se compose d'un cylindre isolant d'ivoire ou de buis J, dans l'axe duquel il y a un cylindre de cuivre k (fig. 1042), d'un moindre diamètre, fixé à l'armature Y et tournant avec les bobines. Sur le cylindre d'ivoire il y a d'abord une virole de laiton q ; puis, plus en avant, deux demi-viroles o, o', de laiton, complètement isolées l'une de l'autre. La demi-virole o' communique avec

l'axe k par une vis r, el In demi-virole o avec la virole q par une languette x qui les unit. Enfin, sur les laces latérales d'un bloc de bois M (fig. 1041) sont deux plaques de laiton m, n, sur lesquelles sont maintenues, par des vis de pression, deux lames élastiques de laiton b et c% qui s'appuient successivement sur les demi-viroles o et o' pendant la rotation.

Fonctionnement. — On a déjà vu (fig. 1036) que les deux bouts de fils qui forment l'une des extrémités du domSle circuit induit, viennent aboutir a l'axe métallique k, et par suite à la demivirole o', tandis que l'autre extrémité du circuit, formée par les deux autres bouts, communique avec la virole ry, et par suite avec la demi-virole o. Les pièces o, o' sont donc en quelque sorte les pôles des courants qui se développent dans les bobines, et comme ceux-ci sont alternativement de sens contraires, les pôles o, o' sont eux-mêmes alternativement positifs et négatifs (fig. 1041).

Si l'on considère l'instant où la demi-virole o' est positive, le courant descend par la lame b, suit la plaque m, arrive en n par le fil conjonctif p, monte en c, et se ferme au contact de la pièce o; puis, lorsque, par l'effet de la rotation, o prend la place de o', le courant ne peut changer de sens dans le circuit extérieur, car, en même temps qu'il est renversé dans les bobines, oest devenu positif et o' négatif.

GAJÎOT. 83

Le support M est muni de deux garnitures métalliques latérales, qui communiquent avec les pôles b et c. C'est en deux points de ces lames que sont tixées les extrémités du circuit extérieur.

1120. Effets de l'appareil de Clarke. — Les courants fournis par cette machine produisent des effets analogues à ceux de la bobine de Ruhmkorff, mais moins intenses, parce que leur tension est moindre : cette tension peut d'ailleurs grandir avec la vitesse de rotation. On distingue les effets physiologiques, physiques et chimiques.

Effets physiologiques. — Ces effets sont peu sensibles quand on utilise directement les courants de la machine. Si l'on fixe en n et en m. (fig. 1041) deux hélices de cuivre terminées par deux cylindres ou manettes p et p' qu'on prend dans les mains, le courant passe dans le corps de l'expérimentateur sans effet bien appréciable. Mais si l'on a soin de disposer dans le circuit un interrupteur, c'est-à-dire une petite pièce qui interrompe le courant un grand nombre de fois par minute, il se produit, à chaque interruption, un extracourant direct qui passe dans le corps de l'opérateur et lui fait éprouver une violente commotion. Celle-ci se renouvelle à chaque demi-révolution, et comme la tension des courants induits croit en raison inverse de leur durée, plus on tourne vite, plus les commotions sont fortes. Alors les muscles se contractent avec une telle force, qu'ils refusent d'obéir à la volonté et qu'on ne peut plus lâcher les manettes. Avec un appareil de grandes dimensions et bien construit il est impossible de supporter ces effets.

Le maximum d'intensité a lieu au moment où le plan des axes des bobines est perpendiculaire h la droite qui joint les deux pôles du faisceau aimanté ; c'est alors, en effet, que le magnétisme des bobines subit sa plus grande variation d'intensité.

Interrupteur. — Cet organe accessoire se compose d'une troisième lame élastique a (fig. 1051), et de deux appendices i qui partent des viroles o et o',

Fig. 1043. Fig. 1044.

et sont isolés sur le cylindre d'ivoire. Toutes les fois que la lame a touche un de ces appendices, elle est mise en communication avec la lame opposée b, et le courant se trouve fermé en court circuit, car il passe alors de b en a, puis gagne la lame c par la plaque n. Au contraire, tant que la lame a ne touche pas un des appendices, le courant est interrompu, et un extra-courant prend naissance dans le conducteur qui réunit les deux plaques m et n.

Effets chimiques et effets physiques. — La figure 1055 montre comment on dispose l'expérience pour la décomposition de l'eau. La lame a est alors supprimée et le courant se trouve fermé par le liquide où se rendent les deux électrodes.

APPLICATIONS DE L'ELECTROMAGNÉTISME. 1315

Pour produire les effets physiologiques et chimiques, on se sert de bobines à fil fin et d'une longueur de 300 à 400 mètres. Pour les effets calorifiques, au contraire, les bobines sont à gros fil et d'une longueur de 25 à 50 mètres seulement. Les figures 1045 et 1044 montrent la forme qu'on donne alors aux bobines et au commutateur. La première représente l'inflammation de l'éther, et la seconde l'incandescence d'un fil métallique o, dans lequel passe, toujours dans le même sens, le courant allant de a en c.

1121. Perfectionnements directs de la machine de Clarke. — 1° Bobine et machine de Siemens. — La modification la plus importante qu'on ait

Fi g. 1045.

apportée, depuis Clarke, aux machines d'induction fut la bobine construite en 1854 par Siemens et Halske. Cette bobine différait des bobines ordinaires à la fois par la forme du noyau et par le mode d'enroulement dn fil.

Fig. 1046.

La bobine est longitudinale, et a une longueur de 0m,50 à lm,50, suivant la puissance qu'on veut donner à la machine. Le noyau est en fer doux ; il a été

d'abord façonné en cylindre, puis entaillé sur toute sa longueur d'une profonde et large rainure. Le fil de cuivre, isolé à la soie, s'y enroule un grand nombre de fois comme sur un multiplicateur, mais parallèlement à l'axe, et non perpendiculairement comme dans la bobine de Clarke (fig. 1045).

Cette bobine, munie d'un commutateur et d'un mécanisme qui la fait tourner devant un aimant, constitue une machine magnéto-électrique analogue à celle de Clarke (fig. 1046). Les armatures de l'aimant sont alésées de manière à entourer très étroitement la bobine : cette disposition réduit le champ magnétique à son minimum d'étendue et à son maximum d'intensité et de stabilité.

2° Machine de V Alliance. — C'est une machine magnéto-électrique qui fut imaginée par le professeur Nollet et construite par la compagnie industrielle dite Y Alliance. Cette machine est simplement une association de machines de Clarke couplées entre elles comme les éléments d'une pile.

A l'origine, cette machine était munie d'un commutateur : c'était donc une machine magnéto- électrique à courants continus; mais sous cette forme elle ne donna pas de bons résultats, à cause de la destruction rapide du commutateur par les étincelles d'extra-courant qui se produisent à chaque inversion. On la rendit pratique en supprimant le commutateur : elle devint alors une machine magnéto-électrique à courants alternatifs. Elle a été et est encore employée dans les phares pour produire la lumière électrique. Elle fonctionne régulièrement et ne se dérange pas ; mais à cause de son volume encombrant, de sa masse et de son prix de revient l'usage ne s'en est pas répandu. Elle a été complètement remplacée dans la pratique par les machines de Gramme.

11 22. Classification des machines électromagnétiques. — Connaissant la machine de Clarke, nous pouvons définir nettement les diverses catégories de machines que nous n'avons fait qu'énumérer ci-dessus (1118). Au point de vue des effets, on distingue les machines à courants continus et les machines à courants alternatifs; au point de vue de la cause, on les divise en machines magnéto-électriques et en machines dynamo-électriques. Une machine à courants continus peut être d'ailleurs magnéto-électrique ou dynamo-électrique; de même une machine à courants alternatifs : cela fait donc quatre espèces de machines.

Machines à courants continus et à courants alternatifs. — La machine de Clarke, comme la première machine de Siemens et la machine de l'Alliance à commutateur, sont des machines magnétoélectriques à courants continus. Mais on a vu que les courants induits y naissent alternatifs, et qu'ils ne deviennent continus que grâce au mécanisme du commutateur. C'est ce qui a lieu pour toutes les machines d'induction : elles sont naturellement à courants alternatifs; elles ne deviennent à courants continus que grâce à l'addition d'un mécanisme plus ou moins compliqué, tel que le commutateur de Clarke, ou grâce à l'artifice d'un groupement spécial de la bobine induite et d'un collecteur particulier de courant, comme dans la machine de Gramme (1124). Les machines à courants alternatifs sont donc les plus simples et celles

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qui transforment le plus directement le travail mécanique en électricité. Malheureusement elles ne sont pas les plus utiles, car l'usage des courants alternatifs est limité jusqu'ici à certains procédés d'éclairage électrique, tels que les bougies électriques et les lampes à incandescence.

Machines magnéto-électriques et machines dynamo-électriques . — La machine de Clarke peut donc être, à volonté, à courants continus si Ton y adapte un commutateur, et à courants alternatifs si l'on en recueille les courants tels qu'ils se succèdent dans la bobine ; d'ailleurs, dans l'un et l'autre cas, elle reste une machine magnéto-électrique, parce que l'induction y est produite par un aimant permanent. Mais supposons qu'on substitue à cet aimant, dans la machine ordinaire, un électro-aimant : cet inducteur aura sur le précédent l'avantage d'acquérir, à poids égal, une puissance magnétique beaucoup plus grande. Supposons en outre qu'au lieu d'envoyer directement dans le circuit extérieur le courant produit, on le fasse passer, en totalité ou en partie, dans la bobine de F électro-aimant inducteur, il arrivera nécessairement ceci : l'inducteur deviendra plus fort et induira à son tour dans la bobine un courant plus intense, lequel croîtra de plus en plus par l'effet de sa propre réaction sur l'inducteur et de l'influence de ce dernier; ce courant induit finira d'ailleurs par atteindre un maximum correspondant à la vitesse du déplacement ainsi qu'aux masses de l'inducteur et de l'induit.

Ces curieuses machines produisent donc de l'électricité sans aimant; elles paraissent transformer directement le travail mécanique en électricité; c'est pourquoi on les appelle dynamo-électriques. Pour qu'une semblable machine puisse fonctionner, il faut nécessairement que l'électro-aimant inducteur ait reçu une excitation préalable, avec un courant continu provenant d'une pile, soit d'une machine magnéto-électrique. On prenait jadis la précaution d'exciter par l'un de ces moyens les premières machines construites d'après ce principe. Siemens fit le premier cette remarque qu'on pouvait produire l'excitation initiale des électroaimants sans employer de courant excitateur : il suffisait de toucher les noyaux de fer doux avec un aimant permanent ou môme de les placer parallèlement à l'aiguille d'inclinaison.

Dans la pratique il n'est même pas besoin d'orienter ces machines pour les amorcer; car le magnétisme terrestre agit toujours suffisamment pour cela, quelle que soit la position de leurs électro-aimants inducteurs par rapport à la direction du couple terrestre.

Remarque. — Un nombre considérable de modèles de machines dynamoélectriques ont été construites depuis une douzaine d'années. Mais, comme elles sont toutes plus ou moins dérivées de deux types, 1° l'ancienne machine de Clarke, 2° la récente machine de Gramme, il n'y a d'intérêt réel qu à connaître ces deux types. ?STous avons décrit le premier, nous allons passer en revue les divers modèles du second.

1123. Machines de Gramme. — On en construit deux types principaux, qui sont l'un et l'autre dynamo-électriques : 1° une machine à courants continus, appelée type d'atelier, et destinée aux usages industriels les plus variés, tels que l'éclairage électrique, la galvanoplastie, la transmission de la force à distance; 2° une machine à courants alternatifs, dite machine à lumière, exclusivement employée dans certains procédés d'éclairage électrique. Il existe aussi un troisième modèle de la machine Gramme qui est magnéto-électrique : on l'appelle quelquefois machine de démonstration. Elle n'a pas d'emplois industriels, à cause de sa faible puissance ; mais elle peut être substituée aux piles dans un grand nombre d'expériences de laboratoire. En tout cas, elle peut servir à la description de toutes les autres machines Gramme, car elle en possède les deux organes essentiels, à savoir, la bobine induite oa anneau induit et le collecteur de courants.

1124. Machine magnéto-électrique de Gramme. — I. Description.

— Elle consiste en un fort faisceau aimanté iixe, entre les pôles duquel un système de bobines peut tourner rapidement par le moyen d'une grande roue et d'un pignon (fig. 1047).

Inducteur. — L'aimant permanent était d'abord un simple aimant en fer achevai, comme celui de la machine de Clarke; mais depuis que Jamin a fait connaître ses puissants faisceaux à lames minces, M. Gramme les a appliqués à la construction de ses machines.

L'aimant-Jamin, qui est fixé verticalement (fig. 1047), se compose de 24 lames d'acier de 1 millimètre d'épaisseur, aimantées séparément à saturation, puis superposées en forme de fer à cheval. Aux deux pôles du faisceau sont appliquées deux armatures de fer doux a et h, qui, s' aimantant par influence, deviennent elles-mêmes les pôles efficaces entre lesquels tourne Y induit.

Anneau de Gramme. — L'induit est formé d'un certain nombre de bobines, réunies en cercle, de manière à constituer ce qu'on appelle Vanneau de Gramme.

Les bobines n'ont pas chacune un noyau distinct, comme dans la machine de Nollet, mais elles s'enroulent toutes sur un noyau commun, et celui-ci n'est pas un anneau de fer plein, c'est un fil unique de fer doux, de -^ de millimètre de diamètre, enroulé sur lui-même un grand nombre de fois, de manière à former un fais-

APPLICATIONS DE L'ELECTROMAGNETISME. 1319 ceau circulaire : la figure 1048 montre ce faisceau sectionné en F. Les

Fig. 1017.

bobines 13, C, I)..., qui sont représentées séparées, dans la partie intérieure de la ligure, sont en réalité réunies l'une à l'autre, comme onjle voit dans la partie supérieure de la même ligure, par des équerres de laiton nui : à chacune des branches verticales de ces pièces viennent se souder les fils de cuivre de deux bobines consécutives, de sorte que l'ensemble des bobines ne forme qu'un seul et même circuit induit.

Fig.ïlOiS.

Collecteur du courant. — Les équerres sont isolées les unes des autres et fixées sur un bloc de buis 0 qui est monté sur l'axe de rotation; les branches horizontales mr des équerres forment nue gaine autour de cet axe, et deux pinceaux ou balais de iîls de cuivre rouge, fixés aux bornes c et i (fig. 1047), frottent constamment sur les parties supérieures et inférieures de cette gaine, de manière à recueillir les courants qui prennent naissance dans les bobines. C'est l'ensemble des balais el du cylindre à génératrices métalliques qui constitue le collecteur de Gramme.

IL Théorie. — La théorie de cette machine est encore à faire. On peut tout au plus prétendre à faire concevoir la marche des courants dans la bobine. Remarquons d'abord que chaque pôle a et b de l'aimant (i\g. 1017) détermine, dans le noyau circulaire des bobines, deux pôles magnétiques de noms contraires. Les points de l'anneau où naissent ces pôles à un instant donné, se déplacent, emportés par le mouvement de l'anneau; mais les pôles eux-mêmes restent fixes dans l'espace, en présence des pôles a et b : tout se passe donc comme si l'anneau lui-même était immobile et si les diverses bobines se mouvaient sur son contour en s'approchant successivement ets'éloignant de chaque pôle.

Considérons un élément de la bobine : si on le suit dans son mouvement de rotation, on verra, en appliquant les lois de l'induction (au cas d'une bobine qui se déplacerait sur un aimant circulaire intérieur à elle), qu'elle est le siège d'un courant d'un certain sens dans toute la moitié E'SE" de sa révolution, et d'un courant inverse dans l'autre moitié E"NS' (fig. 1049). Comme tous les éléments

Fig. 1049.

de la spire sont influencés simultanément de la même manière, chacun suivant sa position, et qu'ils sont reliés entre eux, les deux moitiés de bobine, séparées par le diamètre E'E", perpendiculaire a la ligne des pôles NS, seront parcourues au môme instant par des courants égaux et de sens contraires.

Ces deux courants opposés sont tout à l'ait comparables à ceux de deux piles voltaïques d'un même nombre d'éléments qui seraient couplées en opposition, c'est-à-dire par leurs pôles de même nom. Pour utiliser ces courants qui s'approchent tous deux à la fois du point C, et s'éloignent tous deux à la fois du point Z, il faut évidemment joindre les points C et Z par un circuit extérieur