APPLICATIONS DE L'ÉLECTRO MAGNETISME

Fig. 1050.

(fig. lOoOj. Dès lors le courant circule d'une manière continue de C vers Z, et les deux piles ne sont plus en opposition, mais associées en quantité.

C'est d'une manière analogue qu'on recueille les courants de l'anneau de Gramme. En plaçant les balais F et F' sur le diamètre EE' perpendiculaire à la ligne des pôles, c'est-à-dire aux points où les deux courants opposés vont concourir, ces balais seront dans les mêmes conditions que s'ils communiquaient avec les pôles G et Z de la pile précédente : un circuit extérieur allant d'un balai à l'autre sera parcouru par un courant continu si le contact est toujours assuré, et constant si la vitesse de rotation est uniforme.

Piemarquls. — 1° Calage des balais. — Dans la ligure schématique 1049, les balais collecteurs F et F' ne sont pas exactement placés sur un diamètre horizontal de la bobine, c'est-à-dire sur la ligne neutre, ainsi que l'exigerait la théorie précédente.

En réalité, comme le fer de l'anneau n'est jamais parfaitement doux, ses différentes sections ne se désaimantent pas immédiatement après avoir dépassé les pôles inducteurs. Il en résulte une déviation de la ligne des pôles de l'anneau dans le sens de la rotation de celui-ci. La ligne neutre suit ce mouvement, et elle fait alors avec sa position théorique un angle pins ou moins grand, qui peut atteindre 10° pour de grandes

vitesses. Or la position des balais, — leur calage, comme on dit, — dépend do l'orientation de la ligne neutre; ils doivent tourner sur l'horizontale (ou sur la verticale, suivant l'orientation des pôles inducteurs) du même angle que la ligne neutre.

2° En faisant varier la vitesse de 500 à 2000 tours par minute, on a démontré que l'intensité du courant est sensiblement proportionnelle à cette vitesse.

A la vitesse de 2000 tours par minute, la machine fonctionne assez longtemps sans échauffement nuisible. Sa force électromotrice est alors égale à celle de 8 éléments Bunsen moyen modèle, et son courant peut fondre 10 centimètres de fil de fer de 1 millimètre de diamètre. A la vitesse de 600 tours par minute, vitesse facile à réaliser, la force électromotrice est encore équivalente à celle de 15 ou 16 éléments Daniell.

3° Pour une même vitesse de rotation et un même aimant, l'intensité du courant dépend des dimensions du circuit induit. Dans la machine représentée ci-dessus, le diamètre du lil de cuivre est l",ra,l et la longueur totale de loi mètres.

1125. Machine de Gramme à courants continus. — Type d'atelier. — 1° Description. — C'est une machine dynamo-électrique, incomparablement plus puissante que la précédente. La bobine induite et le collecteur de courants sont d'ailleurs les mêmes. L'inducteur est formé par deux électro -aimants à deux branches horizontales (fig. 1051), disposées vis-à-vis l'une de l'autre, dans un plan vertical. Les fils sont couplés sur leurs bobines de telle manière que, lorsqu'ils sont traversés par le courant, les deux pôles juxtaposés soient de même nom. De cette façon, l'armature supérieure et l'armature inférieure, qui embrassent la bobine, constituent des pôles doubles de noms contraires.

2° Marche du courant. — On voit le sens de l'enroulement et la disposition de ces deux pôles doubles dans la ligure 105i : la moitié droite de cette ligure représente le diagramme d'une machine Gramme à courants continus, ne différant du type d'atelier que par l'obliquité des barres d électro-aimants. La ligure 1053 représente une coupe verticale correspondante à ce diagramme : 11' est la bobine induite, A le collecteur sur lequel s'appuient les balais B et B'

(fig.1054) ; la bobine tourne entre les armatures demi-circulaires des deux électro-aimants. Le courant sortant du cylindre collecteur, par exemple par le balai B', circule d'abord autour des barres supérieures, de manière à y produire un double pôle sud, ensuite il va travailler dans le circuit extérieur, puis il revient

Fig. 1051.

tonner un double pôle nord dans les barres inférieures, d'où il revient à la bobine par le balai B.

3° Usages. — La machine type d'atelier est employée aux usages les plus divers : galvanoplastie, éclairage électrique, transmission de la force à distance. Seulement les dimensions des bobines, de l'inducteur et de l'induit sont différentes suivant le travail à exécuter. Quand il faut produire de l'électricité en grande quantité, comme dans les applications électrochimiques, la machine doit avoir une résistance intérieure médiocre, et alors les électroaimants sont garnis, au lieu de iil rond, d'une seule bande de cuivre mince, tenant toute la largeur des barres et formant une spire unique autour de chacune d'elles; l'anneau est garni lui-même avec du fil méplat très épais. Quand il faut produire de l'électricité de tension, comme dans l'éclairage électrique, on fait les bobines avec du lil ordinaire, d'un diamètre plus petit.

1126. Machine de Gramme à courants alternatifs, ou Machine à lumière. — I. Généralités. — L'emploi des machines à courants alternatifs a pris, depuis l'invention des bougies électriques, une extension considérable. Ces machines sont actuellement les seules qui se prêtent à la division de la lumière électrique J)< s types nouveaux ont été créés et sont créés tous les jours.

APPLICATIONS DE I/ELECTROMAGNETISME.

Us se ramènent tous, comme les machines à courants continus, aux deux types de Clarke et de Gramme combinés.

Toute machine électromagnétique à courants alternatifs est formée de deux organes essentiels * :

1° Le système inducteur ou l'inducteur, composé d'aimants fixes (machines magnéto-électriques) ou d'électro-aimants (machines dynamo-électriques) : il a pour fonction de déterminer autour de lui un champ magnétique constant.

2° Le système induit, ou, simplement l'induit, qui est formé de bobines, munies ou dépourvues de noyau de fer doux. Il a pour fonction de produire les courants induits alternatifs en se déplaçant, d'un mouvement périodiquement uniforme, dans le champ magnétique de l'inducteur. Ce sont ces courants qu'on utilise et qu'on fait travailler dans le circuit extérieur.

Dans les machines dynamo-électriques, les électro-aimants de l'inducteur sont ordinairement animés par une machine à courants continus qu'on appelle excitatrice. Cette machine auxiliaire est, ou bien indépendante dans les machines ordinaires, ou montée sur le même axe que l'induit dans les machines improprement appelées auto-excitatrices.

II. Machine à lumière de Gramme. — C'est une machine dynamo-électrique, à courants alternatifs et auto-excitatrice.

Description. — La figure 1052 la représente en perspective : à gauche est la

1. Voir .1. Joubort, Études sur les machines magnéto-électriques.

machine à lumière proprement dite; à droite est l'excitatrice. Celle-ci est une machine ordinaire de Gramme à courants continus. La figure 1053 en est une coupe perpendiculaire à l'axe : N et S sont les deux pôles de l'inducteur fixe I I' est l'anneau induit mobile, dont le collecteur se projette suivant un petit cercle concentrique et intérieur à l'anneau.

La machine à lumière proprement dite est formée d'an induit fixe et d'un inducteur mobile.

L'inducteur, dans le modèle ordinaire, est formé de six barres d'électro-

aimants, implantées perpendiculairement dans un massif hexagonal, concentrique à l'axe de rotation.

Le circuit inducteur s'enroule autour de ces barres de manière à former, lorsqu'il est parcouru par le courant continu de l'excitatrice, des pôles alternativement contraires. On voit dans la ligure 1054 (moitié gauche, qui est une coupe transversale de la machine à lumière), que les surfaces polaires s'épanouissent perpendiculairement à la direction des barres.

L'induit est une bobine de lil de cuivre, enroulée sur un cylindre en fer doux. Ce noyau n'est pas une masse continue, mais il est formé par la superposition de plusieurs couches de fil de fer. La bobine elle-même est partagée en douze segments, bien isolés les uns des autres, mais reliés trois par trois, de manière à constituer quatre circuits distincts : par exemple, les bobines 1, 5, 5 forment un premier circuit, et les bobines 2, 4, 6 un deuxième; de même les bobines 7, 9, 11 forment un troisième circuit, et 8, 10, 12 un quatrième. Ordinairement on groupe les deux premiers circuits en série, par leurs pôles de nom contraire, ainsi que les deux derniers, de manière que la machine à lumière soit divisée en deux machines qu'on peut faire fonctionner ensemble ou séparément.

Production des courants. — Les courants sont induits dans la bobine fixe par le déplacement de l'électro-aimant inducteur. Celui-ci est animé par le courant continu de l'excitatrice.

La figure 1051 est un diagramme d'ensemble de la machine auto-excitatrice. Elle montre, par le sens des flèches :

1° La marche du courant continu : il sort de l'excitatrice par le balai B', arrive en II dans l'inducteur, qu'il parcourt en se bifurquant en deux dérivations de manière à produire des pôles alternativement contraires, sort de l'inducteur en K, et rentre enfin par le balai B dans le collecteur de l'anneau I I' ; 2° La production des courants induits dans chaque segment de bobine : on voit que, dans les bobines consécutives d'un même circuit, 1, 5, 5 par exemple, l'induction est inverse, puisqu'elle est produite par deux pôles contraires, mais que ces courants inverses parcourent la bobine dans le même sens, grâce à l'inversion de l'enroulement du fil.

Remarque. — Les deux bornes A et B qu'on voit (fig. 1052) sur l'avant du bâti, sont placées dans le circuit de l'excitatrice. Elles y forment une interruption qu'on peut fermer avec une résistance variable, de manière à augmenter ou

Fig. 1055.

APPLICATIONS DE L'ÉLE CÎROMAGNÉTISME. 1325

diminuer l'intensité du courant continu, et par suite l'intensité du magnétisme inducteur. On règle ainsi, dans une certaine limite, suivant les besoins, la puissance de la machine à lumière.

R est une boîte de résistance, employée à cet usage dans le laboratoire de Jamin : elle sert en même temps d'interrupteur. Il suffît d'enlever une cheville pour interrompre à volonté le circuit de l'excitatrice et supprimer du même coup le magnétisme inducteur et les courants induits.

2° En ax, b2 et bK, as sont les prises du courant pour les deux circuits extérieurs. C'est à ces bornes qu'aboutissent, au-dessous de l'enveloppe protectrice, les deux extrémités des quatre circuits de la bobine. On groupe deux à deux les extrémités qui, à un instant donné, sont à des potentiels de signe contraire.

Usages. — Comme nous l'avons dit plus haut, cette machine a été construite exclusivement pour alimenter des bougies électriques.

1127. Expériences de MM. Jamin et G. Maneuvrier. — Cette machine de Gramme à courants alternatifs est un appareil aussi intéressant au point de vue théorique qu'avantageux dans la pratique. On peut l'assimiler à une bobine de Ruhmkorff dont les courants joindraient à une haute tension une énorme quantité. En partant de cette idée, MM. Jamin et G. Maneuvrier ont reproduit avec cette machine tous les effets de la bobine de Ruhmkorff, décompositions et combinaisons chimiques, effets lumineux, effets physiologiques, mais avec une intensité incomparablement plus grande. Les effets lumineux dans le vide ou dans les gaz raréiiés sont d'une beauté remarquable et tout à fait inconnue jusqu'ici (Comptes rendus, Académie des sciences, mai 1881). Quant aux effets physiologiques, les expérimentateurs les ont subis accidentellement dans le cours de leurs recherches : ils sont d'une si effroyable intensité, qu'on serait littéralement foudroyé si leur durée dépassait une fraction de seconde.

Enfin, MM. Jamin et Maneuvrier ont trouvé une solution très approchée du problème à la fois théorique et industriel de la transformation, sans continuateur, des courants alternatifs en courants continus. Ce procédé consiste essentiellement à interposer, dans le circuit extérieur de la machine à lumière, un arc voltaïque dissymétrique, c'est-à-dire formé entre deux électrodes hétérogènes, telles que le charbon et le mercure (Comptes rendus, juin 1882).

1128. Réversibilité des machines dynamo-électriques. — Les machines dynamo-électriques prouvent qu'en faisant tourner des bobines devant un électro-aimant on engendre des courants. On peut prévoir, d'après la loi de Lenz, que si l'on fait passer un courant continu dans une de ces machines, on communiquera à l'organe mobile un mouvement inverse de celui qui produirait ce courant continu.

L'expérience confirme cette prévision. On la réalise aisément à l'aide de l'une quelconque des machines de Gramme à courants continus. Si l'on met les bornes c et i (fig. 1047) en communication avec les pôles d'une pile de quelques éléments Bunsen, le noyau de fer doux s'aimantant aussitôt par l'action du courant qui parcourt les bobines, tout le système prend un mouvement de rotation rapide.

Ou bien encore, on dispose dans un même circuit deux machines pareilles à celle de la figure 1051, puis l'on met l'une d'elles en mouvement : le courant qu'elle engendre passant dans l'anneau de l'autre machine, celui-ci se met à tourner. Si alors on fait marcher la première en sens inverse, la seconde s'arrête, puis se met à tourner de nouveau et dans le même sens : le même courant passant successivement dans la bobine fixe et dans la bobine mobile, qui réagissent l'une sur l'autre, on conçoit que le produit des deux actions de même signe reste toujours le même quel qu'en soit le signe.

On exprime ce fait en disant que les machines Gramme et, en général, toutes les machines dynamo-électriques sont réversibles.

ECLAIRAGE ELECTRIQUE. 1327

1129. Moteurs électriques. — Transport de la force. — On appelle moteurs électriques des machines qui transforment l'électricité en mouvement, de même que les machines thermiques transforment la chaleur en mouvement.

Les premiers moteurs électriques qu'on ait construits furent des moteurs dits électromagnétiques, dans lesquels on utilisait la force attractive des électro-aimants comme force motrice. Tel était le moteur construit par Froment.

D'après le principe de la réversibilité, toutes les machines dynamo-électriques peuvent être utilisées comme moteurs, avec infiniment plus de facilité et d'économie, puisque le courant excitateur peut être fourni par une machine identique. La machine de Gramme à courants continus, n'ayant ni bielle ni manivelle, ni point mort, convient particulièrement bien à la transformation de l'électricité en travail, et par suite au transport de la force à une distance plus ou moins grande.