CHAPITRE PREMIER

Action rie IVlcctricilû sur lo aimants , l'acier et le fer doux.

Action d un tournai électrique sur l'aiguille aim/tnlct. On a vtl an commencement du livre 11 1 , tome !", que lit découverte capitale qui sert du base à l'ùledrtwiiiigiiélisiïMj est due à Ûersled ; cette découverte consiste en eu fait, que, si l'on approche d'un fil de métal qui joint les deux pôles d'une pile, uno aiguille aimantée suspendue sur n*. m- un pivot, on voit celle-ci

J. « 1 * * d'une action émanant du

; lil conducteur. Pour élu-

I il ii^iimi d' er toutes les circonstan-

ces de cette action , l'aiguille fut d'abord pincée au-dessus du lil tendu horizontalement dans le phin du méridien magnétique. Le pôle nord fut chassé dans un sens et le pôle sud dans l'autre. Quand l'aiguille était Irèsrapprochée du lil et que l'action de la pile était vive, l'aiguille se mettait à angle droit avec le lil; en pinçant l'aiguille au-dessous, la déviation était inverse; en la mettant à droite ou à gauche, elle s'inclinait dans tin sens ou dans un autre, lté là Œrsted lira la conséquence que de semblables effets étaient dus à une force qui agissait d'unu manière ré volulivu autour du lil. A ce fait fondamental su borne la pari qui lui revient dans lu découverte do l'élec-

Iro-ma^nétismr; on doit attribuer à Ampère et à d'autres physiciens, mais particulièrement au premier, la gloire d'avoir créé l'clectro-dyiia inique, qui comprend tous les phénomènes relatifs ii l'action des aimante sur les courants et des cuuranls sur les courants.

On a déjà vu , tome r r ,pagfi(i2, que l'on est eonvenn de prendre pour la direction d'un murant celle qu'il affecte quand il va du pôle positif au [joie négatif. Lorsque le courant passe par un con-

cylindre creux, courant cylindrique ; un lil courbe , cournnt curviligne. Si le courant forme un circuit complet, on dit que le courant est fermé.

L'action d'un courant recliligue sur une aiguille aimantée se borne à l'aire tourner celle-ci autour de son centre de gravité, dans le cas où le courant est au-dessus ou au-dessous; mais, dans d'autres cas, il peut déterminer une action dans le sens de In longueur de l'aimant qui porte celui-ci dans un sens eu dans l'autre. L'expérience

après avoir passé celte akoiille dans les doigts, ou la pose avec précaution sur un vase d'un orilice un peu large et plein d'eau; on suit que celte aiguille, par un ciïet de capillarité, surnage sur le liquide. Un approche alors de l'aiguille un fil horizontal parcouru par un courant électrique, et l'on voit celle-ci se diriger perpendiculairement au courant, comme ci-dessus; mais en outre, si l'on déplace, le tilde façon à le rapprocher d'une des extrémités de l'aiguille , on voit celle-ci suivre ce mouvement, el .se placer toujours de façon que le plan mené par le fil el par le centre de gravite do l'aiguille, ou, pour mieux dire, par le point neutre, soit normal à celte aiguille. Si, le til étant fixe, on éloigne l'aiguille aimantée dans le sens de sa longueur, avec un corps quelconque, quand l'obstacle n'exerce plus d'action, elle revient îï sa position première d'équilibre, de manière qu'il y ait de chaque, côle du courant la moitié de l'aiguille aimantée, c'est-à-dire que le point neutre soit exactement au-tles- 60US du lil.

Action à distance. La découverte de la loi qui règle l'action à distance est due à SIM. liiol et Savait : pour l'observer, ils prirent une aiguille aimantée II, lig. 1 7'J bis, suspendue à un fil de cocon au moyen d'une chape de cuivre, el placée sous une cloche de verre alin d'éviter les agitations de l'air. Tour se débarrasser entièrement

irr KLECTBO-iufisï-fisui.:.

[Kg. m m

de ludion du magnétisme terrestre, ils neutralisèrent celle aciion au moyen d'un barreau A 'If plane dans l'axe de l'aiguille, les pôles inversesen regard et h une distance convenable, pour que les oscilln-

au moyen de cette disposition, l'aiguille fol préparée à obéir sans difficulté ;i l'action du courant. Ils employèrent ensuite un gros fil de

cuivre cz de trois mètres environ de longueur, tendu verticalement et traversé par le courant. L'appareil était tellement disposé que l'on pouvait varier la distance du fil à l'aiguille, qui correspondait ionjours sensiblement au milieu de sa longueur; la distance de l'aiguille an (il pouvait varier, en outre, au moyen do l'engrenage. D'après la loi découverte pur Œrsted. l'aiguille se mit inunédiiitement ou croix avec, le courant; en lu dérangeant do sa position d cquilibiv, elle y revenait par une sui!e d'osrilhliniis isochrones, dont la doive dépendait de l'intensité du courant. Vm variant la distiinre, et comptant la durée de dix oscillations pour en déduire le temps d'une oscillation, puis se servant de la formule du pendule, MM. Iiiot i l Savart ont trouvé que la force électro-magnétique exercée de la part du til sur l'aimant est en raison inu'ise :1e la simple distance qui les sépare.

On a supposé que le cm omit était rcdiligoe et indéfini relativement a la longueur de I aiguille ; on avait donc par conséquent la résultante des actions exercées par tout le til sur l'aiguille. M. Ilelaplaee qui a cherché par le calcul la force électro-dynamique exercée par on élément de ce til , a trouvé qu'en supposant la for. e L-lemeiitaire agissant en raison inverse du carré de la distance, l'action d'un long lil devait en effet varier en raison inverse de la simple <lislance (').

(") Oll pr-nl [Ii'iiiiuUi.t i rmiiiH' il -il il 'i Lu lion nierri 1 .! [nr ni] ,-li-inr'n! il.l

lil .-nr l'ui-iiille aii lU'r est en taisiin invt'rsi; iln i-atri: (lu h ilKlaiirc, l'uclio» ihi

lil lniipOuliiuil i-';' (lig. 17:1 1er), mi|>|"i-ù d'une loii;iii'iir itnii'linic, -era en raisuii ïnterse île lu simple distance ilu fil il l'signtUe.

Suit ■)' loi dément rln lil d'une Inii^ni'iir d.r, 1 i-tjnt la tli.hrire île i'jii pnhii M ; suit ensuite un,'' = r Ni ilijl.wne ret ilununi nu (entre de graiiti de l'aiguille [rès pelilc, "il lVIieil [ir-nl f'Lre f.m-i'iiiffv im:ihiic .■iiric.'iitnv. si l'un :i;ij>

166 RLECTnO-DYNÀMIQUE

MM. Biot et Rnvart ont cherché également si l'nction de chaque Iriinelie <!(■ lil élait encore lu mime dans Unîtes les directions à distança égale, ou si elle éprouvait dea changements dans différents sen*. Ils tendirent à cet effet, dans un jilan vertical un long fil cz.plié Fig. m ter. en un point de manière que les deux parties ils-

L 'd B "bi m"''"'?! 0 aJ ' anl et0Sllspcn "

sivemont le courant dans le lil vertical ot diins fil oblique, puis ils firent osciller l'aiguille; : résultats obtenus on a déduit , par le calcul , que l'action de chaque élément oblique sur chaque molécule du nuifîiiélisiiio «uslral on boréal de l'aiguille est proportionnelle au sinus de l'angle formé pur l'élément du courant et par la ligne qui

a une conilanlc de p.'ii(l.-,nl <h- l'ii:ii'i-.-il>- ilu cmir.nu <■! uv la puissance magné! Je l'aiguille A, l'action d'un élément du lil peut ifre supplée par li)pullièse "

Or, comme «M = x il RM = b, b Il t jeudi a pour Faction d'un tutniail du lil x f^ b , -

l.'ocllon du III indéfini

>n peut élte mise sous In forme

csl In différentielle de l'arc dont la languie e*( ^ ; si I on prend la «leur .le finie- Rr.ile définie quand x varie Je — a. à -f. a. , l'are dont la tangente esl ~ tarie da — !W à -J- »0-, et celle valeur est égale ait. On aura ilolic pour l'action du fil fi'

urimlédel'aiEiiille.Oiidoil remarquer que il le (il eltll circolair

de ic courant serait c;ak' à -^r~ c'esl-a ilirc qu'elle sérail do qui ni pruduile par I.- cuiirjnl iiidi hiii langenl au cercle en M. (t. lu

joint le milieu de cet élément avec le pôle magnétique : cette actio I ie S tenû, 1 |r (1 inverseme [ Up ro p O , |i 0tl nrlle : ,, 1 ^,,,.; ( i, ; ladistance.

Lntm on u reconnu |>ar l'expérience que l'intensité du courant électrique est lu même ci, ,m point quelconque d'un fil de métal qui joint les deux extrémités d'une pile.

Hélices. Puisqu'une aiguille aimantée, suivant qu'elle est placée au-dessus ou au-dessous du lii conjonclif . se dirige perpendiculairement il la direction de ce (il, avec ( i?Ml- ditTéiem r> néanmoins que ihins chaque cas, le même pôle n'est p;is dirigé du même côté' il eiî sera encore de même lorsque le lii sera replié sur lui-mT-nw de n,amère u former un circuit fermé, cl que l'aiguille sera placée entre ics deux parties. Il résulte de là que, si Ton plie le lil sur lui-même de manière à ce que le courant ne puisse passer d'une spire dans l'autre, condition qui est remplie en employant un lil recouvert de soie , on forme des hélices dont radian sur l'aiguille aimantée augmente en raison du nombre des spires. C'estce principe qui a servi do base à la construction des multiplicateurs. ( Voir tome I", page 00.)

Un obtient le mémo résultat avec des hélices que l'on forme en enroulant cou venaMcment un (il de mêlai sur un tube de verre; l'hélice est dextrorsum ou rinittrortum, selon que le fil va vers la droite ou vers la gauche : dans la première, le pôle boréal de l'aimant est toujours du coté par où entre le courant; dans la seconde, c'est le pôle austral qui se trouve fi l'extrémité positive. Les hélices sur lesquels Ampère a opéré avaient le même diamètre, et les spires dont elles étaient composées avaient des inclinaisons égales.

Hotation des aimants par l'influence rie ramants. Lorsqu'un barreau aimanté, librement suspendu, est phieé uti-des-ais. au-dessous,

d'un côté ou de l'autre, et s'incline suivant la direction du courant. Voilà ce qui se passe toutes les lois que le barreau est libre de se mouvoir dans un plan horizontal ; mais, si les conditions sont convenables et qu'il soit disposé de manière à pouvoir circuler autour d'tm fil conducteur, il tourne autour de ce lil.

SI. Faraday a effectué cette rotation d'une manière très-simple. Nous distinguerons deux cas : la rotation du barreau autour d'une

ELECTBO-DYNiHIQUE

ligne parallèle à son axe, et la rotation autour de l'axe même du barreau. On prend une large éprouve t le e E, qui est presque entièrement remplie de •e; un aimant cylindrique AB de 0=,I8 à 0° , ,20 de longueur, est placé verticalement dans le lu moyen d'un lest en platine P; le bout supérieur de ect aimant s'élève de quelques millimètres au-dessus de la surfaee du mercure. Une tige létalliquc t plongeant dans le mercure est mise en lieation avec le pôle négatif d'uni: pile, el une aulre lige

cstoi-it'iir de l'opi-oiivctte, eumuiuiiicjiie avec le pôle positif. Aussitôt que l'appareil commence à foin tiunncr, l'ai iiiiint se mcl Ji lourner dans le même sens autour de la tige, avec un mouvemenl plus ou moins rapide, suiv;uil la force de In pile et celle de l'aimant. Le pôle inférieur I) de l'aimant, qui est plus éloigné du centre d'action que le pôle A, ne concourt pas à l'effet général; ce donner est par conséquent la nuise immédiate du phénomène.

Ne pouvant analyser complètement ici Unîtes les circonstances des expériences, nous omis humons à indiquer seulement quel est l'effet produit. Remarquons avant (nul qu'indeiiendanuia-nt ilu courant qui arrive ou qui sort par la tige / .il s établit encore à la surface du mercure des courants horizontaux qui le traversent dans toutes sortes de direction, et qui, par leur action sur le pôle A de l'aimant, donne lieu à l'effet que l'on observe.

Pour obtenir le mouvement de rotation do l'aimant autour de son axe, il faut, connue l'a fait M. Ampère, pratiquer à l'extrémité supérieure de l'aimant AH une petite cavité qui sert de coupe, pour y placer du mercure; puis l'on abaisse la pointe de la lige / .jusqu'à ce qu'elle atteigne le mercure sans loucher l'aimant. Muand la communication est établie avec la pile , l'aimant se met à tourner sur lui-même avec une grande vitesse ; en changeant la direction du courant , l'effet est inverse.

Comme conséquence de l'effet indiqué on peut dire qu'un aiit tourne autour de son axe quand il est soumis à l'action de

courants uorizo

i qui

gent, mais qui soot dirigés en sens oppose- par rapport b chai

Pour démontrer la rotation d'un aimant autour d'un courant , on peut se servir d'un fil de cuivre parcouru par un courant , et d'un aimant formé par iule lame d'acier aimantée, longue du 20 centi-

ET ÉLECTHC-HAGRETIHIIE.

mètres environ j mnis courbée deux fois en son milieu, de façon qu'à sa partie centrale se trouve une portion de lame de 1 ou 2 centimètres d'étendue et perpendiculaire aux deux moitiés de re barreau. Ces deux moitiés sont du reste dans deux directions parallèles et opposées, c'est-à-dire à 180" l'une et l'autre. Le fil conducteur en cuivre passe au milieu de la partie centrale, et est rendu parallèle aux deux moitiés de l'aimant ; l'on s'arrange pour que celui-ci soit en équilibre sur le fil, et l'on fait arriver le courant pur rctte partie centrale, les extrémités du fil étant en contact avec des pôles de la pile ; aussitôt l'aimant fermé des deux parties de la lame aimantée placée de chaque coté du til, se met en rotation suivant le sens du courant. Nous citerons un petit appareil de ce {;ciire, construit par SI. Itreton, et qui est propre à cette démonstration.

Action produite sur l'aiguille aimantée, du multiplicateur par les décharges d'une bouteille de l.eydc. On ne ]>eut observer celle action qu'autant que les différents tours du fil du multiplicateur sont isolés convenablement , c'est-à-dire enduits de gnnmie laque n près avoir été recouverts de soie. Une pointe très-line ayant été lixéc à chacune îles extrémités du iil , l'une d'elles fut mise en communication avec les coussins d'une machine électrique, l'autre fut placée devant un des conducteurs, à dilTérenli-s hauteurs, pour soutirer l'électricité positive. M. Colladon, qui fit le premier cette expérience, obtint une déviation pouvant aller jusqu'à 90° à 1 décimètre de distance. Lu déviation allait en diminuant en s'éloignent, et elle était encore sensible quand la pointe se trouvait à 1 mètre du conducteur.

11 parait que l'action soutirante d'une pointe est sensiblement proportionnelle à la distance du conducteur, mais qu'à uno certaine proximité cette action n'augmente plus. Aveclamaclùnc à cylindre, qui n'a qu'un seul coussin, la lui de proportionnalité fut maintenue pour de plus petites distances, et en outre la déviation a marché régulièrement, c'est-à-dire qu'elle a été proportionnelle à la vitesse avec laquelle on a tourné la manivelle, comme on a pu s'en assurer

Avec une bouteille de Leydo de 18 décimètres carrés, chargée aussi fortement que possible, la déviation a été de 32°.

M. Faraday a reconnu qu'il était nécessaire, pour qu'un courant obtenu avec un écoulement d'électricité d'une machine ordinaire qui traverse un multiplicateur, fit dévier l'aiguille aimantée, que l'action eût le temps de se développer, condition qui était remplie

en transmettant le courant à travers l'eau, un (11, l'air raréfié, ou au moyen de pointes dans l'air : on obtient alors les m Ames effets qu'avec un couranl voltaïque. Il a reconnu , en outre, que l'eau salée et les acides étaient plus convenables pour produire des effets que tout autre mode, comme les pointes el les balles, attendu que les premiers convertissent la charge d'une puissante batterie en un courant continu , qui agit comme tel sur l'aiguille aimantée, et qui ne dérange pas sensiblement le mimétisme des aiguilles.

Voici quelques-unes des expérience* qui mit été (iules à ce sujet : on prit une batterie électrique coitipuséc de quinze jarres, présentuul chacune une surface année sur les deux luees de •l ,n ,~i(> carres. Cette batterie fut ebargée avec une forte macbine électrique. Les deux surfaces de cette batterie furent mises en communication avec des tuyaux qui servaient à transporter le gaz. dans divers quartiers de Londres, afin de faire parcourir à l'électricité de grandes distances. M. Faraday s'allaeha d'abord ii déterminer le pouvoir retardataire des mauvais coud net eurs, en employant ou multiplicateur

tnées chacune de ti mètres de fil de cuivre recouvert de soie : les deux moitiés étaient semblables en ligure et en nombre de tours; elles étaient placées l'une à coté de l'autre, et séparées par un petit intervalle, où se trouvait l'aiguille. Lorsque les courants introduits duns les deux moitiés avaient la même direction , ils agissaient sur l'aiguille, avec la souiiiu; de leurs puissances; dans le cas contraire, ils agissaient avec leur différence. La jarre de verre qui recouvrait l'appareil et qui portait l'aiguille, était revêtue en dedans et en dehors, jusqu'à une certaine hauteur, pour que l'on pdt observer les mouvements de l'aiguille. La partie supérieure noii revêtue fut entourée d'un iil de métal garni de nombreuses pointes aigués. Quand le fil et les deux surfaces années communiquaient ensemble au moyen des longs conducteurs dis tuyaux à gaz , on pouvait alors approcher une pointe isolée on une bulle à une dislance do 27 millimétrés du miiltipliruleur, sans que l'aiguille fut affectée pur l'attraction ou la répulsion ordinaire. Il n'y avait donc pas d'électricité libre pendant la décharge de la batterie. L'une des extrémités du lil ou du multiplicateur fui mise ensuite en communication avec la surface extérieure de la batterie et le long conducteur; l'autre extrémité fut jointe à la surface intérieure au moyen d'une tige de décharge, par l'intermédiaire d'un cordon enroulé de t'",;m de long. La batterie ayant ete chargée positivement, on

Et ÉLKCTH0-1MGNÉT.IBIIB. 171

la déchargea avec la tige, de manière que le courant traversât le multiplicateur; l'aiguille fut aussitôt déviée.

Pendant que l'aiguille oscillait, on chargeait rapidement la Laiterie, et, lorsque l'oscillation recommençait, on faisait passer do nouveau la décharge au travers ; en répétant plusieurs fois colle action, les oscillations passèrent M° degrés. L'effet produit ne variait ni dans sa direction , ni dans son degré, lorsqu'on se servait d'un cordon court et épais , ou même de quatre cordons épais, au lieu du fil mince et long. Avec un multiplicateur très-sensible, l'aiguille éprouvait une secousse après chaque décharge.

Les déviations eurent lieu dans le même sens que si un courant élc-trique eut passé à travers le galvanomètre , c'est-à-dire de même que si la surface de la batterie chargée positivement eut été remplacée par le pôle positif de l'appareil vol talque et la surface négative par le pôle négatif.

Lu batterie ayant filé mise de côté, l'on établit ensuite la rom-

liiuriM.il ■!• ininnr.- - |. ■ I. - 1 - : .. I..-.- |

premier conducteur dans la tige de décharge, puis à travers le cordon humide, le fil du multiplicateur, et enfin dans le conducteur qui le dispersait. Ou pouvait arrêter ce courant quelques moments en enlevant In baguette de décharge et en arrêtant la machine. L'aiguille fut disposée de telle sorte, que lorsque les oscillations avaient peu d'étendue , il lui fallait 25 battements d'une montre pour effectuer une oscillation.

Le courant venant de la machine traversa le fil du multiplicateur pendant 25 battements, ensuite il fut Interrompu pendant 25 autres battements, renouvelé pendant 35 battements, et ainsi de suito. [.'aiguille comme ne ii bientôt à osciller, cl l'amplitude de l'oscillation alla jusqu'à 40".

En substituant au cordon mouillé un fil de cuivre, les effets furent tout à fait les mémos. Au lieu de faire passer l'électricité à travers la sphère avec bi tige do décharge, qui était mise eu contact avec le conducteur,, nu lixu quatre pointes sur la baguette; quand vn faisait passer le courant, elles étaient suspendues à environ :\'J centimètres loin du conducteur; dans ce cas, l'aiguille éluil fortement déviée, et les résultats s'accordaient parfaitemeul avec les premiers.

Ces expériences prouvent bien que l'on peut obtenir une déviation continue de l'aiguille aimantée dans le mulliplicateur avec la machine électrique ordinaire, pourvu que l'on donne le letnps à