CHAPITRE IL

Action des courants électriques sur l'aiguille aimantée, Multiplicateurs, boussoles et galvanomètres.

Action des courants sur laiquille aimantée. Lorsque les fils métalliques sont parcourus par un courant électrique, ils jouissent de la faculté d'agir sur une aiguille aimantée placée à distance. Oersted découvrit en 1820 cette propriété remarquable qui fut le point de départ de l’électro-magnétisme et de toutes les applications de cette partie de l'électricité aux arts et à l’industrie. Nous n’en parlerons ici que pour arriver à décrire les multiplicateurs et les galvanomètres, dont on a besoin pour étudier le dégagement de Vélectricité.

Voici dans quelles conditions on observe l’action réciproque des courants électriques et des aimants. Supposons un fil de cuivre AB

Fig. 34. placé au-dessus d’une ai-

- guille aimantée ab et dans

+ >; sa direction. Si ce fil joint les deux extrémités d’une pile, il est parcouru par un courant électrique , et aus-

sitôt le pôle nord de l'aiguille, suivant le sens du courant, est chassé à droite ou à gauche du fil, et Paiguille tend à se mettre en croix avec ce dernier. Si Paiguille est au-dessus du fil en ab”, le pôle nord est chassé dans une position opposée: Vient-on à placer l’aiguille à droite ou à gauche du fil sur le même plan horizontal que lui, elle s'incline dans un sens ou dans un autre. Si, l'aiguille étant dans un position fixe, on fait passer successivement le courant électrique dans les deux sens, alors l'aiguille se dévie chaque fois dans une direction opposée.

Ampère a donné un moyen facile de se souvenir du sens dans lequel l'aiguille est déviée. Supposons, dit-il, une personne couchée sur le fil conducteur AB de manière que l'électricité positive lui entre par les pieds, et la négative par la tête ; supposons en

outre que cette personne, placée en face de l'aiguille parallèle au fil, la regarde ; le pôle austral (sud) de laiguille sera toujours rejeté à sa gauche.

Nous ne faisons que citer le fait découvert par Oersted, sans indiquer comment varie l’action avec la distance et quelles sont les conséquences qu’on peut en déduire; ce sujet sera traité dans le tome Ill. Pour l'instant, nous ne considérons que le fait fondamental conduisant à la construction des galvanomètres.

Multiplicateurs. Nous avons supposé le fil longitudinal ; mais, si on le ploie en rectangle ABCD (fig. 35), et que l'aiguille ab soit Fig. 35. suspendue dans son intérieur, il est facile de voir que les quatre côtés du rectangle agissent sur l’aiguille de manière à la # faire dévier dans le même sens et que par

conséquent leur action s’ajoute. En effet,

pour les deux côtés AB, CD, le fil est & bien dans le premier cas au-dessus de l'aiguille ; et dans le second au-dessous; mais, comme les courants sont en sens inverse à cause de la manière dont le fil est ployé, l'aiguille est chassée dans le même sens. Quant aux côtés BC AD, ilen est de même: en appliquant la règle d'Ampère, on voit facilement que les actions s’ajoutent. Ainsi une aiguille placée au milieu d’un fil ABCD ployé en rectangle est déviée beaucoup plus vivement que si un seul côté du rectangle agissait; quant à laiguille a! b' placée au-dessus et représentée sur la figure, nous en parlerons plus loin à propos du galvanomètre.

Si autour d’un cadre en bois rectangulaire on enroule un fil conducteur de manière à lui faire faire vingt, trente, quarante circonvolutions, en ayant soin d'isoler les différentes parties du fil, alors un courant électrique circulant dans le fil agira sur une aiguille aimantée placée au milieu du cadre, vingt, trente, quarante fois plus vivement. Il est donc facile de comprendre comment un courant électrique circulant dans un fil longitudinal et qui serait incapable d’agir sur une aiguille aimantée, peut donner une action appréciable quand elle se trouve multipliée par le nombre de circonvolutions formées par le fil replié sur lui-même. Pour isoler les diverses parties du fil, on le recouvre de soie où de coton, et, quand on veut un isolement plus parfait, on l’enduit ensuite de vernis à la gomme laque, ou de guttapercha si son diamètre est un peu fort.

On conçoit également qu’en employant un fil conducteur cireu-

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laire, au lieu d’un fil rectangulaire, chaque partie agira dans le même sens sur une aiguille suspendue au centre, et que dès lors un instrument dans lequel le fil sera enroulé suivant des circonférences, au lieu de l'être suivant des rectangles, donnera des résultats analogues,

Le multiplicateur a été construit d’après le principe que nous venons d'indiquer par Schweiger; depuis il a été modifié suivant les expériences que l’on a eu en vue, et a même reçu de grands perfectionnements. On a donné le nom de boussoles aux appareils destinés à accuser et à mesurer l'action de courants électriques assez énergiques , et celui de galvanoscopes ou plutôt de galvanomètres à ceux qui servent à indiquer l'existence de courants électriques beaucoup plus faibles et à mesurer leur intensité. Nous parlerons en premier lieu des appareils destinés à la mesure des courants électriques d’une certaine intensité, et ensuite de ceux qui sont destinés à l'étude de faibles courants.

Si l’on a seulement pour but de s'assurer qu'un courant électrique d’une certaine intensité traverse un circuit, on peut se servir d’une aiguille aimantée portée sur un pivot, ou même d’une petite boussole que l’on place sur un ruban de cuivre faisant partie du circuit, et de façon que l'aiguille soit parallèle au conducteur.

Quand on a besoin d’un appareil accusant des courants moins énergiques, on forme alors un multiplicateur en enroulant un fil entouré de soie autour d’un cadre en bois, et de façon à faire trente ou quarante révolutions. On suspend au milieu du cadre, à l’aide d’un fil de soie une aiguille aimantée; à cet effet, une ouverture longitudinale ménagée à la partie supérieure permet l'introduction de l'aiguille. On adapte au-dessus de l'aiguille une autre aiguille en cuivre ou en bois, qui indique sur un cadran divisé la plus où moins grande déviation de laiguille aimantée.

On a construit également des petites boussoles connues sous le nom de galvanomètres de poche, dans lesquelles l'aiguille placée au milieu du cadre est suspendue sur un pivot; leur sensibilité est plus grande quand on leur applique le principe des aiguilles astatiques, dont il sera question plus loin,

Balance de torsion, On peut, à l'aide du principe de la torsion, construire un instrument très-précis qui donne la mesure de l’mtensité d’un courant électrique, et dont on a fait usage dans un grand nombre de recherches. Il consiste en un multiplicateur dans

lequel on substitue un fil de torsion, en argent ou en laiton non recuit, au fil de soie auquel est suspendue l’aiguille aimantée, et l’on mesure par la torsion sur un tambour disposé à cet effet, comme on l’a dit à propos de la balance de torsion (voir page 10), de combien de degrés il faut tordre le fil métallique pour ramener toujours l'aiguille au zéro de la division du cercle du multiplicateur, ou à sa position première. L'angle de torsion donnera donc immédiatement une quantité proportionnelle à l'intensité du courant électrique, laquelle pourra lui servir de mesure.

La plupart du temps on a recours à la boussole des sinus et à la boussole des tangentes, qui permettent d'évaluer rapidement Pintensité des courants électriques.

Boussole des sinus. La boussole des sinus, dont le principe a été indiqué en 4824 par M. de la Rive |‘), a recu de M. Pouillet la forme sous laquelle elle est adoptée aujourd'hui. Elle se compose d’un cadre ou dun cercle CD formé d’une bande de cuivre rouge vers le milieu duquel, dans Pintérieur, se trouve une aiguille aimantée à chappe d’agate et qui se meut sur un pivot d'acier très-fin. Ce cercle est placé sur une alidade AB se mouvant sur un cercle divisé MN , de telle sorte que le pivot de laiguille se trouve toujours dans l’axe de rotation. Un système de niveaux et des vis calantes permettent de placer le cercle MN parfaitement horizontal; l’alidade portant un vernier, on peut facilement estimer sa position à une minute près. Les deux extrémités de la bande de cuivre CD, isolées à la base par un morceau d'ivoire, sont disposées de manière à être mises en communication avec la source d'électricité.

Le cercle CD doit être placé dans le méridien magnétique. Quand l'aiguille aimantée est déviée d’un certain nombre de degrés, on fait mouvoir le cercle CDau moyen de l’alidade AB quivest fixée, de manière à le ramener dans le plan de Paiguillé; on y parvient à Vaide de lunettes qui permettent de viser sur les extrémités d’une

{*) Mémoires de La Société de physique de Genève; L. TT, p. 117.

aiguille en cuivre fixée à angle droit sur Paiguille aïmantée. Dans ce cas l'intensité du courant électrique est proportionnelle au sinus de l’angle mesuré sur le cercle MN par le mouvement de lalidade (*). Au lieu d’un circuit simple, c’est-à-dire d’une seule bande

(*) Soit NOD le plan horizontal du cercle divisé sur lequel on mesure la déviation d’une aiguille aimantée AG. Supposons le plan du cercle, contenant le fil parcouru par le courant, perpendiculaire au plan horizontal et passant d’abord par MN, qui est la direction du méridien magnétique. L’aiguille AG, qui était d’abord dans le plan MN, est chassée par l’action du courant en G'A', jusqu’à ce que la force répulsive due à l’action du courant soit égale à l’action magnétique de la terre qui tend à ramener l’aiguille dans le méridien magnétique MN.

Examinons ce qui se passe à l’un des pôles de l'aiguille; l’action à l’autre pôle est égale et contraire, et il suffit de doubler l'effet calculé comme on va l'indiquer pour avoir l'effet total. Or, l’action de la terre s’exerçant suivant une ligne A'T parallèle à MN, se décompose en deux d’après le parallélogramme des forces : la première composante A’D située dans la direction O4’, es détruite par la résistance du pivot; la deuxième composanie A'B a seule une action pour solliciter l'aiguille à revenir dans le méridien magnétique. Or, en nommant « l'angle AOA', on a pour la composante A'B

A'B— A'T cos. BA'T — A!T sin. «.

Fig. 38.

Si donc on fait tourner le plan du cercle de cuivre MN autour duquel se trouve enroulé le fil conducteur de façon à l’amener dans le même plan que l'aiguille G'A’, l’action exercée de la part du fil parcouru par le courant sur l'aiguille sera dirigée suivant A/C perpendiculairement au plan G'4', d’après l'expérience d’Oersted ; pour que l'équilibre ait lieu, il faut que l’on ait A'C — AB, ou bien A'G— AT sin. &. Ainsi, dans une série d'expériences , la longueur du fil conducteur restant la même et la puissance magnétique de l'aiguille ne variant pas, l'intensité du courant est proportionnelle au sinus de l’angie parcouru par le plan du cadre MN sur le cercle divisé horizontal. Tel est le principe de la boussole des sinus.

Quant à la boussole des tangentes, décrite plus loin, voici le principe sur lequel elle repose. Si le plan du cadre contenant le fil conducteur reste en MN dans le méridien magnétique, la force émanée du fil parcouru par le courant sera dirigée suivant la ligne A’F perpendiculaire à MN. Cette force se décompose en deux : la composante dirigée dans le sens de A'D est détruite par la résistance du pivot; celle qui est dirigée suivant la tangente A!C est égale à A'F cos. «: Pour qu’il y ait équilibre, il est nécessaire que A'B — A'C. On a alors

AT sin. æ— A'F cos. «, ou bien A'F — A!T tang. «.

Dans ce cas, l'intensité du courant est proportionnelle à la tangente de la dévia-

de cuivre, on peut opérer avec ur circuit multiple dans le cas où l’on veut donner plus de sensibilité à Pappareil ; on entoure alors le cercle de cuivre CD, qui est à gorge, d’un fil de cuivre recouvert de soie faisant une ou plusieurs circonvolutions, suivant l'intensité du courant à mesurer ; on applique donc ici à l'instrument le principe du multiplicateur. On a supposé que l'aiguille aimantée était supportée par un pivot, mais pour des recherches précises, il est préférable d’y substituer par un autre mode de suspension une aiguille fixée à un fil de soie et supportée dans l’appareil , comme l'indique la boussole des tangentes représentée figure 37. Les moindres variations dans Pintensité du courant peuvent ainsi être rendues manifestes, ce qui n’a pas lieu quand laiguille est placée sur un pivot; cet appareil d'un emploi facile est alors d’une grande exactitude.

tion de l’aiguille. Mais il est une condilion essentielle à remplir: l'action terrestre s'exerce bien de la même manière, quelle que soit la position de l'aiguille ; ainsi A'T peut être considérée comme constante dans la formule précédente; Mais A!F n’est proportionnelle à l'intensité du courant qu’autant que la distance des pôles de aiguille au fil conductenr est constante dans toutes les positions. 11 est donc nécessaire que l'aiguille GA soit aussi courte que possible, et que le cercle MN soit très-grand.

Aïnsi, dans la boussole des tangentes, la condition indispensable pour que les intensités soient proportionnelles aux tangentes de déviation serait que la longueur de l’aiguille fût infiniment petite. On ne peut pas atteindre cette limite.

D’après M. Despretz, qui a comparé avec soin les intensités des courants et les tangentes des déviations, dans une boussole des tangentes, dont le cercle des cou rants est d’un mètre, et l'aiguille est de trente mill. de, longueur, les tangentes des déviations sont sensiblement proportionnelles aux intensités des courants électriques. Quand on emploie des boussoles dont les aiguilles sont plus longues, les intensités ne sont plus exactement proportionnellement aux tangentes des déviations , et alors on peut employer la formule

i= (14.39?) tang. « — sin. 2x,

i étant l'intensité du courant, « la déviation, 8 le rapport entre la demi-distance des pôles de l'aiguille et le rayon du cercle du courant.

M. Gaugain a reconnu qu’en plaçant le centre de Paiguille aimantée excentriquement par rapport au cercle vertical, on pouvait avoir des déviations dont les tangentes étaient proportionnelles à l'intensité du courant.M. Bravais, qui s’est occupé de cette:question, a rendu compte du phénomène, par le calcul de l’action magnétique exercée par un courant circulaire sur l'aiguille aimantée, et en a déduit toute les circonstances des expériences.

Boussole de tangentes. La boussole des tangentes (fig. 37) se

Fig. 37. - compose d’un grand cercle CD en cuivre rouge, dont le diamètre varie entre trois décimètres et un mètre; on fait passer le courant par le cercle lui-même ou par un fil enroulé autour de lui, comme avec l’appareil précédent. Ce cercle doit être parfaitement vertical, et on l’amène dans le méridien magnétique. L’aiguille doit être très-petite, et avoir le même centre que celui du cercle du courant; elle peut reposer sur un ‘pivot en acier, mais il est préférable, comme le représente la figure, de la suspendre à l’aide d’un fil de cocon; une tige de cuivre mince qui lui est perpendiculaire, et qui est placée dans le même plan horizontal , sert à indiquer les déviations sur le cercle divisé MN. Un cercle en cuivre horizontal PQ permet d'utiliser aussi l'appareil comme boussole des sinus.

Dans cet instrument, les tangentes des déviations indiquées par l'aiguille ne sont proportionnelles aux intensités des courants électriques que dans cas où l'aiguille est infiniment petite par rapport au diamètre du cercle CD (voir la note précédente, relative aux boussoles des sinus et des tangentes). Comme on ne peut atteindre cette limite , il faut prendre le cercle un peu grand et l'aiguille fort petite; dans le cas contraire, on peut avoir recours à une formule plus compliquée, ainsi que l’a fait voir M. Despretz. On a bien proposé de remédier à ce défaut de proportionnalité des intensités aux tangentes des déviations, à l’aide de dispositions particulières (Poggendorf, Weber, Lenz, Péclet, Gaugain, Bravais), mais on peut se servir de l’appareil indiqué plus haut, en se conformant aux indications précédentes.

Magnétomètre. L'appareil construit par M. Weber et avec lequel on ne mesure que de très-petités déviations, donne également avec précision l'intensité des courants électriques. Il est formé comme il suit : à un fil f de soïe sans torsion, long de soixante centimètres environ , se trouve suspendu un système composé d’un petit miroir de glace étamée à faces parallèles M, lié invariablement aux fourchettes FF’; celles-ci sont terminées par deux crochets. qui reçoivent les tourillons d’une barre {/', fixée perpendieulairement et

PHÉNOMÈNES GÉNÉRAUX, 71 Figeta7ise par le milieu, à un fort barreau aimanté AA de dix centimètres de longueur et de quinze millimètres environ de diamètre. Par cette disposition , l'axe du barreau se trouve. perpendiculaire au plan du miroir qu'il entraîne dans tous ses mouvements.

On place à une certaine distance une mire sur laquelle se

| F| : Br

| |A 5 trouvetracée une division en

V4 millimètres ; une lunette mu- LE «nie de fils croisés permet d’ob-

server par réflexion dans le miroir les divisions de la mire qui, à chaque mouvement du miroir, viennentse placer successivement dans l'axe optique de la lunette. On connaît d’ailleurs la distance dela mire Fau miroir, distance variable au gré de lobservateur et qu'il peut rendre plus ou moins grande suivant qu'il veut obtenir une approxima-