CHAPITRE PREMIER

$ 1. Application de l'électricité à la prodnction de la Inaltéré et de la ehalenr.

Les applications de l'électricité, longtemps réduites à quelques essais thérapeutiques et à des recherches purement scientiliiiiies eu chimie, ont pris depuis quinze à vingt ans un immense développement, et sont destinées probablement à s’étendre encore beaucoup. Nous les avons classées dans trois grandes divisions fondées, non sur leur propre nature, mais sur la nature des propriétés de l’électricité. Nous suivrons dans leur étude le même ordre que nous avons suivi dans l’examen des propriétés elles- mêmes qui ont fait l’objet de la 4* partie (2* volume). Ainsi, nous nous occuperons d’abord des applications fondées sur les propriétés physiques de l’électricité, savoir sur la faculté que possède l’électricité en mouvement de produire de la lumière et de la chaleur, et d’exercer une action électro-magnétique. Puis viendront les applications chimiques dans lesquelles c’est la propriété du courant d’agir chimiquement sur le corps qu’il traverse, qui est mise à contfibutiou. Enfin nous terminerons par les applications physiologiques qui consistent à utiliser pour l’art de guérir les effets physiologiques si remarquables que peut produire l’électricité.

Nous commencerons, dans ce premier chapitre, consacré aux applications physiques, parcelle qui a pour objet la production de la lumière et de la chaleur.

APPLICATIONS PnYSlQlES. 309

Nous avons tu que l’élcclricilé en mouvement peut produire beaucoup de chaleur et beaucoup de lumière; nous avons analysé les lois de celle production en même temps que nous avons étudié les propriétés particulières de celle lumière cl de celle chaleur. Nous avons décrit un appareil destiné à donner plus de fixité qu'elle n’en a naturellement à la lumière qui jaillit entre deux pointes de charbon communiquant respeelivemenl avec les deux piMes d'une pile Cet appareil est celui de M. Jules Duboscq; mais il est juste de reconnaître que la première idée de ces appareils appartient à MM. Slaite et Pétrie, qui en ont construit, en 1848, à peu près en même temps que M. Foucault en construisait de son côté en France. Ce n’est qu'après ces premiers essais que MM. Breton frères, M. Duboscq, M. Martin de Bretle et M, Liais ont successivement imaginé aussi des appareils fondés sur le même principe, mais avec quelques modifications dans les détails.

Le plus simple de ces appareils est celui de M. Staite, surtout depuis les modifications que lui a apportées M. .\rchereau. Deux colonnes ou tiges métalliques, auxquelles on peut donner les formes que l’on veut, sont unies entre elles par trois traverses, de manière à former un ensemble solide; l’une de ces traverses est métallique, c’est celle qui occupe la partie supérieure de l’appareil; les autres doivent être en bois. Ces dernières servent de supports et de points d’attache à une longue bobine placée parallèlement entre les deux colonnes, et qui doit être faite d’un fil assez gros pour que le courant, en la traversant sans la fondre, puisse agir sur une tige de fer doux placée à l’intérieur de la bobine. Celle tige de fer est soudée à une tige de cuivre de même calibre et de même longueur, portant à son extrémité libre une petite poulie. Du côté opposé le fer porte un petit tube de cuivre, avec vis de pression, dans lequel On introduit l’un des charbons, lorsque la tige entière a été placée dans l’intérieur de la bobine. Alors, une corde, fixée à la traverse inférieure, et s’enroulant sur une poulie d’un grand diamètre, peut servir de support à la lige mobile de fer, en s’enga-

Di--

• \ojtt tom« tl, pige }C1, ligure 220.

310 APPLICATIONS DE l'ÊLECTRICITÉ.

gciinl dans la gorge de la petite poulie. Il suffit pour cela qu'un contre-poids, placé au bout de la corde, soit susceptible de lui faire équilibre.

La traverse métallique, qui occupe la partie supérieure de l’appareil, porte un petit tube de cuivre qui descend perpendiculairement en face du charbon que porte la tige électro-aimant, et dans laquelle on introduit également un crayon de charbon. Au moyen d'un ajustement très-simple, ce tube peut d’ailleurs être réglé facilement, tant pour sa hauteur que pour sa direction, et, par conséquent, les deux charbons peuvent être placés très-exactement l’un au-dessus de l’autre.

Ainsi disposé, l’appareil peut fonctionner, piais il est important de le régler, et, surtout, de bien équilibrer la tige mobile. Cela étant fait, il suffit de mettre en rapport une des deux colonnes métalliques de l’appareil avec l'un des pôles de la pile, et de faire aboutir l’autre pôle au fil de cuivre de la bobine jdont un bout est soudé sur son canon). Le courant passe alors de la bobine au charbon inférieur par la tige elle-même qui le supporte, et, franchissant l’intervalle séparant les deux charbons, il arrive à l’autre pôle de la pile par la traverse supérieure de l’appareil et la colonne métallique à laquelle est attaché l’un des fils conducteurs.

Tant que le courant passe et produit la lumière, la bobine réagit sur le fer de la tige électro-aimant, qui porte le charbon inférieur, et l’attire en raison de la réaction magnétique qu’exercent les solénoldes sur un fer mobile à leur intérieur. C’est ce qui donne aux charbons Vécarl svjisanl pour l’ellet lumineux. Mais, aussitôt que le courant cesse de passer, ou s’affaiblit par suite de l’usure des charbons, celte attraction cesse, et le charbon mobile, sollicité par le contre-poids, se trouve entraîné et soulevé jusqu’à ce que le courant passe de nouveau, alors l'équilibre se trouve établi entre les deux forces, et les charbons peuvent s’user de nouveau, .\insi, à mesure que la lumière tend à décroître, le contre-poids réagit, et c’est ce qui maintient toujours égale l’inlensilé de la lumière.

Plusieurs précautions néanmoins doivent être prises quand on veut que l’appareil marche très-régulièremcut. Il faut d’a-

APPLICATI0;«8 PHYSIQUES. 3i 1

bord placer les charbons à une hauteur qui dépend de l'intensité de la pile dont on doit se servir. Si la pile est très-forte, les charbons doivent être placés un peu haut, car l'attraction des soléuüldes augmente, du moins jusqu'à moitié de leur longueur, à mesure que le fer s'y enfonce. Au contraire, et par la même raison, les charbons doivent être placés plus bas si la pile est faible. D’un autre cftté, comme la pile elle-même s’affaiblit, on doit avoir soin d'alléger de temps eu temps le contrepoids, afin de maintenir l'éipiilibre; c'est pourquoi on emploie dans ce cas, comme contre-poids, de la grenaille de plomb.

L'inconvénient de l’appareil précédent, qui a du reste l’avantage d’étre très-simple, et, par conséquent, moins susceptible de se déranger, est que le point lumineux se déplace à mesure que les charbous s’usent. Ur, il importe, dans beaucoup de circonstances, et particulièrement dans l’application de la lumière électrique aux expériences d’optique, que ce point lumineux reste fixe ; couditiou d’autant plus difficile à remplir que les charbons s'usent inégalement. C’est à des moyens mécaniques qu'il faut avoir recours pour obtenir le résultat désiré. Ces moyens sont tous fondéis sur l’emploi d’un rouage d’horlogerie mil par des ressorts ou par des poids, qui donne aux charlions le mouvement nécessaire pour les rapprocher l’un de l’autre, dès qu’à cause de leur trop grand écartement, le courant, ne ]tassaut plus, la lumière cesse d’être produite. Or, l’appareil est combiné de façon que ce même courant traverse le fil qui entoure un électro-aimant, dont l’énergie varie avec l’intensité du courant; cet électro-aimant agit sur un fer doux, sollicité d'autre part à s’en éloigner par un ressort antagoniste. Sur ce fer doux mobile est montée la détente qui enraye le rouage ou le laisse défiler à propos; et le sens du mouvement de la détente est telqu'elle presse sur le rouage quand le courant se renforce, et qu'elle le délivre quand le courant s’atfaiblit. Or, comme précisément le courant se renforce ou s'aUaiblit quand la distance entre les charbons diminue ou augmente, ou comprend que les charbons acquièrent la propriété de se rapprocher au moment même où leur distance vient à s'accrottre, et que ce rapprochement ne peut aller jusqu'au contact, parce que l'ai-

J12 APPLICATIONS DE l'ÉLECTRICITÉ.

mantatioo croissante ({ni en résulte leur oppose bientôt un obstacle insurmontable, lequel disparaît de lui-même aussitôt que la distance inlerpolaire s’est accrue de nouveau. Le rapprochement des charbons est donc intermittent; mais quand l’appareil est bien réglé, les périodes de repos et d’avancement se succèdent assez rapidement pour qu’elles équivalent à un mouvement de progression continu.

L’appareil que nous venons de décrire est celui de M. Foucault; celui de MM. Breton n’en diffère qu’eu ce qu’au lieu de ressorts pour rapprocher les charbons on s’est servi îles poids et contre-poids des bras métalliques qui les portent; et, qu’au lieu d’une détente à pression pour maintenir l’écartement, on a fait intervenir un encliquetage de roue à rochet dentée très-fin. Ce sont des leviers qui agissent sur les porte-charbons; et, par conséquent, c’est par la différence de leur longueur que s’opère l’inégalité dans la marche des deux charbons.

Dans l’appareil de .M. Duboscq, que nous avons déjà décrit dans la quatrième partie de ce Traité, le mécanisme, comme nous l’avons vu, est combiné de façon que le charbon positif soit animé d’un mouvement plus rapide que le négatif, pour satisfaire à l’usure plus grande qu’il éprouve de la part du courant. Ce mécanisme est assez compliqué; mais, cependant, en ayant soin de le régler convenablement dans chaque expérience, c’està-dire de donner aux ressorts antagonistes de la détente le degré de tension convenable, et à la poulie de diamètre variable, le diamètre voulu pour que le rapprochement des charbons soit le plus régulier possible, on réussit à obtenir une lumière d’une régularité et d'une fixité remarquables.

M. Martin de Brette a imaginé d’ajouter au régulateur de la lumière électrique un appareil amplificateur à rotation, qui ])ermei de projeter d’une manière continue, et dans toutes les directions, à plusieurs kilomètres de distance, une lumière excessivement brillante. Cet appareil renferme six lentilles de phare montées sur une roue en fonte, laquelle est ajustée sur un cadre aussi en fonte, mobile comme la roue elle-même. Au moyen d’un mécanisme particulier, un mouvement est imprimé d’abord au cadre, ensuite au système des lentilles, et ce double

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mouvement, convenablement calculé, suffit pour diriger un faisceau lumineux successivement dans différents points de l’espace, et les éclairer d’une manière continue. 11 suffit, pour cela, que les lentilles passent dix fois par seconde dans une même direction ; pour obtenir ce résultat, il faut que la roue qui porte les lentilles fasse environ deux tours par seconde, tandis que le cadre qui la porte en accomplit cinq. Quant au régulateur lui-méme, qu’emploie .M. Martin de Brette, il diffère •

des autres en quelques points peu importants sur lesquels il est inutile de nous arrêter.

Nous nous bornerons encore à signaler le système d’éclairage électrique proposé par M. Liais, dans lequel, pour obtenir une lumière plus régulière et surtout moins saccadée, le régulateur agirait d’une manière constante et indépendante des charbons.

Un commutateur mu, soit par un moteur électrique, soit par un mouvement d’horlogerie, serait appliqué à l’appareil afin de rendre, en renversant à des intervalles très-rapprochés le sens du courant, l’usure des charbons aussi égale que possible; puis ce même cominutaleur conduirait le courant alternativement dans un double système de charbons, qui composerait le foyer lumineux. Il en résulterait que pendant le temps du changement du courant , les charbons pourraient être sans cesse rapprochés au contact, puis écartés d’une quantité constante par le mécanisme moteur, et cette quantité pourrait être réglée suivant l’intensité de la pile que l’on voudrait employer. Enfin l’ensemble de l’appareil serait animé d’un mouvement de rotation rapide pour dissimuler le passage du courant de l’un à l’autre système de charbons. M. Liais propose encore de placer les charbons eux-mêmes dans un globe de verre rempli d’un gaz impropre à la combustion, afin d’en rendre l’usure moins prompte ; procédé que j’avais déjà indiqué en 1846 à l’occasion de l’annonce que j’avais faite d’un appareil propre à l’éclairage des mines.

La lumière électrique, quoique supérieure à toutes les autres lumières artificielles par son éclat et son rayonnement, qui lui donnent l'apparence de la lumière solaire, a uu effet bleuâtre assez désagréable à l’œil qu’on peut rendre rosé, il est vrai, eu

employant pour construire les pointes entre lesquelles l'arc électrique doit jaillir des charbons de bois de bourden. Toutefois cette lumière serait trop éblouissante et trop peu favorable aux objets éclairés pour être employée avec avantage pour l'éclairage ordinaire, lors même que son prix de revient ne la ferait pas repousser. Elle n'est donc utile que dans des cas exceptionnels. Ainsi ou peut s'en servir avec avantage pour l'éclairage des phares, pour se procurer une lumière arliiicielle destinée, à défaut de la lumière solaire, à reproduire de manière qu'elles soient visibles pour plusieurs personnes à la fois, les principales expériences d'optique, comme le fait avec le plus grand succès .M. Duboseq. M. Foucault avait déjà, conjointement avec M. Donné, employé cette lumière à éclairer plusieurs microscopes destinés à des démonstrations dans un cours public. Un s'en sert encore avec succès pour l'éclairage des travaux de nuit dans les grandes entreprises de terrassements ou de maçonnerie, et pour les ell’ets de décor dans les représentations théâtrales. Au moyeu do iils de cuivre recouverts de gutta-pereba, on peut conduire le courant dans l'eau jusqu'à de grandes profondeurs, et produire un éclairage applicable à des travaux sous-marins, principalement quand il s'agit d'explorations au fond de la mer ou de sauvetage d'objets submergés. Les pointes de charbon peuvent être renfermées dans un ballon de verre à l'abri du contact de l'eau, ou être plongées dans l'eau elle-même, car, comme nous l'avons vu, la lumière électrique jaillit même dans ce cas, entre les deux pointes; seulement l'arc est moins long. Un a proposé dernièrement de se servir de ce mode d'éclairage pour porter dans l'eau une lumière destinée à la pèche des poissons.

Mais de toutes les applications de 1a lumière électrique, celle qui présente le plus d'intérêt est l’éclairage des mines. Tout le monde sait le danger que courent les mineurs par l’elfet du feu grisou, c'est-à-dire de l'explosion qui a lieu quand un jet do gaz hydrogène carboné venant à se faire jour à travers les différentes couches, rencontre la ilamine des lampes qui éclairent les galeries do la mine. Ur, comme lu lumière électrique n'a point besoin d'oxygène ni d'aueun gaz pour se pixaluire, puis-

APPLICATIONS PmrSIQCES. 315

qu’elle a lieu sans combustion, on peut renfermer les pointes de charbon dans un globe hermétiquement clos, et alors il n'y a plus à craindre le moindre danger, le foyer lumineiu étant complètement isolé de l’air extérieur. La première idée de cette application appartient àj M. Louyet et à M. Uoussiiigaull; ce dernier physicien l’a fait connaître à la suite de quebjues recherches sur la lampç de Davy, où il montre que la sécurité <(ue présente cette lampe, quoique très-grande, n'est pas absolue, puisqu'un courant de gaz hydrogène animé d’une certaine vitesse, et probablement d’autres causes encore indéterminées, peuvent anéantir momentanément l'efûcacité de l'enveloppe protectrice, et faire naître des accidents que l'on est peut-être trop disposé à attribuer, dans toutes les circonstances, à l'imprudence des ouvriers ou à l'imperfection des appareils. M. lloussingault propose une pile fixe, munie de longs conducteurs qui permettent de porter le courant, et par conséiiuent la lumière qu’il dégage, partout où l'on eu a besoin. J'avais, en même temps que M. Boussingault, songé à la même application, et j’avais proposé d'adapter à un ballon hermétiquement fermé, dans lequel se trouvent les deux poiutes de charbon disposées et préparées convenablement, une petite pile portative, mais très-forte (amalgame de potassium, et platine avec acide sulfuri((ue étendu, et chlorure de platine), dont les deux pùles sont respectivement mis eu communication, au moyeu de fortes tiges de cuivre scellées au hallon, avec les charbons intérieurs. M. Grove a objecté à cette disposition la difliculté de sceller le récipient dans lequel lu lumière électrique est dégagée, assez hermétiquement, pour que, sous l'influence de la haute température qui s'y développe, il ne s’établis.se aucune communication avec l'air extérieur. Aussi propose-l-il de substituer à la lumière des poiutes de charbon, celle qui provient d’un ül.de platine tourné eu hélice et rendu incandescent par le passage d’un courant voltaïque. Le lil est placé au-dessus de l’eau, dans l'intérieur d’un tuhe de verre. La forme en hélice présente l’avantage qu’en diminuant les causes de refroidissement, elle permet à la même batterie voltaïque de tenir eu ignitiou un Ul beaucoup plus long ; il eu résulte uou-seulemeul un accrois-

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316 APPLICATIONS DE l’ÉLECTRICITÉ.

semeal de lumière, mais une diminution dans la dépense de la batterie à cause de l'augmentation de la résistance. L’accroissement dans riulensité de la chaleur, en augmentant la résistance, diminue également la consommation des matériaux de la pile, de sorte que, contrairement à ce qui se passe ordinairement, l’augmentation de dépense diminue avec l’accroissement de l’ciretquiest produit, du moins dans une certaine limite.

M. Grove a voulu se faire une idée exacte de cette dépense; dans ce but, il a introduit un voltamètre dans le circuit, sachant qu’à un équivalent d’hydrogène recueilli dans le voltamètre correspond la consommation d'un équivalent de zinc, d’un équivalent d’acide sulfurique, et de { d’équivalent d’acide nitrique. En tenant compte de l’étal d’hydratation des acides, on trouve que les frais d’une batterie de cinquante couples, à acide nitrique et platine, de huit pouces carrés de surface, se monteraient à 4 schellings, soit 5 francs par heure, pour produire une lumière dont l’intensité serait à celle d’une bougie, comme 1444 ; 1. Les frais de la lumière électrique seraient donc peu considérables, eu égard à son intensité; toutefois, M. Grove estime que c’est surtout pour l’éclairage des pbares qu’elle peut être employée avec avantage.

La chaleur qui se dégage dans un conducteur qui, tout en transmettant un courant, présente quelque résistance à son passage, a trouvé également des applications importantes. Ce mode de production de la chaleur présente, en effet, un caractère particulier qui permet son emploi dans beaucoup de cas où les autres modes ne seraient pas applicables. Ce caractère, c’est que la chaleur peut être transportée à une distance aussi grande que l’on veut de la source qui la produit, pour n'agir que sur un point déterminé sans se manifester le moins du monde entre ce point et le lieu de son origine. C’est particulièrement à l’art de faire sauter les mines qu’on a appliqué avec succès la propriété que possède le courant électrique de rendre incandescent un fil de métal qu’il traverse. M. Hare est le premier qui ail eu celle idée, mais c’est M. Roberts qui a imagine le procédé le plus simple pour la réaliser.

Alin de ne pas être appelé à refaire un nouvel appareil pour

APPLICATIONS PHTSIQCES.

chaque explosion, M. Roberts a iuvenlé des cartouches qu’on peut construire d’avance. On se procure dans ce but deux fils de cuivre de 2 à 3 millimètres de diamèlre , et de 3 mètres de longueur environ, bien recouverts de soie ou de coton goudronné , alin que leur isolement soit très-bon. On les tord ensemble (fig. 363) sur une longueur de 16 centimètres en ayant soin de laisser libres, en les écartant de 1 à 2 centimètres , leurs extrémités inférieures sur une longueur de 1 centimètre ^ environ, dont on enlève l’enveloppe isolante pour tendre entre elles un fil de fer fin, après avoir eu soin de les bien décaper. Les extrémités supérieures des deux fils de cuivre sont également écartées pour pouvoir être mises respectivement en communication avec les conducteurs qui aboutissent aux pèles d'une pile. Le corps de la cartouche est un tube d'étain de 8 centimètres de longueur et de 2 de diamètre, dont les soudures sont très-bien faites afin qu'il soit parfaitement imperméable à l’eau '. On introduit le système des fils de cuivre dans le tube, en les fixant au moyen d'une tige qu’il traverse à une hauteur telle que le fil fin de fer se trouve au milieu du tube d’étain, disposé de façon que les bouts Ju fil de cuivre ne touchent nulle part les parois du tube (fig. 364). On consolide le liège à l'extrémité supérieure du tube avec un bon ciment", puis on remplit le tube de poudre par son autre extrémité, qu’on bouche également par un liège qu’on cimente de la même manière. La figure 365 indique comment l’on place la cartouche dans le trou de cuivre après

Fig. 361.

‘ On pourrait également employer un tube de verre, n'était aa fragilité qui a fait préférer un tube d'étaln.

* M. Roberta recommande pour cette opération un ciment composé de une partie de cire d'abeilies et de deux parties de résine.

318 ARPL1CATI0:<S DE l’ÉLECTRtCITÉ.

en avoir chassé avec soin tonie la poussière et l’humiililé; il

faut avoir soin que la cartouche se trouve au milieu de la

charge de poudre qu'on a introduite dans le trou. Au-dessus de la poudre, on place un bouchon de paille ou de filasse, de manière à laisser entre la poudre et lui un petit espace rempli d’air, et par dessus le bouchon on verse du sable sec jusqu’à ce que le trou en soit rempli.

Puis on fait communiquer les deux extrémités des fils de cuivre qui sortent de la cartouche avec les pôles de la pile, au moyen de conducteurs assez longs pour qu’on soit à l’abri de tout danger provenant de l’explosion de la mine.

La méthode que nous venons de décrire présente l’avantage de pouvoir être employée à faire sauter des rochers ou autres objets sous l'eau, aussi bien que sous terre; seulement il faut dans ce cas pour construire des cartouches des bottes de tôle imperméable à l’eau, et pour conducteurs des fils de cuivre recouverts de gutla-percha.

M, Ruhmkorff, et après lui M. Verdu, ont essayé avec succès de substituer à l’incandescence d’un fil métallique l’étincelle d’induction pour déterminer l’inflammation de la poudre. Ce procédé, outre l’économie considérable qu’il présente, puisqu'au lieu de 15 à 20 couples de Bunzen, nécessaires pour faire rougir un fil, il n’en exige qu’un seul pour produire l’étincelle d’induction, a l’avantage d’être moins susceptible de dérangement. Seulement il a fallu imaginer un artifice pour déterminer l’inflammation de la poudre; il arrive en effet ([ue, lorsque, par reflet de la longueur des conducteurs qui aboutissent à la mine, le circuit présente une résistance trop forte, rélincclle d’induction peut passer à travers la poudre sans l'enflammer. M. Uubmkorff a eu l’heureuse idée de chercher un intermédiaire qui, plus facilement inflammable par l’étincelle, pût provoquer

APPLICATIONS PtlTSIQI ES. 319

rinflammation de la poudre dans toutes les conditions possibles. H l’a trouvé dans les fusées de Stateham, qu’on prépare en prenant deux bouts de fil de cuivre rouge recouverts de guttapercba ordinaire; on dégarnit de gutta-percha leurs extrémités; on les entortille (fig. 366), et on recourbe les bouts de manière à les faire entrer dans une enveloppe de gutta-percha vulcanisée (soufrée), que l’on a coupée et enlevée de dessus un fil de cuivre, qui en avait été recouvert depuis longtemps. On pratique sur cette enveloppe une échancrure a b, et, après avoir maintenu à deux ou trois millimètres l’une de l’autre les extrémités des fils de cuivre, on en recouvre les pointes de fulminate de mercure, afin de rendre l’inflammation de la poudre plus aisée. Ou remplit l’échancrure de poudre, et on enveloppe le tout avec un bout de tuyau de caoutchouc crf, ou bien on le place dans une cartouche remplie de poudre.

Dans les fusées de Stateham, c’est le sulfure de cuivre adhérent à la couche de gutta-percha vulcanisée qu’on enlève au fil de cuivre qu’elle recouvrait, qui, en s’enflammant sous l’action de l’étincelle d’induction, détermine l’explosion '. Mais il faut

' La défourerte de ces fusées est due A une circonstance accidentelle, qui •'est présentée dans les expériences faites A Londres, lors de Pessai du télégraphe soiis-tnarin de Douvres A Calais. Pour ces expériences le cAble sous-marin avait été mis A une profondeur considérable dans l'eau. Quand on fit l'essai des au, le constructeur, M. Sutcliam, amené A un examen minutieux de tout le cAble par une solution de continuité qu'il avait constatée ilans l'un des fils, aperçut, A son grand étonnement, des étincelles passer au traversée l'enveloppe de gutU-percha, et se succéder avec une grande rapidité. Après avoir examiné avec soin les diverses circonstances dans lesquelles le phénomène s'était produit, Il crut reconnaître que c’était la légère empreinte du fil de cuivre sur la guttapercha vulcanisée (soufrée), empreinte due A une couche de sulfure de cuivre, qui déterminait les étincelles qui accompagnaient la propagation du courant électrique, car les étincelles suivaient toujours cette empreinte. Il conçut dès lors l'idcc de construire sur ce principe des fusées pour les mines.

Fig. 366.

320 APPLICATIONS DE l'ÉLECTRICITÊ.

avoir soin, quand on a préparé la fusée comme nous l’avons indiqué, de l'essayer, afin de régler en conséquence l’étendue de la solution de continuité. Il peut se faire en effet que, tout en appartenant à 1a même enveloppe d’un fil de cuivre, la gaine de gutta-percha vulcanisée, dont on munit la fusée, soit plus ou moins imprégnée de sulfure de cuivre ; or, si le sulfure de cuivre est en trop grande quantité, il devient trop bon conducteur, et empêche l'étincelle de se produire; si, au contraire, il n’est pas en assez grande quantité, il ne facilite pas suffisamment la décharge.

Les premiers essais en grand de l’application du procédé que nous venons de décrire ont été faits avec l’appareil d’induction de Ruhmkorfl par le colonel espagnol Verdu, dans les ateliers de M. Ilerkman, fabricant de fils recouverts de gutta-percha à la Villette, près Paris. On a expérimenté successivement sur une longueur de fil de 400 mètres, de 600, de 1000, de 5000, et jusqu’à 26000, et le succès a toujours été complet, soit avec un circuit composé de deux fils, soit en remplaçant l’un des fils par la terre ; deux couples de Bunzen ordinaires étaient suffisants pour produire avec l’appareil de Uuhmkorff l’étiiicelled’induction. Depuis sespremières recherches avec M. Ruhmkorff, M. Verdu s'est livré à de nouvelles expériences en Espagne , et il s’est assuré , après beaucoup d'essais , que de toutes les substances explosibles, aucune n’était à beaucoup près aussi sensible que le fulminate de mercure; seulement pour éviter le danger qui résulte de la facilité d’explosion de ce composé, il a soin d’introduire l’extrémité des fusées dans un petit tube de gutta-percha fermé par le bout. Après avoir rempli de poudre cette espèce de' petite boite et l’avoir fermée hermétiquement, on peut transporter les fusées, les manier, les laisser tomber, les choquer même assez fortement sans danger. La nature élastique et corroyée de la gutta-percha qu’on a eu soin de ramollir un peu au feu, préserve le fulminate de toute chance d’accident. Ajoutons qu'avec un simple couple de Bunzen, et au moyen de l’appareil d’induction de Ruhmkorff, M. Verdu est parvenu à produire l’explosion simultanée de six fourneaux de mine interposés dans le même

circuit à 300 mètres de l’appareil; il n'a pas été au delà de cette limite; mais il a cherché le moyen d’agir indirectement sur un grand nombre de mines en les distribuant par groupes de cinq, et en interposant chacun de ces groupes dans un circuit particulier. On fait communiquer les fusées de chaque groupe par un seul fil dont l’une des extrémités s’enfonce dans le sol et dont l’autre est près de l’appareil. En touchant successivement l’appareil d’induction avec chacun des bouts libres que l’on tient à la main, ce qui exige à peine une seconde de temps s’il y a quatre fils, c’est-à-dire quatre groupes et par conséquent vingt mines, ou obtient vingt explosions simultanées à des distances considérables. 11 n’y a pas de limites ni à la distance à laquelle l’explosion peut avoir lieu, ni au nombre des mines qu’on peut faire sauter ainsi.

M. Dumoncel, afin d’obtenir plus de sécurité et un système immanquable dans ses efl'ets, préfère diviser les mines par groupes de deux, supprime la communication par le sol et emploie ainsi pour chaque groupe deux conducteurs au lieu d’un (ce qui n’augmente pas beaucoup la dépense puisque l’un des fils peut être commun à tous les circuits), et les met en rapport avec les trois ou quatre grandes mines qui doivent partir en même temps. Pour obtenir avec cette disposition la simultanéité d’explosion à travers ces différents circuits, M. Dumoncel emploie un commutateur à rotation construit au moyen d’une roue épaisse de gutta-percha dont la circonférence porte cinq plaques métalliques, séparées les unes des autres par un intervalle de 2 centimètres environ; sur cette circonférence appuie un frotteur qui, par l’intermédiaire d’un bouton d’attache et d’uu fil, communique avec celui des pôles de l’appareil de Iluhmkorff, qui fournit l’étincelle à distance. Les plaques elles-mêmes communiquent, par l’intermédiaire de lames métalliques placées sur les surfaces planes de la roue, à cinq ressorts frotteurs mis en relation par des boutons d’attache avec les cinq fils des circuits. M. Dumoncel a appliqué son procédé avec succès à l’explosion de mines monstres dans le port militaire de Cherbourg.

in. 21

APPLICATIONS t)E L ÉLTCtRICITÉ.

§ 3. *]l|»lle»4loli «le* l>r«|irié(ÿ( dit eonraaf à In

VvodMetlan d*«a tooteaP Mécabl^ap.

Nous ayons, dans notre premier yolume‘, élmlié avec soin la propriété que possède le courant électrique de développer dans le fer doux une aimantation dont la puissance n’a presque pas de limites. Nous avons également vu que la facilité avec laquelle le fer doux acquiert et perd sou magnétisme avec la cause qui le produit , et la rapidité avec laquelle le sens de ce magnétisme peut changer avec celui du courant qui le développe, peuvent donner naissance, au moyen d’appareils construits dans ce but, à un mouvement continu, soit de rotation, soit de va et vient. Plusieurs physiciens ont cherché à utiliser ce mouvement et se sont occupés de la construction de machines dont lo principe moteur serait l’aimantation produite dans des barreaux de fer doux par le passage de courants électriques à travers des fils tournés en hélice autour de ces barreaux. Avant de décrire ces appareils et d’examiner jusqu’à quel point leur emploi dons la mécanique appliquée serait avantageux sous le double rapport de la puissance et de l’économie, il est bon de rappeler brièvement , en les complétant, les notions que nous avons déjà données sur les électroaimants et les lois qui les régissent. Ce sujet a occupé un trèsgrand nombre de physiciens, et si leurs résultats n’ont pas été concordants, cela tient à ce que les phénomènes dont il s’agit dépendent de trop de circonstances particulières pour présenter des lois bien générales. Nous en donnerons comme exemple la longueur des barreaux de fer doux qui, à conditions parfaitement semblables du reste, influe, suivant les uns, sur la quantité de poids qu’un électro-aimant peut porter, tandis qu’elle est sans influence suivant les autres. Or M. Nicklès a montré, comme nous l’avons Vu que c’est la première proposition qui est vraie si le barreau est rectiligne, et que c'est la

• Tome I, pages 2S6 et suivantes.

• Tiimc I, page Î9C.

APPLICATIONS PHTSIQVF.S. 32;{

secondi* 9Î le borrean esi en forme de fer k cheval. Ilappelons néanmoins brièvement les résultats relatifs au pouvoir des électro-aimants, auxquels on s’accorde généralement a ajouter le plus de confiance.

Dans un grand travail sur les lois de l'aimantation par les courants électriques, MM. Lenz et Jacobi avaient établi, à la suite d’un grand nombre d’expériences, la loi de la proportionnalité de la force d'aimantation à l’intensité des courants. L’aimantation était mesurée par le courant induit développé dans un fil conducteur qui environnait le barreau de fer doux soumis à l'aimantation; on tenait compte dans cette mesure de l’effet d’induction direc tement produit par le courant voltaïque. L'ensemble des résultats s’accorde avec la loi d’une manière très-satisfaisante, malgré les difficultés qu’à entraînées l’usage d’une pile à courant non constant', et l’on peut regarder comme démontré qu’entre des limites très-étendues et longue le diamètre du barreau de fer doux n’est pas très-petit par rapport à sa longueur^ l’aimantation développée par un courant est proportionnelle à l’intensité du courant.

Considérée comme formule empirique, la loi de M.M. Lenz et Jacobi est d’une grande utilité, mais l’exactitude rigoureuse en a été fréquemment révoquée en doute, et dans ces dernières années les expériences de M. Mûller ont fait voir qu’il n’y avait pas à y compter. Pour mesurer le magnétisme développé dans le fer doux, M. Muller s’est servi d’une méthode tout à fait directe et très-précise. Il a disposé son barreau de fer doux perpendiculairement au méridien magnétique, et à quelque distance, sur le prolongement de l’axe du barreau de fer doux, il a placé une boussole de déclinaison. 11 a observé la déviation qu’a produite sur cette boussole l’action de l’hélice magnétique lorsqu’on y a fait passer le courant voltaïque sans y introduire de fer doux, et la déviation qui a eu lieu lorsque le barreau de 1er doux a été placé dans l’hélice. La dill'érence des tangentes ilc

* A l'époque où MM. Lenz et Jacolii ont eiécuté leura ezpériences, les piles à Courant constant, d'invention encore récente, n’étaient pas d'uq usage général parmi les physiciens.

ces deux déviations a donné la mesure du moment magnétique du barreau de fer doux *. L’intensité du courant était d’ailleurs mesurée par une boussole des tangentes.

L’hélice magnétisante dont M. Muller s’est servi était formée de deux hélices distinctes engagées l’une dans l’autre. L’hélice intérieure avait 532 millimètres de longueur, un diamètre intérieur de plus de 15 millimètres, et était formée de 408 spires d’un fil de cuivre de S™”,! de diamètre. L’hélice extérieure avait 432 millimètres de longueur, un diamètre intérieur d’au moins 45 millimètres, et était formée de 372 spires d’un fil de cuivre de 2"", 7 de diamètre. On pouvait à volonté faire passer le courant dans l’une ou l’autre des hélices ou dans les deux à la fois. Les barreaux de fer doux étaient au nombre de quatre ; ils avaient tous 5(30 millimètres de longueur et respectivement 9, 12, 15 et 44 millimètres de diamètre.

Pour le barreau de 44 millimètres de diamètre, la proportionnalité de l’aimantation et de l’intensité s’est assez exactement vérifiée; mais les autres barreaux se sont complètement écartés de cetie loi. L’accroissement do moment magnétique a toujours eu lieu dans un rapport beaucoup moindre que l’accroissement de l’intensité du courant. C’est ce dont on peut s’assurer graphiquement en traçant des courbes dans lesquelles ou prend pour abcisscs les intensités du courant et pour ordonnées les moments magnétiques. ,

< M. Gau$s a, en elTet, démontré que si on appelle II la distance des milieux de deux barreaux, situés romme dans l’expérience de M. Muller, M le moment macnétique du barreau fixe, T la composante huriidntalc de l'action terrestre, K un eoeflicient constant, et u la déviation, on a avec une grande approximatiun;

= T (rT+M )

Il suit de U que si R est très-grand, le terme— devenant négligeable, la

tangente de la déviation est proportionnelle au moment magnétique du barreau fixe. (Vojei le Mémoire de M. Gauss sur la mesure de l'inlensilé de la force magnétique terrestre, traduit d.ins les Annales de chimie et de physique, 2* série, lumc I.VII, p-igT! .'>.)

Les résultats des expériences de M. Muller avaient été contestés par MM. Buff et Zamminer qui, en suivant une méthode entièrement semblable à celle de ce physicien, avaient observé une proportionnalité assez exacte entre l'intensité d un courant voltaïque et raimaulatioii qu'il produit. Ils avaient en conséquence attribué les résultats obtenus par M. Mûllcr à l’influence de la force coercitive. .\fin d'écarter complètement cette objection, M. Mùller s'est spécialement attaché à démontrer d'une manière péremptoire un principe qu'il avait déjà entrevu à la suite de ses premières recherches, savoir l'existence pour chaque barreau de fer doux d'un maximum d'aimantation qui ne peut être dépassé, condition qui est évidemment incompatible avec la loi de proportionnalité.

M. Muller n'a rien changé au principe de sa méthode. Il en a seulement perfectionné l’exécution en substituant des magnétomètres aux boussoles de ses premières expériences. En outre, comme M. Buff et Zamminer s’étaient servis d'hélices magnétisantes beaucoup plus courtes que les siennes (86 millimètres seulement de longueur), il a étudié l’influence que peut exercer la longueur des hélices en prenant trois hélices diflérentes, de 155 millimètres, 300 millimètres et 532 millimètres de longueur. Il a également employé des barreaux de fer doux de diverses dimensions, et il a apporté le plus grand soin à s'assurer qu’ils étaient entièrement dépourvus de force coercitive'.

Les résultats numériques des expériences fort nombreuses et très-exactes qu’a faites M. Muller font bientôt reconnaître que la proportionnalité n'existe entre des limites un peu étendues que lorsque le diamètre des barreaux dépasse une certaine valeur, qui est d’autant plus grande que le barreau est plus long. Ainsi un barreau de 167 millimètres de longueur et 12 millimètres de diamètre suit assez exactement la loi de proportionnalité ; un barreau de 588 millimètres de longueur et 12 millimètres de diamètre s'en écarte tout de suite d’une naanière très-marquée. Dans les barreaux d’un petit diamètre, on voit que la proportionnalité n'existe que pour des courants extrêmement faibles. L’existence d'un maximum d'aimantation est accusée par les expériences, de la manière la plus évidente,

320 AI’PLICATIUNS DK L ÉLKCTRICITÉ.

pour la plupart des barreaux ; pour quelques-uns même on peut dire que les expériences ont atteint ce maximum*. L’existence d’un maximum vers lequel tend l’aimantation a, comme nous le verrons, une grande importance dans la construction des machines électro-motrices, puisqu’elle assigne à leur puissance une limite qu’on ne peut franchir, lors même qu’on augmen-? terait indéfiniment la force des courants électriques.

Comme nous l’avons vu, l’intensité du courant, quoique la

' I.'cxiatence d’nn maximum d'almantatian peut être regardée coinpie favorable à la tliéurie d’Ampére, que nous avons adoptée et développée (tome I, page 2Î6), et dans laquelle raimantation consiste à donner une direction perpendiculaire à l'axe du barreau aux courants moléculaires du fer. 11 est évident que lorsque la force aimantante a été assci considérable pour donner cette direction A tous les courants moléculaires, il n’y a pas possibilité à ce qu’une augmentation dans l'intensité de la force augmente le magnétisme. Ce point de vue a attiré sur celle question raltcntion de M. W. Weber, qui, dans la troisième partie de ses t'iectrodynamiiclie Xaasbestimmungen (Leipzig, 18SÎ), a publié quelques expériences confirmatives de celles de M. Millier. La méthode d'observation a été exactement la même; le barreau de fer étudié avait 100““, 2 de longueur, 3v>“, 6 de diamètre et pesait gsv' 100 ; l’hélice magnétisaBte était un peu plus longue que le barreau. Le tableau suivant contient les résultats des expérieoces. Ou y a représenté par / un nombre proportionnel à llntensito i)u oqurant, ^ar m le moment magnétique.

Il siifllt de jeter les yeux sur ces chiffres pour reconnaître qu’il n’y a aucune proportiunnalité entre l’intensité du courant et l'aimantalinn, et que, lorsque l'inleubité croit indéUnüneiil, l’aimantation tend vers un maximum.

APPUCATIONS PHVilQUEg. 327

plus ioiportanle, n'est pas la seule circonstance qui influe sur la puissance des électro-aimants. Le diamètre des barreaux, suivant M. Dub, augmente leur puissance dans un rapport qui, dans certaines limites du moins, est celui de ces diamètres cux-mémes. Nous avons déjà rappelé ce (|ui concerne les longueurs. Qnant à la masse, il paraîtrait qu'elle n'exerce pas d'influence bien sensUile; car, suivant M. de ilaldnt un cylindre de fer creux prend, sous riuiluence de la même hélice traversée par le même courant, autant de magnétisme qu’un cylindre plein de môme diamètre et de même longueur. Ce résultat, qui a été vérifié dans un très-grand nombre do cas, Qsl généralement admis, et a permis dans bien des cas de diminuer la masse des appareils dans los(|ucls on fait usage d'électro-aimants sans atténuer en rien leur puissance.

Mais l'un des puints qui , à circonstances semblables, influe le plus sur la perfection des appareils électro-moteurs, c’est la nature du fer doux dont on fait usage et son aptitude à acquérir et à perdre promptement son magnétisme ou à prendre successivement des pôles magnétiques inverses. Il n'y a, en ce qui concerne ce point , aucune règle à donner, sinon qu'il est préférable de se servir de fer ancien préparé avec du bois et de le faire recuire un très-grand nombre de fois.

Les .électro-moteurs sont des machines dans lesquelles la puissance motrice est une force électro-magnétique, c'est-àdire qu'ils sont tous fondés sur l'existence d'une force susceptible d'être détruite instantanément par une cause physique et non mécanupie. Car, de la même manière qu'un Jet d'eau froide détermine la condensation de la vapeur, dont la force élastique soulève le piston dans le cylindre d’une machine à vapeur, tout appareil électro-magnétique perd ses propriétés dès l'instant que le courant électrique n'y circule plus ; on conçoit donc la possibilité de faire naître soit un mouvement oscillatoire , soit un mouvement continu de rotation, par des impulsions provenant d’actions qui cessent lorsque la masse soumise à l'impulsion a parcouru le champ de la force , et ou voit en même temps la dilférence essentielle qui sépare, au point de vue mécanique, les phénomènes électro-magné -

Di - -

328 APPLICATIONS DE l’ÉLECTRICITÉ.

tiques des propriétés magnétiques des aimants permanents.

Nous allons étudier d’abord les électro-moteurs dans lesquels on a utilisé l'action des électro-aimants , et nous décrirons ensuite quelques appareils qui reposent sur l'attractfon qu’exerce une hélice sur un fer doux. Dans l’ordre chronologique, la première machine à citer est celle de dal Negro, qui eut l’idée de faire osciller un aimant ordinaire entre les deux pôles d'un électro-aimant qui changeaient de polarité à chaque oscillation ; ce mouvement oscillatoire se transformait facilement en un mouvement de rotation continu. Depuis dal Negro, on a imaginé un grand nombre d’appareils fonctionnant soit de la même manière, soit par le mouvement de va et vient d’armatures en fer doux attirées par des électro-aimants , puis retombant par leur propre poids ; mais M. Jacobi est le premier qui ait construit un électro-moteur dans lequel le mouvement primitif ait été un mouvement de rotation continu, et par des considérations mécaniques fort simples, il a montré que toute disposition dans laquelle le pouvoir attractif ou répulsif des mtisses électro-magnétiques produit un mouvement oscillatoire, est contraire au mode d’action de l’électro-magnétisme. On sait, en elfet, que dans une machine l’accroissement de la force motrice ou de la puissance donne lieu à une augmentation de vitesse , si la résistance reste constante , et que cette augmentation de vitesse produit ce qu’on nomme de la force vive, et peut ensuite se transformer en travail utile. Or, l’attraction qu’exerce un électro-aimant est une fonction de la distance dont on ne connaît pas exactement la forme, mais qui est telle que la force attractive augmente rapidement, quand la distance diminue et qu’elle est maximum au contact. Il en résulte que dans un appareil oscillant, la vitesse et par conséquent la force vive de la masse attirée sont les plus grandes, au moment même où elles sont nécessairement détruites, puisque le mouvement change de sens, en sorte qu’une portion considérable de la force vive développée par l’action électromagnétique est détruite en pure perte par un choc. M. Jacobi ajoute qu’il en a été longtemps ainsi pour la vapeur qui n’est devenue un moteur réellement utile que du jour où Watt a

.APPLICATIONS PHTSIQÜES. 329

imaginé la détente , c’est-à-dire a permis au piston d’arriver à l’extrémité de sa course avec une vitesse à peu près nulle. Il résulte clairement de ces considérations que dans tout électro- , moteur où la force utilisée provient d’un électro-aimant, un mouvement circulaire continu primitif est le seul à employer, ce qui fait que nous ne nous attachons pas à décrire les divers appareils oscillants qu’on a imaginés.

Nous donnons ici (fig. 367) la figure de l’électro-moteur de M. Jacobi. Quatre électro-aimants en fer à cheval sont disposés

Fig. 367.

horizontalement contre un disque vertical mobile autour d’un axe A, vis-à-vis de quatre autres placés sur un bâti fixe, de telle

330 APPLICATIONS DE L'ÉLpCTBIGITÉ.

sorte que les pôles des premiers puissent venir exactement en face et à la moindre distance possible des pôles deç électro-aimants fixes. Le même courant passe simultanément dans toutes les hélices; il garde toujours le même sens dans le système des électro-aimants fixes, mais il peut en changer dans le système des électro-aimants authiles. Supposons, eu ellél , un pôle mobile placé près d’un pôle li\e de nom contraii'e, il y a attraction, mais du inoraeul qu’ils sont en regard l'un de rautre , si l’attraction subsiste l’impulsion sera détruite ; si , au contraire, par l'inversion du courant dans le pôle mobile, ils deviennent pôles de même nom, au moment où ils sont vis-à-vis l un de l’autre, ils se repoussent et une nouvelle impulsion est donnée dans le même sens (pie la pnicédenle ; ce que nous venons d'analyser pour un pôle mobile devra sc [tasser pour tous, et toutes les fois que chacun d'eux passera devant nn pôle fixe. Le changement de polarité est donc un objet de la plus haute importance; il faut pouvoir l'opérer iiistanlauémenl, et c’est à tpitii sert la partie de la machine nommée conminlatenr, que nous retrouverons dans tons leséb.'cl ro-nioleurs, sous des formes [ilus on moins ingénieuses. Il se compose ici de quatre disipies en cuivre fixés sur l'axe de la machine et dont les circonférences portent quatre secteurs d'ébène également espacés. Les deux disques du milieu sont isolés run de l'atilre et chacun est réuni au disque voisin par un tube en cuivre séparé de l’axe [tar un corps isolant. Qnctre barres de cuivre , en forme de levier, reposent d’une part sur les dis(jiies et se terminent de l’antre par des tiges recourbées à angle droit, (}ui plongent dans des godets k contenant du mercure dont les deux extrêmes ainsi que les deux du milieu, sont joints entre eux par des conducteurs. Le fil qui entoure les électro-aimants fixes a ses deux extrémités, rune au ptMep de la pile, l’autre dans le godet le plus rapproché du corps de la machine ; celui qui entoure les éleclroainianls mobiles conummique par les fils/et m avec les deux couples de disques qui se meuvent avec lui'; enfin le second p(Me q de la pile est relié à rundesgodelsdn milieu. 11 est facile main tenaiU de çouqii'eiidre (îuiwiueitt Lu couiaiil passe Uiilôl dans un sens, tantôt daps l'autrg, à travers le conducteur qui constitue lesélec-

Aei'UCATIONb PUYSIQUfcS, 331

tro-aimants mobiles, suivautqu’unsecteur de bois ou d'ébène arrive en conlacl avec un levier sur l'un ou l'aulre des disques, par le fait de la rotation de l'axe, et comment on peut disposer les disques de façon à effectuer l’inversion du courant pour des |K)sitions données des pèles mobiles. Nous avons décrit la disposition adoptée par M. Jacobi , dans le premier appareil (pi'il a construit, mais l'arrangement des électro-aimants admet la plus grande variété, pourvu qu'il soit exactement syniétri({ue par rapport à l'axe et qu'il permette aux pèles de se rencontrer le plus près possible, Pour que l'action ne suit pas trop ubliiiue, par rapport à la direction du mouvement, vu que le centre d'attraction magnétique se trouve à une certaine distance do l’extrémité des barreaux, il serait plus convenable de dispo.ser les axes des cylindres de fer doux mobiles perpendiculairement à ceux des fers doux fixes. Un certain nond)re d'appareils fondés sur le même principe ont été construits depuis celui de M. Jacobi, entre autres celui de M. Loiseau, dans lequel le courant ne passe à travers les électro-aimants (jui doivent agir l’un sur l’autre que lorsque ceux-ci sont à une faible distance, disposition qui utilise mieux la force développée par le courant.

On a construit aussi des appareils dans lesquels on se sert de l’action d’électro-aimants sur des aimants permanents, et nous citerons un électro-moteur inventé par M. Davenport, mis en usage à New-York. Deux petits électro-aimants horizontaux placés en croix et mobiles autour d'un axe vertical tournent à l’intérieur d’un cercle également horizontal formé par deux aimants courbés en demi-cercles et dont les pèles de noms contraires sont en regard. Le jeu de l’appareil est aisé à comprendre; les extrémités des électroraimauts qui changent de polarité par le moyen d'un commutateur, sont attirées, puis repoussées par les pèles des aimants^

Nous arrivons maintenant aux électro-moteurs fondés sur l’attraction qu’exerce un électro-aimant sur une armure de fer doux, et qui paraissent être. plus avantageux que ceux que nous avons décrits précédemmeut; sans qu’il soit possible d'établir d'une manière précise les causes do leur supériorité; on peut cependant en donner ({uelquex raisons. Eu

332 APPLICATIONS DE l’ÉLECTRICITÉ.

effet, dans ce système, il n'y a plus changement de polarité, mais seulement aimantation discontinue toujours dans le môme sens, ce qui exige uu commutateur bien moins compliqué et pouvant fonctionner avec plus de régularité; en second lieu, il semble probable que cette simple alternative d’aimantation et de désaimantation permet un développement de magnétisme plus énergique qu’un changement continuel de polarité ; enfin il peut arriver que le pouvoir répulsif de deux électro-aimants, de dimensions différentes se change en un pouvoir attractif, le plus faible des deux n'étant plus qu'un fer doux par rapport au plus puissant, et on conçoit, sans que la répulsion soit complètement détruite, qu'elle puisse être diminuée par la même cause.

La figure 368 représente un électro-moteur construit par M. Froment dans de fort bonnes conditions. Il se compose de

quatre électro-aimants fixes soutenus par un bâti en fonte M N, dans lesquels un même courant circule tour à tour. Huit armatures en fer doux sont disposées sur une roue mobile; quand une armature arrive près du pôle d’un électro-aimant, celui-ci s’aimante, puis cette aimantation cesse au moment où la pièce de fer doux attirée se trouve vis-à-vis de lui; la roue reçoit ainsi une série d'impulsions qui déterminent un mouvement rapide; voici comment s'effectue la distribution du courant. Sur un demi-cercle en cuivre fixé au bâti de fonte autour de

APPLICATIONS PUTSIQL'ES. 333

l’axe (le l’appareil, ou a disposé trois communicateurs à roulette dont l’un est figuré à part (fig. 369). 11 se compose de deux

Fig. 369.

lames métalliques gâ, et ch entre lesquelles il n’y a de communication électrique que, lorsque la roulette a étant soulevée, les deux petits cylindres d et 6 viennent en contact. Si donc, de ces deux lames, la première communique toujours avec l’un des pôles de la pile par l'intermédiaire du demi-cercle en cuivre et le second avec le fil d’un électro-aimant, qui, par son autre extrémité, soit relié à l’autre pôle de la pile, on voit que le courant passera au travers de l'hélice dès que la roulette sera soulevée et cessera de passer dès qu’elle retombera; or, ce sont les dents d’une petite roue fixée sur l’axe de la machine qui soulèvent tour à tour les roulettes des communicateurs, dont deux correspondent aux deux électro-aimants extrêmes, tandis que la troisième est en rapport avec les deux électro-aimants mférieurs qui se trouvent toujours dans les mêmes conditions. L’aimantation u’a lieu que lorsque l’armature est très-voisine des pôles, et on conçoit qu’elle ne dure pas longtemps, puisque les quatre électro-aimants s'aimantent successivement dans l'intervalle de temps qui s’écoule entre les passages de deux armatures successives devant un même pôle. Lorsqu'un électro-moteur fonctionne, chaque fois que le courant cesse de passer dans une hélice, ou, ce qui revient au même, y change de sens, puisque pour changer de sens il faut nécessairement qu’il cesse un instant, il se produit un extra-courant et par conséquent une étincelle à l'endroit de l’interruption ; cette étincelle a l’inconvénient très-grave d’oxyder les contacts du commutateur et de déterminer promptement des irrégularités dans la marche de l’appareil. M. Froment est parvenu à diminuer considérablement l’intensité de l’étincelle due à l’extra-courant, en dispo-

APPlICATIn'IS CF, l'élfctbicité.

saiil les cotnmunicateurs de façon à ce que le courant commence ft passer datis le conducteur toisin a^ant qu'il cesse dans le circuit où il chemine. De celte façon, le courant est diminué de moitié au moment où il est interrompu, ce qui diminue d’autant rétiiicelle d’induction qui finit par disparaître en appliquant cette méthode à des appareils munis d'un nombre considérable d'éleclro-aimants.

M. Froment et d’autres physiciens ont construit un assez grand nombre d’électro-moteurs ne différant de celui que nous avons décrit que par leurs dimensions ou par des modifications de peu d’importance. Dans tous ces appareils, les armatures passent devant les électro-aimants suivant une ligne perpendiculaire à leur axe, et restent par conséquent toujours à une distance plus ou moins grande de leurs pôles. Or comme le pouvoir attractif dù àJ’électro-magnétisme croit rapidement quand la distance diminue, on n’utilise pas ainsi toute la force que seraient capables de développer les électro-aimants qui fonctionnent. Il était donc intéressant de trouver une disposition telle que l’électro-aimanl et l’armature pussent venir en contact, tout en évitant le choc et les inconvénients des appareils oscillants; c’est dans ce but que M.M. Whealstone, Froment et Marié ont imaginé des électro-moteurs dans lesquels une roue munie à sa circonférence d’armatures ou d’éleclro-aimants roule contre la surface intérieure d’un cercle tangent aux pôles d’éleclroaimants fixes et disposés symétriquement tout autour. La roue mobile imprime un mouvement de rotation à l’axe de la machine qui passe par le centre du cercle fixé, et on profile ainsi de l’action magnétique jusqu’au point de contacldes masses aimantées.

M. Larmanjeat est parvenu à un résultat plus avantageux par une disposition différente, et son appareil, dont M. Becquerel donne la description, est disposé de la manière suivante : les armatures sont des cylindres de fer doux M, pouvant tourner autour de leur axe qui est fixe, et placés parallèlement les uns aux autres de manière à former un cylindre long de 1“ environ, dont la partie gauche de la figure 370 représente la coupe transversale; trois électro-aimants disposés à la suite les uns des autres sont mobiles autour de leur axe commun A qui est

APPUCAtlONS PltTSlQlIRS. 335

aussi l’ate de flgure du cylindre formé par les armatures. La partie droite de la même ligure représente un de ces électn>aimanls qui se compose d'ud barreau de fer doux muni de trois disques E perpendiculaires à son axe et séparés paP deux hélices

qui constituent ainsi un double électro-aimant circulaire; ces disques de fer sont tangents aux cylindres de fer doux qui, par leur mobilité autour de leurs axes respectifs, n’opposent aucun obstacle à leur mouvement de rotation, bien qu’en contact avec eux, et leurs circonférences présentent six secteurs en cuivre également espacés ; lorsqu’un secteur de fer arrive près d’une armature, le courant passe dans les hélices, il se produit une attraction qui dure jusqu'au moment où la partie en fer de la circonférence du disque se trouve placée symétriquement de part et d’autre du point de contact; à cet instant, l’aimantation cesse, puis recommence pour un autre secteur de fer, et ainsi de suite. Les lignes de séparation des secteurs de cuivre et de fer sur les trois électro-aimants forment une hélice, ce qui fait que chaque armature est continuellement en action sur l’un de ses points. Nous n’avons rien à dire de spécial sur le commutateur représenté dans la figure dont le mécanismè n’offre ici aucune particularité.

Nous avons ainsi passé en revue les principaux électromo-’ leurs fondés sur le pouvoir attractif ou répulsif des électroaimants, et il nous reste, pour compléter celle description succibete, à dire quelques mots des appareils fondés sur l’action qu’exerce une hélice sur un fer doux; on se rappelle en effet

336 APPLICATIONS DE l'ÉLECTRICITÉ.

que si l’on présente un cylindre de fer doux devant l’ouverture d’une hélice dans laquelle circule un courant, il est immédiatement attiré, et ne s’arrête que lorsqu’il est placé symétriquement par rapport au milieu de l’hélice. On conçoit que celle action électro-magnétique puisse être utilisée comme force motrice, car, d’après ce que nous venons de voir, elle peut fournir à la masse de fer doux une course considérable, mais on voit qu’il est impossible qu’elle fasse naître un mouvement circulaire primitif, tandis quelle donne lieu tout naturellement à un mouvement de va-et-vient; du reste, il est probable que les objections qu’a faites M. Jacobi aux appareils oscillants ne s’appliquent pas dans ce cas, du moins avec autant de rigueur, car il semble naturel de croire que la force avec laquelle le fer doux est entraîné dans l'bélice diminue à mesure qu’il s’y enfonce, puisqu’elle finit par devenir nulle.

La figure 37 1 représente l’éleclro-moteur de M. Page ; il se compose de deux bobines fixées horizontalement de telle sorte que leurs axes soient dans le prolongement l’un de l’autre; deux cylindres de fer doux joints par une lige de cuivre sont liés à un système de glissières qui leur permet d’osciller parallèlement à l’axe des bobines et qui s’articule à une bielle au moyen de laquelle le mouvement de va-etvient est transformé en un mouvement circu- Fig. 37t. laire. Le courant passe dans la première hélice, le fer doux correspondant s’y enfonce, ce qui fait sortir le second fer doux de la seconde bébce ; par l’intermédiaire d’un commutateur, le courant passe alors de la première à la seconde bobine, qui à son tour agit sur le cylindre de fer doux qui lui correspond, et l’on voit comment se produit ainsi le mouvement de va-et-vient du système mobile. On doit à M. Dumoncel un appareil analogue dans lequel les bobines elles-

APPLICATIONS PHTSIQtES. 337

mêmes peuvent osciller comme le font les cylindres des machines à vapeur oscillantes , ce qui permet d’articuler directement la tige liée au fer doux avec la manivelle d’une roue.

Après avoir étudié les principaux électromoleurs à un point de vue exclusivement mécanique, c’est-à-dire en nous rendant compte seulement de la disposition de ces appareils et des avantages ou des inconvénients qu’ils présentent pour utiliser les forces que l’électricité dynamique y développe, il est intéressant d’entrer plus avant dans la question, d’analyser ce qui se passe quand une de ces machines est en mouvement, et enfin de comparer, quant à l’effet utile, les forces électro-magnétiques aux autres forces motrices. C’est à M. Jacobi qu’on doit la plupart des notions précises et réellement scientifiques qu’on a acquises sur la théorie des électromoteurs. 11 fallait en effet connaître d’abord les lois des électroaimants, c’est-à-dire la manière dont leur magnétisme varie soit avec la nature de l’hélice, c’est-à-dire le nombre de ses tours et la grosseur de son fil , soit avec la forme même , la longueur et la grosseur des fers doux; or c’est là, comme nous l'avons vu, l’objet des techerches de MM. Lenz et Jacobi, qui sont arrivés à des lois sinon très-générales, du moins approchées dans des limites étendues. Mais il restait un autre élément de la question à éclaircir. Considérons un électromoteur en mouvement, celui de M. Jacobi, par exemple, n’exécutant aucun travail utile et n’ayant à vaincre par conséquent que la résistance de l’air et celle qui est due aux divers frottements de la machine ; le commutateur rend instantanés les changements de polarité, quelle que soit la rapidité du mouvement; nous admettons que l’excitation électro-magnétique du fer doux se produit aussi d’une manière instantanée, et enfin que l’attraction ou la répulsion des masses magnétiques est indépendante de leurs vitesses relatives. Nous sommes donc en présence d’une force constante qui doit produire un mouvement accéléré que le frottement ne pourra rendre uniforme puisqu’il est indépendant de la vitesse, mais seulement la résistance de l'air qui croit avec elle. Ür il est facile, en parlant de cette bypo- III. 22

338 Appuc\TiOî(8 DE l'électricité.

thèse, de calculer approxiiDalivcuteiit la vitesse dont sera animé l'appareil lorsque le mouvement sera devenu uniforme, et on trouve qu’elle est beaucoup plus grande que la vitesse limite qu’on ne peut dépasser. C'était donc dans la force motrice elle-même qu'il fallait chercher la cause de celte limite, et, en parlant de ces considérations mécaniques, M. Jacohi a établi nettement l'influence de l'induction. En effet, tout électromoteur en mouvement fonctionne en même temps comme machine magnéto-électrique ; indépendamment des extra-courants qui se développent par l'influence des hélices sur ellesmêmes et qui ne naissent du mouvement que parce que le mouvement de l'appareil fait marcher le commutateur, des courants d’induction prennent naissance, ou, si l’on aime mieux, tendent à prendre naissance dans les hélices qui s'approchent ou qui s'éloignent l'une de l’autre, et ces courants marchent, d’après la loi de Lenz , en sens contraires de ceux qui produisent l’aimantation. 11 y a donc nécessairement diminution dans l'intensité des courants magnétisants, diminution d’autaut plus grande que le mouvement est plus rapide. Dès lors, on voit commeul l'augmentation de la vitesse produit une diminutiou de la force motrice, et comment, quand arrive l’instant où cette force est précisément égale aux résistances passives de la machine, le mouvement devient uniforme. Ainsi, lorsqu’on interpose un galvanomètre dans le circuit, tant qu’on empêche l’électromoteur de fonctionner, l’aiguille est déviée d’un angle constant ; mais, dès que le mouvement commence, la déviation de l'aiguille diminue, et elle ne cesse de diminuer que lorsque le mouvement est devenu uniforme. On peut donc dire que le mouvement introduit dans le circuit une résistance qui va en croissant quand il s’accélère; toutefois il faut bien remarquer qu’il n'y a pas là une perte réelle de force, puisque le zinc consommé reste toujours proportionnel à l'intensité du courant, mais seulement réductions simultanées de la dépense et de la force mise en jeu.

En partant des lois déjà citées des électro-aimants, de celles qu’on admet pour les courants d'induction, et enhii des lois générales de Ohm, M. Jacohi a pu soumettre au calcul la théorie

des machines éleclromotrices'. Parmi les résultats auxquels il est arrivé, il en est un qui résume à peu près tous les autres et dont nous parlerons ici ; c'est l'expression qu'il a trouvée pour le travail maximum qu'est susceptible de donner un électromoteur. On sait que dans une machine en mouvement, le travail moteur est le produit de la force motrice par la vitesse de son point d'application, et que de plus, si le mouvement est uniforme, le travail moteur est égal au travail résistant qui se compose lui-môme du travail utile et des résistances passives de la machine. Les électromoteurs jouissent toujours de la propriété d'étre susceptibles d'un maximum d'eiïet utile, propriété à laquelle participent la plupart des autres machines, vu qu'il n’en est presque pas où, parmi les forces agissantes, soit résistantes, soit motrices, il n'y en ait au moius une qui varie avec la vitesse. Or, dans un électromoteur c’est, d'après ce que nous avons vu, la force motrice qui diminue lorsque la vitesse augmente; on comprend donc comment l'expression du travail moteur composée de deux facteurs qui varient en sens contraires doit passer par un maximum, et M. Jacobi a trouvé qu'elle l'atteint, lorsque la vitesse est telle que l’intensité du courant est devenue la moitié de ce qu'elle est, lorsqu'on maintient l'appareil au repos. Mais ce qu’il y a de plus remarquable, c'est que les hélices des électroaimants n’entrent dans l’expression de ce travail maximum que par leur résistance totale, en sorte que, cette résistance restant la môme, on peut augmenter ou diminuer le nombre de leurs spires, sans apporter le moindre changement au maximum de travail, mais en faisant varier seulement ses éléments, c’est-à-dire la force et la vitesse. La disposition du conducteur sur les bobines joue donc ici un rôle analogue à celui d'un organe de transmission dans les machines ordinaires, c'est-àdire, qu’en la faisant convenablement varier, on peut tout en produisant le maximum de travail moteur, faire marcher l’appareil dans les conditions de vitesse les plus favorables au travail utile qu'on veut effectuer. En outre, ce résultat a ceci d'important qu'il montre l'inutilité des tentatives qu’on a faites,

< Voyei la note finale U. t

340 APPLICXTmS DE l'ÉLECTHICITÉ.

el qu'on poiirrail faire pour arriver à des n'-sultats plus avantageux en donnant aux éleclroaimants de grandes dimensions. En résumé, d’après la théorie de M. Jacobi, le travail maximum qu’on peut obtenir avec une pile donnée, varie suivant l’électromoteur avec un coefficient qui dépend de la disposition générale de l’appareil et de la force coercitive du fer doux qui y est employé; c'est la valeur de ce coefficient qui caractérise une machine électromotrice , et nous nous sommes occupés , en décrivant ces machines, des circonstances qui le font varier. De plus, la force électromotrice de la combinaison voltaïque dont on se sert, entre comme facteur dans l’expression de ce même travail maximum, en sorte qu’à égalité de zinc dissous, une pile de Grove donne 1 j plus de travail qu’une pile de Daniell, mais le rapport du travail obtenu au zinc dépensé est indépendant de la disposition de la batterie. Ces résultats obtenus par M. Jacobi ont l’avantage d’éclaircir les notions vagues qu’on avait avant lui sur toute cette théorie, et d’établir nettement quels sont les organes des électromoteurs qui sont susceptibles de perfectionnement. C’est d’une part la disposition générale de l’appareil, sans comprendre dans cet ensemble de conditions diverses, celles <jui sont relatives à la construction des électroaimants, et de l’autre la force électromotrice de la pile el non pas la manière dont elle est disposée.

La théorie qu'ont donnée des électromoteurs MM. Joule et Scorcsby repose sur l’hypothèse de la transformation de la chaleur en travail mécanique. M. Joule a démontré que, si toute la chaleur développée par la solution d'un grain de zinc dans la pile de Daniell était utilisée, son pouvoir mécanique, qu’on déduit de l'équivalent mécanique de la chaleur, serait rcpré.scnlé par un poids de loO livres élevé à la hauteur d’un pied. D’un autre côté, on admet que cette chaleur chimique se transforme, soit en ell’ets calorifiques, soit en effets mécaniques dans le circuit. Considérons maintenant un électromoteur dans lequel le courant circule, mais qui est maintenu au repos et soit O l'intensité du courant. Si on laisse marcher l’appareil, l’intensité du courant diminue et devient b. Les quantités de chaleur développées dans les deux cas sont entre elles comme

o’: 6*; mais le travail total, tant calorifique que mécanique, doit toujours être dans un rapport constant avec l’intensité du courant ou , ce qui revient au même , avec la quantité de zinc consommée. 11 faut donc que dans le second cas la quantité x de travail mécanique soit telle que l'on ait : ,

puisque dans le premier cas le travail ralorifique était le travail total; le rapport du travail mécanique au travail total est exprimé par

et on trouve :

ii~.fl:’

Or nous savons que 1 grain de zinc consommé donnerait, s'il était utilisé tout entier, un travail représenté par 158; il donnera donc ici :

MM. Joule et Scoresby ont appliqué celte formule à un assez grand nombre d’expériences. Ils ont trouvé en moyenne avec leurs appareils un travail théorique déduit de leur formule de 78 liv. 5 onces par grain de zinc, et celui qu’ils ont réellement obtenu ne va qu’à 65 liv. 6 onces par grain, en sorte que le travail effectif doit être considéré, suivant eux, comme égal aux J du travail théorique, dans les conditions où ils se trouvaient.

Celle théorie des électromoleurs, qui ne peut évidemment rien éclaircir sur les perfectionnements à apporter à ces machines, et qui exprime seulement la transformation de la chaleur développée par une action chimique en travail mécanique, permet de comparer immédiatement, sous le rapport de leur utilité, les machines électromolrices avec les machines à vapeur, car, dans celles-ci, c’est aussi la chaleur dégagée par une action chimique qui se transforme en un travail mécanique. Les cal-

342 APPLICATI0K8 DI L’iLKCTRICITÉ.

culs de MM. Scoresby et Joule et les résultats obtenus déjà par OErsIed et depuis par M. Hunt s’accordent à très-peu de chose près; 1 grain de charbon consommé dans le fourneau d’une machine de Cornouailles, a soulevé 143 livres à 1 pied, tandis que 1 grain de zinc consommé dans une batterie voltaïque ne peut soulever théoriquement que 80 livres. Le prix d’un quintal de charbon est inférieur à 9 pences, tandis que celui d’un quintal de zinc est au-dessus de 21G pences, d’où il résulterait que dans les meilleures conditions, la force magnétique est 2o fois plus chère que celle de la vapeur.

Des recherches ont été faites à ce sujet par M. E. Becquerel, dans le but de constater devant le Jury de l’Exposition universelle, la puissance mécanique, et la dépense de quelques électroinoteurs; en voici les résultats tels qu’ils ont été exposés par ■M. Becquerel lui-mème.

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