Induction dans les conducteurs non linéaires

— Toute variation du flux détermine également des courants d'induction dans les conducteurs non linéaires. Déjà, en 182',, Gambey avait observé que les oscillations d'un barreau aimanté s'amortissent très vite quand il est placé au-dessus d'une plaque de cuivre. Le phénomène étudié par Arago avait été attribué d'abord à une forme particulière du magnétisme développée par le mouvement et désignée sous le nom de magnétisme de rotation; ce n'est qu'après la découverte de l'induction, par Faraday, qu'il fut rapporté à sa véritable cause. Le déplacement relatif d'un pôle et d'une lame métallique

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détermine des courants d'induction ; ces courants sont nécessairement fermés sur eux-mêmes. Supposons tracées sur la surface des lignes ayant en chaque point la direction du courant ; ces lignes de courant sont évidemment des courbes fermées s'enveloppant les unes les autres sans se couper jamais. D'autre part, l'espace compris entre deux lignes de courant infiniment voisines peut être considéré comme un courant fermé linéaire lequel est équivalent au feuillet de même contour (226). Qu'on décompose ainsi la surface du conducteur en bandes infiniment minces, par des lignes de courant, et qu'on remplace chacune de ces bandes par le feuillet correspondant ; tous les courants qui tournent autour d'un point équivalent à un feuillet complexe dont la densité, en chaque point, est évidemment la somme des densités des feuillets superposés. La. figure i^j représente les lignes de courant dans le cas d'une lame indéfinie se déplaçant horizontalement de droite à gauche au-dessous d'un pôle nord qui se projette au centre de la figure. Les courants dans la partie qui s'approche circulent en sens inverse des aiguilles d'une montre et correspondent à un feuillet ayant sa face positive ou nord tournée vers le haut; dans la partie qui s'éloigne, ils circulent dans le sens des aiguilles d'une montre et donnent un feuillet qui présente en dessus sa face négative, les actions qui s'exercent entre le pôle et les deux feuillets tendent, conformément à la loi de Lenz, à s'opposer au mouvement.

L'expérience peut être réalisée facilement au moyen d'un disque qu'on fait tourner entre les pôles {fig. 246) d'un électro-aimant. Le disque qui, avant le passage du courant, tourne avec facilité, présente une résistance considérable dès que l'électro-aimant est excité. L'effet est d'autant plus marqué que le disque est plus conducteur ;

Fig. 246.

CAS PAUTICULIEKS D'INDUCTION. 303

on l'annule presque, en rompant la continuilé par des traits (le scie menés suivant les rayons [fig. 'i\i).

De même, si on suspend un cube de cuivre entre les deux pôles d'un électro-aimant et qu'on torde le fil de suspension [fig. 2^,8), le cube, abandonné à lui-même, prend un mouvement de rotation rapide; il s'arrête instantanément dès qu'on fait passer le courant.

282. Amortissement des boussoles. — On utilise le phénomène sous la forme même où l'avait observé Gambey, pour amortir les oscillations des boussoles et des aiguilles de galvanomètre.

L'action qui se produit agit comme une espèce de frottement qui s'oppose au mouvement relatif de l'aiguille et du conducteur et dont l'effet est, à chaque instant, proportionnel à l'intensité du courant et par suite à la vitesse relative.

283. Courants de Foucault. — L'énergie absorbée se retrouve sous forme de chaleur développée par le courant en vertu de la loi de Joule. Foucault, qui a fait le premier cette remarque, a donné à l'expérience une forme saisissante. A l'aide d'un système de roues dentées commandées par une manivelle, on entretient la rotation d'un disque de cuivre rouge entre les branches d'un puissant électro-aimant [fig. 249). Quand le courant passe, il faut un travail considérable pour entretenir le mouvement du disque et celui-ci atteint bientôt une température très élevée. L'expérience fournit un très bel exemple de la transformation du travail mécanique en chaleur.

ELECTROMAGNETISME.

On a donné le nom de courants de Foucault aux courants induits qui se produisent dans le noyau d'un électro-aimant, toutes les fois que l'intensité varie dans le fil qui l'entoure.

L'échauffement qui en résulte devient considérable quand le fil est traversé par une série rapide de courants interrompus ou par des courants alternatifs.

On atténue beaucoup

cet échaufi'ement et la

perte de travail qui en

est la conséquence, en

formant le noyau de fils

de fer isolés ou de lames

minces parallèles à l'axe, par suite perpendiculaires à la

direction suivant laquelle les courants d'induction tendent à

se produire.

Les courants d'induction étant ainsi supprimés, les effets d'échauffement se réduisent alors sensiblement à ceux qui correspondent au travail de l'aimantation (179).

284. Théorie du magnétisme d'Ampère. — L'identité des actions produites parles courants et par les aimants conduisent naturellement à attribuer à une même cause les deux ordres de phénomènes. Ampère a beaucoup insisté sur ce point, qu'il y a impossibilité absolue de produire, au moyen d'aimants, certains effets du courant, par exemple les mouvements de rotation continus toujours dans le même sens (236), tandis qu'on peut réaliser par des combinaisons de courants fermés toutes les propriétés des aimants.

Considérons, en effet, un aimant quelconque. L'aimantation a, en chaque point, une direction déterminée, et cette direction varie d'une manière continue. Supposons tracées les lignes tangentes en chaque point, à cette direction. x\vec

«les filets solénoïdaux de même puissance, qu'on juxtaposera le long de ces lignes, on pourra reproduire en chaque point l'intensité d'aimantation. Parmi ces filets, les uns aboutiront à la surface, les autres resteront ouverts à rintérieur, d'autres, enfin, seront fermés sur eux-mêmes, et il est évident que leur ensemble reproduira, sans aucune hypothèse, la distribution réelle, et donnera la même action en un point quelconque, tant intérieur qu'extérieur.

On peut maintenant remplacer chaque filet solénoïdal par le solénoïde électro-magnétique équivalent, et par suite réaliser, au moyen des courants fermés infiniment petits, un système identique à l'aimant donné.

Telle est la partie essentielle et indiscutable de la théorie d'Ampère. Reste à déterminer l'origine, le siège et les propriétés de ces petits courants fermés.

Pour satisfaire au caractère essentiellement particulaire du magnétisme, il faut admettre qu'ils sont liés à la molécule, et qu'ils ne peuvent passer d'une molécule à une autre. Ils circulent, soit autour, soit à l'intérieur de la molécule. Ampère admettait et on admet que, dans le fer doux et l'acier, ils préexistent à l'aimantation, et que celle-ci ne fait que leur donner une orientation déterminée.

Quand ils n'obéissent qu'à leurs réactions mutuelles, ces courants sont orientés indifféremment dans toutes les directions, et la résultante de leurs actions sur tout point extérieur est nulle. Dans un champ magnétique, chacun tend à prendre la position où il reçoit le maximum de flux par sa l'ace négative. Sous l'influence du champ, des réactions mutuelles et de la force coercitive, l'axe du courant prend une position plus ou moins oblique, par rapport au champ ; l'aimantation est d'autant plus forte que l'obliquité moyenne est moindre. Le maximum correspondrait au cas où tous les axes des courants moléculaires seraient parallèles entre eux.

Si l'influence cesse, les courants n'obéissent plus qu'à leurs réactions mutuelles, et s'il s'agit de fer doux, toute trace JouBEHT. — Électricité. 20

306 ELECTROMAGNETISME.

d'orientation disparaît. Avec l'acier, la force coercitive s'opposant au libre déplacement des molécules, l'orientation subsiste pour une part plus ou moins grande.

On a fait quelquefois à cette théorie l'objection qu'un morceau de fer ou d'acier aimanté, étant le siège de courants permanents, devrait être une source permanente de chaleur. L'objection serait capitale s'il s'agissait, comme pour les courants ordinaires, d'une circulation d'électricité à travers un système de molécules ; mais il s'agit de courants circulant dans la molécule même, et comme on ne sait rien sur la nature des molécules et leurs propriétés, il n'y a aucune contradiction à supposer la résistance nulle.

La théorie qui explique le magnétisme doit exphquer le diamagnétisme. Weber a cherché à compléter, sur ce point, ta théorie d'Ampère. L'hypothèse consiste à admettre dans chaque molécule d'un corps diamagnétique, des canaux dans lesquels des courants peuvent se propager sans résistance. Quand le corps est introduit dans un champ magnétique, ces canaux deviennent le siège de courants induits déterminant une polarité de sens contraire à celle du champ, et comme la résistance est nulle, ces courants persistent tant qu'une nouvelle variation du flux ne vient pas les modifier ou les détruire.