CHAPITRE X

INDUCTION ÉLECTRODYNAMIQUE.

1008. Définitions. — Faraday a appelé courants d'induetion, ou courants induits, des courants qui sont produits à distance, dans des cirenils métalliques fermés, par l'influence soit de con rants électriques, soil À'aunants wissanks, soit dit magnétisme terrestre, 1 + a donc lieu de skier , BXL VIVE À reine vue, suivant l'origine des courants imite *

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1° L'induction par les courants ou induction vollaïque; 2" l'induction par les aimants, où induction magnétique; 5° l'induction par la terre, où induction tellurique.

A ces trois modes d'induction correspondent trois catégories de courants, qui sont les courants induils proprement dits; on peut y ajouter deux autres modes d'induetion :

1° L'induction par des décharges de bouteilles de Leyde ou de batteries électriques, appelée leyde-électrique;

2° L'induction d'un courant voltaique sur son propre circuit, ou self-induction, laquelle engendre les extra-courants.

1009. Induction voltaïque. — Expériences. — Lorsqu'un courant induit nait dans un circuit fermé, sous l'influence d'un autre courant, ce dernier est appelé courant inducleur.

L'induction voltaique se produit dans trois eirconstances : 1° quand le courant inducteur commence ou finit; 2° quand son intensité croit ou décroit; 3° quand sa distance au cireuit induit diminue ou augmente.

1°" Procédé, — On se sert d'une bobine à deux fils (fig. 908),

Fig, 908.

formée d'un eylindre creux de carton ou de bois, sur lequel s'en roulent en hélice, d'abord un gros fil de cuivre, puis un fil plus fin, tous les deux bien isolés. Le gros fil, qui ne fait qu'un petit nombre de tours, vient se terminer à deux bornes ce et d, fixées sur une planchette qui porte la bobine : c'est le cirouil inducteur; le fil fin, qui est enroulé par-dessus le premier, fait un grand nombre de tours et aboutit à deux autres bornes à et b : c'est le circuit induil,

On met un galvanomètre dans ce dernier circuit et dites Le cireuit inducteur une pile avec un interrupleur. On absexxe ak les phénomènes suivants :

1° Dès qu'on établit le courant inducteur, le galvanomètre indique dans le fil fin un courant inverse, c'est-à-dire de sens contraire au courant inducteur, qui dure pendant la période d'éteblissement de celui-ci,

2° Dés qu'on interrompt le courant inducteur, il se produit de nouveau, dans le fil fin, un courant induit direct, et de méme durée que la période d'interruption.

2° Procédé. — On prend une bobine creuse B à un seul fil long et fin (fig. 909), et une seconde bobine À à un seul fil aussi,

Fig. 900.

mais gros el court, qui peut entrer dans la première, La bobine À élant parcourue par un courant continu, si on lintroduit brusquement dans la bobine B, un galvanomètre relié à cette deruière indique, par le sens de sa déviation, qu'il se produit iminédiatement dans la grosse bobine un courant inverse de méme durée que le déplacement. Et, si on la retire rapidement, le gal: vanoméêtre accuse dans le fl fin un courant induit direct.

Remarque. — Lorsque, au lieu d'introduire où de retirer brusquement la bobine à gros Gil, on l'approche on on Véloigne lentement, le galvanomètre n'indane ouun courant faible, el d'a tant plus faible que le mouvement ess Wen, Coste que l'action induisante a plus de duvbe.

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5° Procédé, — Si, au lieu de faire varier la distance du courant inducteur, on fail varier son intensité, en augmentant ou en diminuant la résistance de son cireuit par exemple, on produit dans le fil fin un courant induit, qui est inverse si l'intensité du courant inducteur augmente, et direct si elle diminue,

1010. Induction magnétique où magnéto-électrique. — Un aimant peut aussi faire naître, dans les circuits métalliques, des courants d'induction. Faraday a démontré ce fait au moyen d'une bobine creuse à un seul fil long et lin analogue à la précédente (fig. 909) :

1° Dès qu'on introduit le barreau, il passe dans le til un courant induit de même durée que le mouvement. Ge courant est inverse, c'est-à-dire de sens contraire aux courants d'Ampère qu'on peul substituer par la pensée à l'aimant ou, si l'on veut, au solénoïde équivalent,

Dès qu'on retire le barreau, l'aiguille du galvanomètre indique un courant induit direct,

2° Si l'on place dans la bobine à un seul fil un barreau de fer doux et qu'on en approche, puis qu'on en éloigne un fort aimant, il y a deux courants induits, produits successivement par l'aimantalion et la désaimantation successives du fer doux; l'un est inverse et l'autre direct.

ÿ” On obtient encore des courants induits dans le Gil d'un électro-aimant, si, en avant des pôles de celui-ci, on fait tourner un fort barreau aimanté, de manière à produire une aimantation croissante ou décroissante dans les pôles de l'éléctroaimant.

#* On peut encore réaliser ces variations de magnétisme en faisant tourner une plaque de fer doux devant les pôles d'un aimant permanent en fer à cheval : si chaque branche est entourée d'une bobine, il s'y produit des courants induits successivement de sens contraires,

De même, on constate qu'un déplacement relativement lent et faible d'un morceau de fer dans le voisinage de cet aimant produit un courant.

Remanque. — L'induetion par les aimants est d'accord avec la théorie d'Ampère sur le magnétisme, En effet, les aimants élant de véritables solénoïdes, toutes les expériences ci-dessus s'expliquent par l'induction des courants qui parcourent la surface des aimants, et l'induction par les aimants devient un cas particulier de l'induction par les courants.

1011. Loi de Lenz. — En analysant successivementies ae électrodynamiques ou électromagnétiques qui prennen WASS

pendant l'induction, il est aisé de voir que le sens du courant induit est, Lel qu'il s'oppose à la continuation de la cause qui lui donne naissance : il agit comme une réaction. Cette loi générale a été découverte par le physicien russe Lenz.

Remanque. — Nous appelons l'attention sur le fait général que l'induction se produit pendant toute la durée des mouvements ou des variations électriques ou magnétiques inductrices : par conséquent, le courant induit dure en réalité autant que l'on veut et il n'est pas exact de dire qu'il est instantané,

1012, Magnétisme d'Arago où Magnétisme de rotation. — {* Mislorique. — Arago abserva le premier, en 1824, que le nombre d'oscillations que fait une “iguille aimantée, dans des Lemps égaux, quand on l'écarte de sa poslion

d'équilibre, est très affaibli pur le voisinage de certaines masses métalliques. Par exemple, une masse de cuivre rouge convenablement placée peut réduire le nombre des oscillations de 300 à 4. Ce fait, qui est une conséquence de In loi de Lens, alors inconnue, est le principe de l'amortissement des oscillations dans les galvanomètres apériodiques, Le mème physicien découvrit, en 1825, un fait d'influence analogue : l'action rotative qu'un disque de cuivre en mouvement exerce sur une aiguille aimantée,

2 Expérience d'Arago. — On constate ce phénoméne au moyen dun disque de cuivre rouge M, mobile autour d'un axe vertical (fig. 910) qu'on peut fxire tourner plus où moins vile à la main, à l'aide d’une poulie à manivelle et d'un renvoi. Au-deseus du disque est un carreau de verre fixe, auquel est adapté un pivot qui porte une aiguille aimantée ab, Si le disque tourne d'un mou vement lent et unilorme, l'aiguille est déviée dans le sens du mouvement, et s'arrête à 20 où 30° du méridien aps tva : vitesse de RE du dis : mais si celle vitesse augmente, l'aiguille Gil pas ixver de ot eg est entrainée, eleckue Wie tévokahon LorNA EN SN ee Voie vement du disque jusqu'à ce que CAN MAUR

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3° Circonstances qui influent sur le phénomène. — L'elfet déeroit à mesure que l'aiguille s'éloigie du disque, et varie beaucoup avec la nature de celui-ci; il est maximum avec les mélaux de faible résistance électrique; avec le bois, le verre, l'eau, il est nul.

L'effet est très affaibli si le disque présente des solutions de continuité, surtout dans le sens de ses rayons; mais il reprend sensiblement la même intensité si l'on soude les solutions dé continuité avec un métal quelconque. Cette observation a une très grande portée pratique. En sectionnant convenablement les masses conductrices des appareils on peut arriver à diminuer beaucoup les courants induits duns leur masse dits courants de Foucault, qui échauffent ces conducteurs et absorbent par là une énergie perdue pour le travail mécanique.

4 Erplication du phénomène. — Arago n'indiqua point la cause de ces phénoménes; c'est Faraday qui, en 1832, a fait voir qu'ils sont dus à des courants d'induction, développés dans les disques par l'influence de l'aiguille aimantée : on doit donc les rattacher à l'induction magnélo-électrique.

1013. Induction tellurique. — Faraday a reconnu le premier que le magnétisme terrestre peut développer des courants induits dans des circuits métalliques en mouvement. La terre agit soit comme un puissant aimant central, dirigé parallélement à l'aiguille d'inclinaison, soit comme un immense courant électrique, dirigé de l'est à l'ouest, parallélement à l'équateur magnétique.

1" Expérience d'Ampère. — Ampère plaçait une longue hélice de til de cuivre recouvert dé soie dans le plan du méridien magnétique, parallèlement à l'aiguille d'inclinaison: en faisant tourner celte hélice de 1809 autour d'un axe qui la traversait en son milieu, il observa qu'à chaque demi-révolution un courant passait dans un galvanomètre qui était en communication avec l'hélice,

2 Cerceau de Delesenne, — Delexenne démontra l'induelion tellurique à l'aide d'une sorte de machine d'induction, dite cerceau de Delesenne (lg. 914). C'est un cerceau de bois NS, de près d'un mètre de diamètre, qui porte un circuit de fils de cuivre enroulés dans une rainure périphérique; il wst fixé à un axe 04, auquel on peut imprimer un mouvement de rotalion au moyen d'une manivelle M. L'axe oc est porté par un cadre PQ, mobile lui-même autour d'un axe horirontal, À l'aide d'aiguilles fixées à ces deux nxes, un premier cercle gradué b indique l'abliquité du cadre PQ, et par suite l'inclinaison de l'axe o4 sur l'horizon, et un deuxième cercle gradué & marque le déplacement angulaire imprimé au cerceau.

L'axe oa élant placé dans le méridien magnétique, et le cerceau RS étant perpendiculaire à la direction XY de l'aiguille d'inclinaison, si on lui imprime un mouvement de rotation lent, un galvanoméètre relié à la bobine induite indique la production d'un courant induit : la déviation augmente jusqu'à 90°; puis elle décroit et devient nulle quand le cerceau a fait une demi-révolution. Si le mouvement continue, le courant reparait, mais en sens contraire : il atteint un second maximum à 270°, et devient nul de nouveau après un tour complet.

Si l'axe 04 est parallèle à l'aiguille d'inclinaison, il ne se produit as de con rant. On obtient ainsi un courant qui change périodiquement de sens Si To anime le cerceau d'un mouvement de rotation uniforme. 2 a L'appareil est muni d'une pièce a, appelée commutateur (WA), AS does

de redresser les courants induits de sens contraire, c'est-à-dire de les envoyer su circuit extérieur toujours dans le mème sens.

Fig. 91.

1014. Induction leyde-électrique. — On peut aussi produire des courants induits par la décharge d'une houteille de Leyde. On met en évidence cette

induction, dite leyde-électrique, à l'aide de l'appareil dé Matteucet. Appareil de Matteucei, — Doux platesux de verre, dé 35 centimètres de

Fig. M2.

diamètre, fixés dans deux cadres de laiton où d'ébonite À ct D (fig: 012), sant portés sur des pieds mobiles qu'on rapproche à volonté, Sur ln face aniérieure du platesu À est enroulé, en spirale, nn NN de enivre &, er de disenttine

et de 30 m de longueur. Les deux bouks de ce N\ passent ax Lines free,

autre à la pare supériente, el se AU LEE

ES l'un au centre, \

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analogues à me, n#, où l'on introduit les deux rhéophores de euivre e et d isolés à la soie.

Sur la face du plateuu B, en regard de À, s'enroule en spirale un Hl de cuivre, plus fin que Le fil C, Ses extrémités aboutissent aux pinces m el n, qui regoivent deux fils h et à destinés k transmettre le courant induit, En A et B chaque spire est isolée de la suivante par une épaisse couche de vernis à la gomme laque.

On fait communiquer l'un des bouts du lil e avec l'armature extérieure de la bouteille, et l'autre avec le crochet ‘: à l'instant où l'étincelle part, on constate qu'un courant prend naissance dans la bobine du plateau B. Siuné personne lient dans les mains deux cylindres de cuivre en communicalion avee les fils i et h, elle recoit une commotion.

1015. Self-induction et Extra-courants. — [Lorsqu'on ouvre un circuit parcouru par un courant, on obtient en général une étincelle, mais qui est à peine sensible si le fl qui réunit les deux pôles est court ; et si l'on se met dans le cireuit en tenant une électrode dans chaque main, on ne ressent aucune commotion, à moins que le courant ne soil très intense, Mais si le fil est long, et s'il forme une bobine à spires serrées, l'élincelle d'ouverture acquiert de l'intensité, et l'on reçoit alors une forte commotion.

Faraday a expliqué ce renforcement du courant, au moment de la rupture, par une aclion indueclrice que le courant, dans chaque spire, exerce sur les spires voisines : il en résulte un courant induit direct qui se superpose au courant finissant, 11 a prouvé qu'en fermant le cireuit on produit également un courant induit, mais inverse. Ces courants induits par le courant principal ont été appelés exfra-courants et le phénomène lui-même est appelé self-induction, c'est-à-dire induction d'un courant sur lui-même.

1016. Expériences de Faraday. — 1* Ertra-courants d'ouverture, — Les (Hi)

Fig. 3.

rhéophores d'une pile P se rendent (Mg, M3, aux extrémités d'une bone 3 fin f, ct en BD est placée une dérivation qui comprend un galtamomenrs S

Quand le courant passe d'une manière continue, l'aiguille est déviée; on cum mence par la ramener au zéro, où on la maintient par un arrêt # qui l'empèche de tourner dans le sens primitif, mais qui la laisse libre dans Le sens Or, si l'an rompt le cireuit de la pile P, on voit l'aiguille instantanément lancée dans le sens nG vers la gauche : done il est passé dans le galvanométre un eu rant direct, En elfet, le courant de la pile ayant cessé, le seul circuit feruné qu persiste est le circuit CDBC, et puisque dans la partie D un courant «x de à on B, il faut qu'il parcoure tout le circuit dans le sens CMDC, e'est-8-dim dans le même sens que le courant principal. Le courant f, qui apparait ainsd ex dehors du cireuit principal, a donc justement été appelé evtra-courant.

2 Extra-courant de fermeture, — On met à la main l'aiguille en », où l'aménerait le passage continu du courant, et on l'y maialient pur ua butoie qui l'empêche de revenir au zéro. Quand on établit le courant, l'aiguille est prejetée au delà de n’ vers la droite : donc un courant sccondaire de même ss que le courant principal, s'est ajouté à celui-ci pour produire une dévistion de l'aiguille supérieure à la déviation normale : c'est l'evtra-courant direct,

3° Une variation quelconque du courant produit de même un effet d'induetion sur co courant,

1017. Propriétés des courants induits, — Les courants induits toutes les propriétés des courants voltaiques. Comme ceux-ci, Îls produisent des effets physiologiques, lumineux, ealorifiques, chimiques, et donnent eus mèmes naissance à de nouveaux courants induits. Enfin, ils font dévier l'alguille des galvanomètres et aimantent les barreaux d'acier quand on les Ouit passer dans un fil de cuivre enroulé autour de ces barreaux,

1018. Induction en circuit ouvert. — La force électromotmes développée par induction, qui donne naissance aux courant induits, prend naissance dans tous les éléments d'un fil coudue. leur, que ceux-ci constituent nn circuit fermé où bien un eiremil ouvert. Ainsi lorsqu'on déplace un morceau de fil AB (fig. #14) en relation avec un électromètre, entre les pôles d'un aimant en fer à cheval, on observe aussitôt une différence de potentiels entre ses extrémités, On peut mème charger ainsi un condensateur.

La bobine de Rubmkorff est une importante application de l'induction en cireuit ouvert.

1019. Analyse expérimentale de l'induétion. — 1° Production de La force électromotrice d'induction. — Si Von analyse un cas quelconque d'indne- Uon, en considérant exclusivement le champ magnétique de l'indueteur, on voit qu'une force électrorotrien prend naissance dans un élément de

Fig. 914, circuit chaque fois que colui-«i coupe des lignes de force en se dans le champ magnëlique, Celle foree Eeekramoksies » Un mére dirnée que

co déplacement relatif du ébaray ek de L'ékimmen, Considérons, par exemple, win conduekent veine NL Be Wenger À 2e

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déplaçant avec une vilesse uniforme vw dans uu champ magnèlique constant d'intensité H, de telle façon que la direction du fl et celle de la vitesse soient l'une et l'autre perpendiculairés à la diréetion du champ magnétique, tout en étant elles-mêmes perpendiculaires entre elles, L'expérience montre que, tant que dure le mouvement, le til est le siège d'une force électromotrice dirigée, dans le cas de la figure 914, de B vers À.

Si les extrémités À et B étaient réunies par un conducteur soustrait à l'indur tion et né contenant aucune force électromotrice, le cireuit ainsi constitué serait traversé par un courant constant dans le sens AA'B'B.

Si le fil est libre, il présente simplement des charges électrostatiques aux extrémités :

une positive en À et une négative égale en B. Ces charges cherchent à se neutraliser au travers du fil, et elles sont précisément maintenues par la force électromotrice d'induetion qui les a engendrées et qui ensuile fait uniquement équilibre à leur réaction.

2? Sens de la force électromotrice induite. — Règle du lire-bouchon de Maxwell, — Pour trouver le sens de cette Fig. M5.

force électromotrice d'induction, on suppose un observateur couché dans le champ suivant les lignes de force (fig. 915) qui lui entrent par les pieds, el regardant dans le sens du déplacement du conducteur : le courant qui se produirait dans AB, irait dé sa gauche à sa droite, Si le cireuit n'est pas fermé, l'extrémité voisine dé 4n

+) + ] I | ) il és

Fig. 16.

main droite se charge simplement d'électricité positive et l'autre extrémité d'électricité négative,

Maxwell a donné la rêgle pratique suivante : Le sens de la force électromotrice dans AB est celui dans lequel il faut faire tourner un tire-bouchon, qui serait planté dans l'aire ABA'B' (fig.914), pour qu'il s'enfonce dans le sens des lignes de force (fig. 946, 1 et I),

3 Caleul de la force électromotrice in tuile, — Soit à l'intensité du courant produit et N lu résistance totale du circuit, D'après la formule de Biot et Savart, l'action électromagnétique qui agit sur l'élément mobile est-égal à 4H. Le déplacement de AB en une secande étant égal à la Viesse v, \e mokent exkirieur a dépensé pour le produire un travail électromagnétique WW au sk égal 4 “ie,

or dut est la surface S décrite par l'élément AB dans le champ magnétique (tig. 914). Un a donc ES,

t= pi d'où la loi suivante, due à Neumann :

La quantité q d'électricité induite par un méme déplacement dans un même champ est indépendante de la durée du déplacement.

? Vérification expérimentale, — On fait passer la décharge induite dans un galvanomètre, où les mouvements de l'aiguille sont très visibles, comme le galvanométre de Bourbouze (fig. 917), L'aiguille reçoit une impulsion qui la dévie d'un certain angle, On démontre que celle impulsion est proportionnelle à la quantité q d'électricité produite, à la condition que la durée d'oscillation de l'aiguille, considérée seule, soit grande par rapport à la durée de la décharge", On vérifiera que la déviation est la mème pour la même modification inductrice apportée dans le système, quelle que sait la durée de cette modihication,

10%2.— Coetticient de self-induction et Coefticient d'induction mutuelle. — Le pro:

duit Hs reçoit souvent le nom de flux coupé pur AB (fig. 914). Le flux, embrassé dans son propre champ par an cireuit où passerait l'unité de courant, mesurée ce Fig. 917. qu'on appelle le coefficient de self-induction. Placé dans le champ d'un cireuit voisin, parcours par l'unité de courant, il embrasse un flux qui mesure le coefficient d'induction mutuelle des deux cireuils,