Expérience d'Œrsted

ma^élique un fil métallique au-dessus d'une ai^^uille aimantée mobile sur un pivot et en équilibre, l'aii^uille est dé-

(iée dès qu'on fait passer un Durant dans le fîl[iii<- 805). Le tos de la déviation chanfije si on renverse le sens du courant f".

L'orientation des pôles dépend de la position du conducteur et du Sens du courant; Ampère a formulé une règle simple qui fait, connaître is tous les cas le sens de la déviation : l'aimant tend à se mettre

^IflPS

(1) Pour renverser le sons d'un courant, od lait usage de commutaUiuni. L'un des plus

«impies (fig. 807) consiste en un discjua d'ébonilo que Ton peut

Càira tourner sur son axe à l'aide d'un mancho M entre doui

arrêts b et b'. Sur la face supùrieuro de te disque sont Tixées

d«ux pièces mélalliciues : l'uni-, LL', recourb(i<> on fera cheval,

communique d'une façon pr^rmaneote avec le pAle nëgatif II do

la pile ; l'autre P, isolée do la prdcidonto, part du centre et

forme un rayon du disque, elle communique par l'axe de rotation

avec le pAle positif B'. Ces deux piices peuvent frotter contre

deux lames élastiques de cuivre adaptées i deux bornes C et C

qui servent de point d'attache au circuit extérieur.

Dans la position do la figure, le courant va de B' à l'axe; par la picce centrale P, il gagne l'un des ressorts et ta borne C, tmvorso le circuit extérieur, revient à la borne C, puis au bras t., et enfin à \ti berne I< qui le ramène à la pile.

Quand le disque est tourné de munivre que le manche M soit A égale distance dos arrêts 6 et b', il n'y a plus contact avso )•■ ressorts, le courant ne passa plus, et l'appareil fonctionna comme interrupteur.

Enfin, on peut tourner le disque do manière à, faire appuyer L' sur le ressort qui aboutit en C et P sur le ressort qui aboutit en C, ce qui rend positive la lame C et gative ta borne C ; le sens du courant est alors renversé dans le circuit extérieur.

en croix avec le courant et son pôle nord se porte à la gauche da courant. La droite et la gauche du courant sont la droite et la g^auclie d'un observateur couché le long du conducteur, nageant dans le sens du courant, la face tournée vers l'aimant (908).

L'aimant ne se met en croix avec le courant que si le courant est très intense. C'est l'action directrice de la terre qui limite Udévi»lion et tend à ramener l'aimant dans le méridien magnétique ou parallèlement au conducteur. En efTet, si l'on prend une aiguille aimantée mobile autour d'un axe qui passe par son centre de gravité et qui est parallèle k la force magnétique, l'aiguille est soustraite à la fois à la pesanteur et à la force magnétique terrestre, et elle se met toujours en croix avec le courant.

971. Champ magnétique d'un courant. — L'action d'un couraol sur une aiguille aimantée étant une action magnétique, on peut (lire qu'un courant crée autour de lui un champ magnétique analof^eà celui que produirait un aimant. Comme pour les aimants, ce champ magnétique est révélé par des spectres magnétiques.

Spectre magnétique d'un courant rectiUgne. — Si l'on Jette de la limaille de fer sur une feuille de carton horizontale percée d'un trou

où passe un conducteur vertical xj parcouru par un courant, les particules de limaille deviennent ^^ petits aimants f995) sous l'influen*^ du courant; si l'on facilite le pro"*' pement par de petites secousse*' elles se disposent en circonfêren-^^' ayant pour centre La trace du > (fig. 80G). Ces circonférences p^^^ pendiculaires à la direction du c&--*^ ranl figurent les lignes de fo^^ du champ magnétique; le spec — magnétique qu'elles forment re ^^ le même quand on fait glisser """^

carton le long du fil en le ma^^^'^

La tenant perpendiculaire au fil.

direction des aiguilles aimantées ns, n's' indique de quelle fi

s'orientent les pdles des particules. Les flèches figurent les ligm

force : ces lignes parcourent intérieurement les petits aimants for^e^^^

par la limaille en allant de leur pôle sud à leur pôle nord (883J.

(i^èri^r>i%^S^

Fig. B06.

rce (r< isie 'la

m de

ÉLBCTniCITÉ DYNAMIQUE

Dans l'expérience d'Œrsted, la ligne des pâles de l'aimant dévié se place de façon à èlre tangente à la ligne de force au point de l'espace où se trouve l'aimant.

Spectre ma^rnëtique d'un circuit plan. — D'après la règle d'Ampère, un conducteur formant un circuit plan et entourant une aiguille aimantée exerce sur elle, par tous ses éléments, une action de même

fns (908).

Cette action tend à placer l'aiguille en croix avec chacun des côtés du cadre, par suite la fort-e exercée sur chaque pôle est perpendicuire au plan du cadre et dirige le pôle nord à gauche du courant.

■".1 '''r.'vsv ••■?;-"---'

Fig. 80H.

On obtient la direction des lignes de force du champ magnétique dû au circuit en plaçant son plan verUcalement et en jetant de la iimaille sur un carton horizontal traversé par le cadre (fig. 808).

Le système des lignes de force est semblable à celui que produirait Une plaque aimantée, de faible épaisseur, ayant son axu magnétique Hvpendiculaire au plan du cadre et son pôle sud en avant de la figure. ^ette analogie est précisée par le théorème d'Ampère.

THÉORÈME DAMPËRE

972. Un petit circuit fermé parcouru par un courant exerce U même action magnétique qu'un aimant dont l'axe serait Tmal au plan du courant et le moment égal à tl, s étant

^ surface enveloppée par le circuit et 1 l'intensité du courant. Le pôle nord du petit aimant équivalent (fig. 809) est situé a la gauche du courant.

M Fig. 809.

iS— ,

4yQuC//

Équivalence d'un circuit et d'un feuillet magnétique. -

Le théorème précédent peut être étendu à un circuit fermé de forme quelconque.

Par le contour du circuit BCDE faisons passer une surface, et coupons-la par deux systèmes de plans, les plans de chaque système étant parallèles entre eux et très voisins ; nous la décomposons ainsi en circuits très petits tels que abef. Supposons les contours de ces petits circuits parcouros par des courants de même «n»el de même intensité que le courant du contour primitif (Rg. 810).

Chaque ligne de séparation sur un circuit intérieur est parcourue par deux courants égaux et de sens contraires dont les extérieures s'annulent. Les ■ tions des éléments situés contour subsistent alors seules, Il reviendra donc au même de considérer l'action du courant ei-j térieur ou de lui substituer lo8 les petits circuits provenantde la subdivision. Puisque chacun des petits circuits peut être remplace «" point de vue de son action magnétique par un petit aimant qui lui est normal, l'ensemble produira le même effet qu'une lame raa^^ tique de faible épaisseur, aimantée transversalement, ou feulU*' magnétique, de même contour que le circuit et ayant sa face no^ à la gauche du courant. ^|

Cette assimilation est extrêmement importante, nous allons la suivre dans ses conséquences. Elle nous permettra d'expliquer 1<!S actions électromagnétiques d'un courant comme on explique '^i actions magnétiques d'un aimant. ^f

973. Support des courants mobiles. — Pour rendre un co^ rant mobile on se sert d'un support spécial (fîg. 811). ^|

Sur un socle muni de vis calantes sont fixées deux bornes A et D ; entrant par la borne A, le courant se dirige par un conducteur cache

Fig. 810.

ÉLECTRICITÉ DYNA.MIQUB

SOUS le socle dans une lige de laiton centrale surmontée d'une coupe en acier a qui renferme du mercure. De la coupe a, le courant suit le

conducteur mobile, revient dans un godet annulaire en ébonite V, contenant du mercure et assujetti autour de la partie supérieure de la tige centrale. Le fond du godet communique par des vis en fer avec un cylindre métallique creux T qui entoure la tige centrale sans la loucher et est relié à la borne de sortie D.

L'équipage mobile (fig. 812] est formé d'un disque en ébonite K

Fig. 811.

Fig. 812.

>rtant deux bornes B et C auxquelles aboutit le conducteur en expé- Hence. Une lame en laiton relie la borne B au centre O, qui repose par une pointe n sur le fond de la coupe a ; la borne C se continue par une autre pointe plus longue m qui plonge dans le mercure du ^odet annulaire V.

De la coupe au godet, le courant suit la route anOB... CmV.

Le disque d'ébonite porte des tiges t, munies de curseurs p, que l'on règle pour amener le centre de gravité de l'équipage mobile audessous de la pointe qui sert de pivot et pour rendre le disque horizontal.

'974. Action de la Terre sur un cadre traversé par un courant. — Tant qu'il n'est pas traversé par un courant, le circuit mobile reste en équilibre dans toute position où on le place. Mais si l'on relie les deux bornes A et D aux deux pôles d'une pile, le cadre

ee met en mouvement et après quelques oscillations se fixe dans une position qui est toujours la même (fig. 813). Le plan BMNC du cadre s'oriente, perpendiculairement à la direction de l'aiguille de ilécii- „ , naison au lieu où l'on se trouve. ■

L'orientation est la même, quelle qae soil la forme du circuit : plan, rectangalairc, circulaire ou quelconque.

Cette orientation est due à l'action de la Terre, elle résulte de ce que le circuit fermé se comporte comme un feuillet maL,'nélique (972), formé de petits aimants dont iesat sont perpendiculaires au plan du cadre. Les axes de ces aimants parallèles se diri); comme l'axe d'une aiguille de déclinai»

Le courant a donc une face nord et une face sud. La face nord est à la gauche du courant; un observateur placé devant U face nord y voit le courant circuler en uni inverse du mouvement des aiguilles d'une montre.

Si le cadre est mobile autour d'un aie horizontal, perpendiculaire au méridien magnétique et passant par le centre de gravité du cadre pour le soustraire à l'action de la pesanteur, son plan se dirige perpendiculairement à l'aiguille d'inclinaison; c'est eneflet suivant l'aiguille d'inclinaison que se dirigeraient les axes magnétique» des petits aimants du feuillet équivalent.

Systèmes astatiques. — Les équipages mobiles représentés ] les figures 814 et 815 ne sont pas susceptibles d'être diriges par 1» Terre. Ils sont équivalents à un système asiatique de deux barreaux

Tlg. 813.

Fig. Kti.

Fig. 815.

ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE

également aimantés, car ils comprennent deux surfaces planes égales sur le contour desquelles le même courant circule en sens contraires.

Action d'un barrean aimanté sur un cadre. — Si l'on approche on barreau aimanté d'un cadre traversé par un courant mobile autour d'un axe vertical, il y a répulsion lorsque les faces en regard de l'aimant et du courant (ou du feuillet équivalent) sont de môme nom, attraction lorsqu'elles sont de noms contraires.

975. Solénoïdes. — Un solénoïde est un ensemble de courants circulaires, égaux, très rapprochés, parallèles et équidistants, ayant leurs centres sur une droite et parcourus par un courant de même ■ans.

Pour réaliser un solénoïde, on enroule sur la surface d'un cylindre

Fig. 816.

jm fil conducteur en hélico à spires serrées ; les deux bouts libres sont repliés parallèlement à l'axe et ramenés au milieu du cylindre. Les deux extrémités du lil sont fixées aux bornes B et C [fig. 816) du disque d'ébonite dont les pointes reposent sur la coupe et le godet annulaire du support à colonnes concentriques déjà décrit. Chaque spire de l'hélice équivaut à un cercle perpendiculaire à l'axe relié au cercle suivant par un courant rectiligne égal au pas de l'hélice. Les parties rectilignes traversées par des courants de sens contraires sont égales. De même que les courants circulaires qui le constituent, un solénoïde traversé par un courant possède toutes les propriétés d'un aimant et exerce comme lui des actions directrices, des actions attractives et actions portantes.

Spectre d'un solénoïde. — Quand on plonge un solénoïde dans la aille de fer, les grains de limaille adhèrent aux extrémités; elles détachent quand on interrompt le courant.

Si l'on pose un disque de carton sur un soIénoTde, normalement à l'axe, la limaille se groupe autour de l'extrémité comme autour dti pôle d'un aimant : les lignes de force rayonnent dans tous les seos.

Suivant l'axe d'un solénoïde horizontal plavons un carton sur nous jetons de la limaille : les lignes de forces du solénoïde sont rondnaes [&g. 817). Elles forment, à l'intérieur du solénoïde, un faisceau parallèle à l'axe, elles divergent aux extrémités et entourent le solénoïde en sortant par son extrémité nord pour rentrer par sonextréi sud. Elles figurent le flux Je force (885).

Orientation d'un 801énoId«. — Si l'on suspend horizontalement i

solénoïde sur le support à coluanes si on l'abandonne, on le voits'orientifi Les forces directrices exercées par 1« Terre sur chacun de ces courants plans s'ajoutent. L'axe du joUnoîde prend la direction de l'aiguille dt déclinaison. C'est toujours la même extrémité Ndu solénoïde qui sedirigl vers le nord. On l'appelle pôle nord.

On nomme pôle sud l'extrémité qui dirige vers le sud (fig. 818).

La face nord est à la gauche du «m* rant, ou ce qui revient au même, u»

observateur qui regarde le pôle nord N y voit le courant circuler en f"" inverse du mouvement des aiguille* d'une montre. Le solénoïde se retourne si l'on renverse le sens du courant.

Fig. 8t8.

ELECTRICITE DYNAMIQUE

L'axe d'un solénoide entièrement libre et soutenu par son centre de gravité se dirige parallèlement à l'aiguille d'inclinaison. Le pôle qui plonge est le pâle nord (867).

Action d'un aimant sur un solAnoTde. — Au pAle nord d'un solé- Boide mobile, parcouru par un courant, on présente le pûle nord d'un •imant, il y a répulsion (fig. 819) ; il y a attraction, si on lui présente le pdle sud.

Kg. 819.

Les actions des pâles en présence sont les mêmes si l'on présente à Une aiguille aimantée mobile sur un pivot un solénoide tenu à la main et parcouru par un courant.

■ Action d'un courant sur un solénoide. — Un courant agit sur un «olénoïde comme sur un aimant. Sur un solénoïde mobile parcouru un courant et orienté dans le méridien magnétique, on fait agir

Fig. 820.

Un courant rectilignc flxe, parallèle à l'axe du solénoTde : le pôle nord du solénoide est dévié à la gauche du courant et tend à se mettre «o croix avec lui (fig. 820). Comme dans le cas d'un aimant (970) < c'est l'action directrice de la Terre qui limite la déviation.

Électrodynamomètre. — Au centre d'un miillipli'cateur orienté tiant le méridien magnétique est mobile horizontalement un solénoide parcouru par un courant constant. Par l'action de la Terre sur le cout>ant du solénoide, celui-ci se dirige parallèlement au multiplicateur. Si le multiplicateur est à son tour traverse par un courant, le solékiolde est dévié comme un aimant, et sa déviation peut mesurer l'intenwùté du courant qui parcourt le multiplicateur.

U. Ampère, auqael sont dues la plupart des expériences qui vi la découverte d'Œrsted. avait pris pour point de départ les i mutuelles des courants et avait été conduit par cette voie à r le théorème fondamental de l'assimilaLion d'un courant à un

magnétique (972).

que dans la pratique il soit plus avantageux d'attribuer des kés magnétiques aux courants, et par conséquent de faire dériver ctions extérieures de celles des aimants, nous allons rappeler iode d'Ampère, phénomènes de l'électrodynamique ou les actions des courants

courants se déduisent de trois expériences fondamentales dues ère.

Ixpérience des courants parallèles. — Deux courants lies et de même sens s'attirent. Deux courants parallèles et de <nlraires se repoussent.

ions un circuit rectangulaire soutenu par le support déjà décrit

Fig. 822.

!t pouvant tourner autour tl'uti axe vertical. D'une branche ver-

lu rectangle on approche un conducteur vertical traversé par

ranl et maintenu fixe : il y a attraction du conducteur mobile

eux conducteurs parallèles voisins sont de même sens, répulsion

nt de sens contraires (fig. 8'22).

■end l'action plus forte en prenant pour conducteur fixe un fil

rre recouvert de soie, enroulé un certain nomlire de fois sur un

Je bois rectangulaire et formant ainsi un multiplicateur.

r n'avoir pas à se préoccuper des perturbations que pourrait

COURS DE PHTSIQUB

faire craindre l'action de la Terre sur le cadre mobile, on doit employer pour conducteur mobile an conducteur asiatique.

2* Expérience des courants angrulS'ii'es- — Deux conranU rectilignes faisant un angle s'attirent s'ils s'éloignent on s'approchent

Fig. 823.

tons les deux de leur point de croisement ou de leur perpendicaUirt commune (fig. 823) ; ils se repoussent si Fun s'en approche tanditque l'autre s'en éloigne (fig. 824).

Fig. 824.

Pour la démonstration, on fait usage d'un cadre mobile tel que celui de la fig. 815, mais au lieu de présenter le conducteur fixe MN partilèlement à l'un des côtés verticaux du rectangle, on le place au-dessos du côté horizontal supérieur et dans un plan parallèle ; le cadre tonne jusqu'à ce que le côté horizontal supérieur soit devenu parallèle an conducteur fixe et de même sens.

3° Expérience des courants sinueux. — Deux courants ig»^ et de sens contraires produisent des actions égales et de sens contrùrei, et [effet total est nul.

Un courant sinueux produit le même effet qg'un courant rectUig'^ de même intensité et de même sens, ayant les mêmes extrémiUs «' dont il t' écarte très peu.

En présentant à un conducteur mobile le système d'un fil condac* leur replié de telle façon que les deux branches très yoisines soient

ÉLBCTRICITF. DYNAMIQUE

les par des courants contraires (fî)^. 825), ce système n'a pas Le résultat est le même si l'on remplace l'un des deux (ils

'/ sinueux qui s'écarte très peu du ^

igné [fig. 826); les actions de la

ctiligne OB et de la partie sinueuse

ic éjrales.

ctions électrodynamiques, comnft

ns électromagnétiques, diminuent

té quanti la distance entre les con-

' augmente. Elles s'exercent aussi à

iifférents corps interposés entre les

mrs : lame de verre, plaque de bois

1, etc.

ropositions fondamentales d'.-Vmpère

pour expliquer les principaux phé-

électrodynamiques indépendam-

l'assimilation d'un cuurant à un

Nous allons appliquer celte méthode

les cas particuliers. Fig. 8î5. Fig. 826.

Actions d'un courant horizontal rectilipie et indéfini. — tation d'un conducteur vertical fini. — Soit un courant horiidC'fini allant de X :t soit un élément (le .. z

vertical ascendant ile autuur d'un axe Hèle à sa direction J) ; menons la peraûre CD commune , courants (fig:. 828) ; ta DX et D Y exercent par raison de symô-

forces égales appli-

i milieu O de l'élé- '' es forces sont contre'est une attraction

Kurants angulaires AB et DY qui s'éloignent b, la fois du la perpen- >niniune, et une répulsion pour AB et DX dont l'un s'approche te l'autre s'éloigne. Les forces F et F' sont dans le plan OXY; la D, qui est perpendiculaire à XY d'après le théorème des trois peraires, est dans ce plan et bissectrice de l'angle GOE, et par suite per* aire ti la diagonale OU du losange de F et F'. La résultante OR est ollèlc il .\Y, et le courant ascendant AB est sollicité par une force

et de même sens que le courant fixe. Cette force OH reste parallèle

à XY pendant le déplacement de AB ; lorsqu'elle rencontre l'axe ZZ', elle esi détruite par la résistance de cet axe, ce qui a lieu lorsque A.B est daix un

Kig. KiK.

plan vertical parallèle au plan vertical mené par XY et du coie ou sedlri^ ce courant. Si le courant AB était descendant, il se placerait en équilibre de l'autre coté.