AIMANTATION PAR LES COURANTS

994. Aimantation de l'acier. — Un courant électrique produit autour (le lui un champ magnétique. Un corps magnétique placé

dans ce champ s'aimante comme il s'aimanterait dans un champ magnétirjue dû à un aimant. L'axe magnétiqae de Vaimant formé est dirigé saivint (i^m lignes de force du champ. ^H

"■■-^ Si l'on met une aiguille d'acier en croix

~'^-' avec un courant électrique, celui-ci transforme l'aiguille en un aimant dotil les pôles se placent comme ceux d'un aimant libre soumis à l'action du courant 970|, le pôle nord de l'aimant créé étant à li i gauche du courant (fîg. 865). I

Si le barreau est placé suivant l'aM d'un cadre rectangulaire ou circolaire recouvert de fil parcouru par un courant, toutes les spires agissent en concordance (983] ; l'aimantation augmente avec le nombre des spires et avec l'intensité du courant. D'après cela, on détermine une aimantation énergique en plaçant le barreau à l'intè-

Fig. 865.

Fig. 866.

rieur d'un tube de verre creux sur lequel est enroulé en hélice un fil traversé par un courant. Les lignes de force du champ magnétique du courant sont parallèles à l'axe de la spirale à l'intérieur de celle-ci;

ÉLECTntClTÉ DYNAMIQUE

Fig, 807.

le sens de l'aimantation est tel que les lignes de force de l'aimant

rennent la direction des lignes de force de la spirale magnétisante. Les pôles du noyau aimanté sont de même signe que ceux des mêmes extrémités de la bobine magnétisante (fig. 866). Le pôle nord Wà trouve à l'extrémité de la bobine en face de laquelle on doit te ^»cer pour voir le courant circuler en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre. Si l'on change le sens du courant, on change aussi le sens de l'aimantation.

Points conséquents. — Si, après avoir enroulé d'abord le fil con- ^Kteur dans un certain sens, on change le sens de l'enroulement

[flg. 867), une aiguille d'acier placée dans le tube pendant le passage d'un courant présente, outre les pûles des extrémités, autant de points conséquents qu'il y a de changements de sens.

995. Aimantation du fer doux. — Un barreau de fer doux, placé dans l'inlérieur d'une bobine parcourue par un courant, s'aitnante comme un barreau d'acier; mais son aimantation cesse presque ■jUèrement avec le courant.

Électroaimants. — La propriété que présente le fer doux de s'aimanter temporairement dans une bobine pendant le passage du courant, est utilisée dans la construction des éleclroaimants. ■Un électroaimant consiste en un noyau de fer doux sur lequel 8 enroule un fil de cuivre dont les différentes spires sont bien isolées les unes des autres par une enveloppe de soie et dont les extrémités sont reliées aux pôles d'une pile. Dès que le courant passe, le barreau s'aimante, un pôle nord prend naissance à l'une des extrémités, un pôle sud à l'autre extrémité. L'aimantation cesse avec le courant d'excitation.

rne des formes les plus usuelles des électroaimants est la forme de à cheval. Un fil de cuivre isolé s'enroule sur chacune des exlromilés et passe d'une branche à l'autre sans recouvrir la partie courbe. L'enroulement doit avoir lieu sur les deux branches de façon que les actions soient concordantes. Sur le noyau redressé le sens de l'en-

ÉLECTHICrrÉ DYNAMIQUE

les deux pôles par une pièce de fer doux K ou armature à laquelle on eut faire porter une charge considérable lorsque le courant passe

Fig. 870.

Fig. 871.

dans la bobine magnétisante (fig. 870).

Au lieu de courber en fer à cheval le barreau de l'électroaioiant, on se contente souvent de fixer sur une traverse de fer doux, appelée culasse, deux noyaux de fer doux parallèles (fiy- 871) ; on enroule le fil du courant successivement sur chacun des noyaux.

Magnétisme rémanent. — On nomme ainsi une aimantation faible que conserve le fer d'un électroairaant après l'interruplion du courant. Il se présente surtout avec les fers qui ne sont pas très purs. Quand l'armature vient en contact direct avec le noyau de l'électroairoant, le magnétisme rémanent empêche l'armature do se ilêtacher.

Ipn évite cette adhérence en interposant une feuille de carton entre rélectroaimant et son armature.

I Loi des électroaimajita. — Quand le noyau est loin de sa saturation, le degré d'aimantation d'un électroaimant est proportionnel à la force magnétisante du courant qui circule dans la bobine. Cette force mngnétisaiUe est indé[)endante de la section du fil et de sa nature ; ^Ule est proportionnelle à l'intensité I du courant et au nombre n des spires constituant la bobine. Un courant de 25 ampères circulant dans 4 spires dévt^loppe la mt^nie force magnétisante qu'un seul ampère parcourant 100 spires. Dans les deux cas la force magnétisante est dite de 100 ampéres-loars (le produit ni se nomme le mbre d'ampères-tours).

^toi

Choix du fil d'un ùleciroainiant. — Si l'on intercale un électroaimant dans circuit dont la force élcctroinotrice et la résistance sont données, l'élecaimant agit par son (11 pour auf^enter la résistance du circuit et diminuer

l'intensité du courant ; il en résulte que l'accroissement du nombre des i »'a pas toujours pour résultat d'augmenter la puissance de l'électroaig Dans un circuit trôs résistant, l'accroissement du nombre des spires ne doa lieu qu'à une faible diminution de l 'intensité et il y a alors avauitav^e i, emplo des hélices magnétisantes à Pil long et fin. Dans un circuit pou résiatut^ l'eQet magnétisant de chaque spire éprouvera une diminutioa très notable ti l'on accroit beaucoup leur nombre.

996. Flux de force d'un électroalmsuit. Perméabilité magnétique — L'introduction d'un barreau de fer doux dans une bobine parcourue par un courant a pour elTet d'augmenter considéra-

«^if»»-

Fig. 872.

blemenl le nombre des lignes de force ou le flux de force qui traverse la bobine (fig. 872 et 873).

Par analogie avec ce qui se passe pour un solénoïde (975; noyau de fer, où les lignes de force sont des courbes fermées Irave

Fig. 873.

sant l'intérieur en ligne droite, on admet ici que les lignes de force extérieures à l'électroaimant se continuent dans le noyau en suivant son axe, exactement comme elles traversent un solénoïde sans noyau. Ce flux mesure l'intensité de l'aimantation (887).

Supposons un noyau de diamètre suffisant pour remplir exactement une bobine, on appelle coefficient de perméabilité du fer le rapport entre le flux qui traverse la bobine lorsqu'elle renferme le noyau etj flux qui la traversait avant l'introduction du noyau.

Le coeflîcient de perméabilité du fer varie de 100 à 3000.

Par exemple, dans une bobine longue, on démontre que le flux <

ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE

force (exprimé en unités magnétiques) est égal a

47cnIS 10/ '

l'introduction d'un noyau : n étant le nombre total des spires, l la lon^eur de la bobine, S sa section, 1 l'intensité du courant en ampères; après l'introduction d'un barreau de même section, le

flux devient — . .— ; ji. est le coefQcient de perméabilité magné- 8que,

1997. Comparaison d'un solénolde et d'un aimant creux. — Un lindre de fer doux placé à l'intérieur d'un soléiioide traversé par un count s'aimante comme le sulénoide (fig. 874), son pôle sud siégeant à la même

Fig. 874.

Fig. 87S.

extrémité que le pôle sud du solénoide, mais le même cylindre de fer doux introduit dans un aimant creux s'aimante en sens inverse de l'aimant.

i Vi I*

Cette dilTérenoc s'explique par l'assimilation d'un aimant à un faisceau de lénoides (981). Les courants intérieurs de l'aimant creux, les plus voisins lu fer doux introduit, sont en effet opposés aux courants extérieurs (fig. 875). La considération des lignes de force magnétiques conduit à la même conséquence.

8iU

COnRS DE PHYSIQUE

La direction des lignes de force qui détermine le sens de l'aimantation inverse à l'intérieur du solénoide (en ab) (Gg. 876) et à l'intérieur d'ani mant creux (en ab') (flg. 877).

998. Circuit magnétique. — On admet que les lignes de force des éleetroaimants forment des courbes fermées (883) : on donne le nom de circuit magnétique au trajet qu'elles parcourent. Le flux de force qui parcourt an circuit magnêliqiie est le même dans tout ce circuit; il est lié à la force magnétisante et à la composition du circuit par une relation qui a la lonDe de la loi d'Ohm :

cette relation exprime que le flux magnétique est égal au quotient de la forw magnétisante KnI par la résistance magnétique.

La résistance magnétique est la somme des résistances magnétiquM ih circuit ; si le circuit est formé d'un anneau d'égale section sur toute m circonférence, de longueur /, de section s, et de perméabilité v-, sa résisiinu

magnétique est — ; la résistance est S — , si le circuit comprend diveru»

portions de longueurs, sections et perméabilités difTérentes.

A cause de sa faible perméabilité, un intervalle d'air réduit dans une fort proportion le flux magnétique qui parcourt un circuit magnétique (925)

999. Différence entre un aimant et on électroaimant. — Dansi aimant permanent en acier, le (lux magnétique est fixe. Quand on appro une armature d'un aimant permanent en fer à cheval, le flux de force pu^ court l'armature au lieu de s'épanouir dans l'air à la sortie des brandves.

Dans le cas d'un électroaimant, pour une même force magnétisante, le fliu n'est pas fixe. En approchant une armature d'un électroaimani, on diminue la résistance magnétique du circuit (998), et on augmente ainsi notoblemeni le flux qui passe à travers le noyau de l 'électroaimant.

APPLICATIONS DES ÉLECTROAIMANTS

1000. Sonnerie électrique & trembleur. — Description, — 1 électroaimant en fer à cheval est assujetti sur une planchette verticale. En face de ses pôles est disposée une armature de fer doux t que supporte une lame métallique élastique fixée inférieui^menl. L'armature se prolonge par une tige munie d'un marteau M qui peut frapper un timbre T. Au repos, le fer doux se trouve à une petite istance de l'électroaimant, et la lame élastique le maintient appuyé outre un ressort r qui établit la communication avec l'un des p6le>

ÉLECTRICITÉ DYNAMIQUE

d'nne pile. La lame élastique communique avec l'autre pôle de la pile par le fil de lelectroaimant (fiff, 878).

Fig 878.

^Fonctionnement. — Quand le circuit tie la pile est ferrat-, le couit arrive en A, passe par le ressort r tl la pièce de fer doux e, iverse le fil de IVIeclroainiant et retourne à la pile par B ; mais le Bsu^e du conranl aimante l'électrouiiuanl qui iitlin- le fer doux e [1 écarte du ressort r. Le courant est alors interrompu, l'électrolanl se drsniniaute, cU'atlraction cesse; par l'action do la lame islique, le contact se rétablit entre le fer doux et le ressort, ce qui rme d<-' nouveau le circuit et ainsi de suite. On obtient une succespa de chocs contre le timbre qui peut servir d'avertissement [Pour faire fonctionner la sonnerie d'un point situé à distance, . la fait communiquer avec la pile par un fil qui passe en ce point \y présente une interruption ; il suffit, pour produire un appel, de fermer le circuit en appuyant sur un bouton P qui met en contact les dieux tronçons a et r du fil (fig. 879).

1001. Télégraphie électrique. — C'est sur le fait de l'aimantation du fer doux par le passage d'un courant et de sa désaiman-

^tion lors de l'interruption qu'est fondé le télégraphe électrique.

■ L'ensemble d'un télégraphe électrique comprend : 1° une pile;

V des fils métalliques ou fils de ligne reliant les stations ; 3° un

mianipalalear servant à produire les signaux; 4' un récepteur recevant les signaux.

Pile. — On se sert de piles formées d'un grand nombre d'élft> ments Daniell disposés en série. Ces éléments donnent an courant très constant ; leur résistance est sans inconvénient, car le circuit

télégraphique est lui-même habituellement résistant {926, I).

Fil de ligne. — Au lieu de fil de cuivre, dont le prix est élevé et la résistance à la rupture insufllsante, on emploie souvent un fil de fer de 4 millimètres de diamètre. Ce fil /" réunit le manipulateur de la station de départ au récepteur de la station d'arrivée. 11 est fixé sur des poteaux (fig. 880) à l'aide de pièces isolantes en porcelaine A. La résistance de ce fil est de 10 ohms environ par kilomètre.

Fig. 880.

Manipulateur de Morse (fig. 881). — C'est un interrupteur de courant de forme très simple. 11 consiste en un levier métallique mobile autour d'un axe horizontal A qui est en communication per»

manente avec le fil de ligne L; une borne d fixée sur le socle de l'appareil communique avec le pôle positif de la pile. Un ressort f maintient le levier à distance de la borne d. Quand on appuie Pj„ gg, sur la poignée M, le levier

s'abaisse, et une pointe métallique l vient loucher la borne d et fermer le circuit. En appuyaal sur la poignée pendant un temps variable, on envoie dans le fil de ligne un courant plus ou moins long.

Récepteur de Morse (fig. 882). — C'est l'appareil qui inscrit les signaux envoyés par le manipulateur. Il se compose d'un levier horizontal MN, dont une exlrémilc porte une pièce de fer doux D qui sert d'armature à un électroaimant vertical. Le levier oscille autour d'un axe fixe O, et se termine par une pointe p qui lui est adaptée obliquement (fig. 883). Quand Je courant passe dans l'électroaimant, celui-ci s'aimante, attire l'armature et fait basculer le levier autour de son axe ; la pointe sèche p de l'extrémité du levier est soulevée contre un

ÉLECTRICITÉ Dï-NAMIQDE

ruban de papier AC emmagasiné sur un dévidoir et entraîné entre deux cylindres pleins E et F qui tournent autour de leurs axes par l'action d'un appareil d'horlogerie contenu dans la boite K. Par la

Fig. 882.

pression de la pointe, la bande de papier s'appuie contre une petite

^b roue m ou molette imprégnée d'encre d'imprimerie qui trace sur le

papier des traits d'une longueur variable avec la durée de l'attraction

^H de l'armature. La molette est encrée par un tampon en feutre qui repose sur elle. Le guide B, très mobile sur son axe, maintient la bande A tendue au-dessous de la molette.

Fig. 883.

COCnS DS FRl'SIQDE

L'éleclroaimanl se désaimante dès que le courant n'y passe plus. Un ressort antagoniste R maintient alors la pointe p à distance de la bande de papier en ramenant le levier à sa position normale.

Pour que le jeu du levier n'ait pas trop d'amplitude, on le limite à l'aide de vis V et V entre lesquelles vient buter le prolongement du levier.

Signes. — On n'emploie que deux signes difTérents : le pointa^ correspond à un passage du courant extrêmement court, et le irùl, plus étendu, auquel on donne toujours la môme longueur. En combinant ces deux signes de différentes manières, on forme un alphabet de convention. Les mots sont séparés par un intervalle plus grand que les signes qui forment les lettres. ^H

Les signaux Morse peuvent être entendus sans être inscrits. Ls^l seul choc de l'armature contre les butoirs produit un son intelligible pour l'employé exercé qui sait distinguer les signaux longs et les signaux courts. Dans le cas où l'inscription de la dépêche n'a pas d'utilité, le récepteur peut ainsi être réduit à un électroaimant m de son armature.

Communication par un seul fil. — Un seul iil suflît pour établir une communication télégraphique entre deux stations. A la station de départ, on joint le pûle négatif de la pile à la terre par une plaque de cuivre qui plonge dans l'eau d'un puits. Le pôle positif va au manipulateur. Un fil de ligne isolé réunit le manipulateur au récepteur de la station d'arrivée. A la sortie du récepteur, le fil se termine par une plaque de cuivre plongeant aussi dans l'eau d'un puits. Cette disposition procure l'économie de la moitié du fil, et a aussi l'avantage de permettre l'emploi de piles moins puissantes, car la terre offre moins de résistance au courant qu'un fil métallique ayant la longueur de la ligne.

Installation des postes télégraphiques (Gg. 884). — Deux stations télégraphiques sont réunies par un fil de ligne. Chacune des stations comprend une pile, un récepteur et un manipulateur, et peut suce* sivement lancer ou recevoir une dépêche.

Si le manipulateur est au repos à la station B et abaissé à la station A, le courant passe de la pile P au levier b, puis en i au fil de ligne W, gagne le récepteur de la station B en passant par i' et d' et enfin se rend au sol. Le contact c' est attiré, et la pointe p' appuie contre la molette m'. Dans ces conditions, la station B reçoit one dépêche.

C&bles souterrains et sous-marins. — Le (11 des lignes souterraines est formé de plusieurs fils de cuivre tordus ensemble et recouverts d'une couche épaisse de gutta-percha que protège une enveloppe de plomb.

Les câbles des lignes sous-marines (fig. 885) sont formés d'un faisceau de sept fils de cuivre C assemblés en cordelette, recouverts d'une épaisse couclie isolante G et protégés par un rcvêlcment extérieur de fila de fer F. Ces derniers sont environnés chacun d'un ruban de chanvre goudronné et tournés en spirale autour du noyau du câble.

Un câble sous-marin forme tin vaste condenaateiir dont le conducteur central est l'armature interne, ei l'enveloppe métallique protectrice l'armature externe. Ce conducteur doit se charger avant que le courant puisse parvenir au récepteur. 11 en résulte un grand ralentissement dans lu transmission. On prend dans ' i

^as un récepteur très sensible : c'est un galvanomcirr i

Bliroir. Un manipulateur â la station de départ met le

^1 de ligne en communication tantôt avec le pôle positif, tantôt avec le pèle négatif de la pile, ce qui donne des déviations à droite et à gauche que l'on fait correspondre au point et au trait de l'alphabet Morse pour former avec les mêmes conventions les lettres de l'alphabet.

Transmetteur multiple. — Pour augmenter le nombre des dépêches transmises en un temps donné, on fait usage de transmetteurs multiples qui permettent d'envoyer en môme temps plusieurs dépèches par le même fil.

A la station de départ, un distributeur met tour à tour en communication avec le ni de ligne pendant des temps très courts six manipulalcurs maacBO» vrés chacun par un employé; six dépêclies se suivent sur la ligne.

A la station d'arrivée, un distributeur répartit entre six récepteurs distincts les portions respectives de chacune dos dépèches.

Applications. — 1* Une bobine a .'lU cenUmotres de lonfi^eor et 2 centimètres de diamètre; elle est couverte de 300 tours de &I: oo y lait paiser un courant de 2 unpères. Quelle est la valeur du flux de force intérieur?

2* Dans quel rapport croit le moment magnétique d'un électroaimant, si l'on porte le nombre des tours do fil de 200 à 7^0, l'intensité du courant ne variant pas?

3* Le courant d'une pile de 12 ëlénncnts Danioll disposés en série traverse un fil télégraphique de 120 ohms. Quelle est l'intensité? Résistance intérieure d'un élément. 0,6 ohms; force électromotrice t,l volts.

4* La résistance spécifique de la gutta-percha étant 2.I0>*, calcnler le nombre d« coulombs qui traverseront en un siècle une lame de gutta-percha de I centimMre d'épaisseur et de 1 mètre carré do surface, dont les deux faces sont recouvertes d'étain et reliée* ani deux pAles d'une pile de 100 éléments Danicll.

b' On a 54 éléments de force électromotrice 1',! et d'une résistance de 2 obma; canment faut-il les grouper pour avoir le courant maximum dans nne ligne t^IégrapU^e de 12 ohms?

fi' Un lil de ligne a nne résistance de 100 ohms entre deux stations S et S'. En S il est relié à une pile d'une force éleclromutrice de SO volts et d'une r^istance intotionre de 10 ohms; on S' il se termine par un récepteur d'une résistance de 20 ohms. An milieu du fil, un accidenta établi une communication imparbite avec le sol d'une résistance de 10 ohms. — Quelle était l'intensité du courant avant l'accident? Quelle sera l'intensité Ij du courant entre la pile et le lien de l'accident? Qoelle sera l'intensité i] do coorant auprès du récepteur?