CHAPITRE VIL

ACTION DES COURANTS ÉLECTRIQUES SUR LES "AIMANTS

338. Déviation de l'aiguille aimantée par le courant voltaïque. Loi d'Ampère. —

C'est en étudiant l'action du magnétisme terrestre sur les solénoïdes et la manière dont les solénoïdes agissent les uns sur les autres que nous avons été conduits à rapporter les phénomènes magnétiques à des courants circulaires élémentaires. En même temps notre attention s'est portée sur les mouvements qu'un courant rectiligne imprime à un solénoïde placé dans son voisinage. Ici se pose encore la question de savoir si, sous ce dernier rapport, il y a identité entre les solénoïdes et les aimants; la réponse étant affirmative, elle fournit un argument d'une grande valeur à l'appui de la théorie que nous avons donnée du magnétisme.

Nous avons déjà eu l'occasion de montrer comment l'aiguille aimantée permet de reconnaître la présence des courants électriques et d'en mesurer l'intensité (cf. § 310, pp. 584 et 585); mais nous n'avons pas encore étudié le mode d'action des courants sur l'aimant. Œrsted est le premier qui ait démontré l'influence des courants sur les aimants, en 1849, avant même qu'on eût découvert les phénomènes électro-dynamiques dont il a été question dans le chapitre précédent. Le physicien danois fit voir que, si on dispose un fil métallique traversé par un courant parallèlement à une aiguille aimantée mobile sur un pivot et placée dans le méridien magnétique, celle-ci quitte sa position première et se met en croix avec le .courant. Ampère réunit dans un seul énoncé les différentes circonstances du phénomène et formula la loi qui préside au sens de la déviation de l'aiguille aimantée. Si on imagine un observateur couché dans le courant, regardant l'aiguille aimantée et placé de telle sorte que le courant entre par ses pieds et sorte par sa tête , la loi d'Ampère s'énonce ainsi : le pôle nord ou austral de l'aiguille aimantée est dévié à la gauche du courant. Nous avons vu dans le § 337 que cette même loi s'applique aux solénoïdes. L'action des courants sur les aimants se trouve ainsi ramenée à la loi fondamentale de Félectro-dynamique sur l'attraction et la répulsion des courants.

339. Emploi de l'aiguille aimantée pour mesurer l'intensité des courants. Boussole des tangentes et boussole des sinus. — L'emploi de l'aiguille aimantée est, comme on l'a dit §.310, le moyen le plus. commode pour mesurer l'intensité des courants.

Supposons qu'au centre d'un conducteur parcouru par un courant et recourbé en cercle , on dispose l'aiguille aimantée AB (Fig. 359) mobile sur un pivot; si la longueur de cette aiguille est petite en comparaison du diamètre du cercle, et si li! plan de ce dernier coïncide avec le méridien magnétique , l'aiguille éprouvera une dé- „. .„ t. . . .7; ,

. . j/i Jb ig. 359. — Principe do lu boussole

ytation dont la tangente sera proportionnelle des tangentes.

DE L'ÉLECTRICH É.

à l'intensité du courant. On démontre aisément cette proposition en cherchant les conditions d'équilibre de l'aiguille aimantée sollicitée à la fois par deux forces, le magnétisme terrestre et l'action répulsive du courant ; la première dirigée dans le plan du méridien magnétique, la seconde perpendiculaire à ce plan. L'aiguille prendra donc une position intermédiaire, telle que les composantes de sens contraire , qui agissent sur elle perpendiculairement à la ligne de ses pôles, se fassent équilibre et par conséquent soient égales en grandeur. De simples considérations trigonométriques montrent alors que la tangente de l'angle de déviation est proportionnelle à l'intensité du courant.

Boussole des tangentes. — C'est sur ce principe qu'on a construit l'instrument nommé boussole des tangentes (Fig. 360) et destiné à mesurer l'intensité des courants. Quand 1 s'agit de courants d'une grande énergie, on peut employer comme conducteur circulaire un large ruban de cuivre; mais, pour les courants faibles, on prend un fil de cuivre recouvert de soie et on l'enroule un certain nombre de fois autour d'un anneau circulaire .dont le contour extérieur porte dans ce but une rainure. De cette manière, le courant circule à plusieurs reprises autour de l'aiguille, et son action se trouve ainsi multipliée par le nombre des tours du circuit. Les déviations de l'aiguille aimantée se lisent ordinairement sur un cadran horizontal, dont le limbe est divisé en degrés et au centre duquel s'élève le pivot, qui soutient l'ai-

Fig. 360. — Boussole des tan gentes et des sinus.

guille.

Boussole des sinus. — Quand la déviation devient considérable, la tangente de l'angle de déviation ne reste pas rigoureusement proportionnelle à l'intensité du courant , car alors la position des pôles de l'aiguille aimantée par rapport au courant change notablement. Pour éviter cette ca\ise d'erreur, on a donné à la boussole une autre disposition , rarement usitée du reste ; cette modification consiste à rendre le courant circulaire mobile autour de l'axe vertical qui passe par le centre de rotation de l'aiguille aimantée. Celle-ci étant déviée par le courant, on fait tourner le circuit jusqu'à ce que son plan coïncide avec l'axe de l'aiguille. Dans cette position, le sinus de l'angle de déviation est proportionnel à Vintensité du courant; c'est ce qu'il est facile de démontrer en analysant les forces qui se font équilibre aux extrémités de l'aiguille aimantée. L'instrument ainsi modifié porte le nom de boussole des sinus. Dans cette boussole , le cercle divisé qui sert à lire la déviation doit se mouvoir avec le courant mobile, au lieu d'être fixe comme dans la boussole des tangentes. Le dispositif représenté dans la Fig. 360 permet d'utiliser l'instrument à volonté comme boussole des tangentes ou des sinus.

340. Galvanomètre multiplicateur. — Le courant qui produit la déviation de l'aiguille aimantée dans la boussole des sinus ou dans celle des tangentes doit

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être assez puissant pour vaincre non-seulement la force d'inertie de l'aiguille, mais encore La force directrice qu'exerce sur elle le magnétisme terrestre. Aussi ces instruments restent-ils muets quanti les courants sur lesquels on expérimente n'ont qu'une faible intensité; on a recours alors au galvanomètre multiplicateur.

Dans cet appareil, la sensibilité est accrue par deux moyens. Le premier, dû à Schweigger, consiste à multiplier l'action déviatrice du courant en enroulant le fil conducteur un très-grand nombre de fois sur un cadre , dans l'intérieur duquel est placée l'aiguille aimantée. Il est facile de voir, en appliquant la loi d'Ampère, que toutes les parties du circuit dévient l'aiguille dans le même sens. Une semblable disposition constitue ce qu'on appelle le multiplicateur. On construit des multiplicateurs dans lesquels le fil fait jusqu'à 24 000 tours et au delà.

Le second moyen , imaginé par Nobili , consiste à diminuer l'action directrice de la terre en faisant agir le courant , non sur une seule aiguille , mais sur un système asiatique. On désigne sous ce nom l'ensemble de deux aiguilles aimantées parallèles AB et A'B' (Fig. 361), de force magnétique aussi . égale que possible, fixées invariablement l'une à l'autre dans un même plan vertical , de manière que leurs pôles de nom contraire se correspondent. L'action du magnétisme terrestre sur un tel système se trouve annulée, et si les aiguilles pouvaient être rigoureusement astatiques, elles resteraient dans toutes les positions où on les amènerait; mais, en pratique, on n'arrive point à réaliser un système parfaitement astatique; la puissance magnétique de l'une des aiguilles l'emporte toujours un peu sur celle de l'autre , de sorte que le système , étant suspendu librement à un fil de cocon, se place sponta- du galvanomètre, nément dans le plan du méridien magnétique. Quand on l'écarté de cette position, il y revient après une série d'oscillations dont la durée est d'autant plus longue que l'action du magnétisme terrestre est moindre. On peut donc reconnaître à la durée des oscillations si le système est plus ou moins bien astatique. Quant à l'action du courant , il est facile de voir, en appliquant la loi d'Ampère, qu'elle est plus forte sur un système astatique que sur une seule aiguille , si toutefois l'une des aiguilles est placée à l'intérieur du circuit et l'autre au dehors, comme le représente la Fig. 361. En effet, toutes les portions du circuit agissent sur l'aiguille intérieure AB, de façon à dévier son pôle austral A en arrière du plan de la figure ; la portion G H produit un effet de même sens sur l'aiguille supérieure A'B', puisqu'elle tend à amener le pôle austral A' en avant et par suite l'autre pôle B' en arrière. Il est vrai que les trois autres portions du circuit tendent à déterminer une déviation en sens inverse; mais comme elles sont plus éloignées, c'est l'action de la partie G H qui prédomine.

La Fig. 362 représente le galvanomètre dans son ensemble. Au-dessus d'un socle porté par trois vis calantes se trouve un plateau tournant sur lequel est fixé un cadre en bois ou en ivoire; autour de ce cadre est enroulé un très-

VA

Tl

Fig. 361. — Système astatique

de l'électricité

grand nombre de fois un fil de cuivre rouge recouvert de soie, dont les extrémités se terminent à deux bornes placées sur le socle et auxquelles aboutissent les fils a et b de la source électrique

Un cercle gradué, AB, en cuivre rouge, repose sur le cadre. Sur les côtés

de la plaque tournante s'élèvent une ou deux colonnes en cuivre portant une vis de rappel à laquelle est suspendu, à l'aide d'un fil de cocon, un système astatique; l'aiguille supérieure se meut au-dessus du cercle gradué, tandis que l'inférieure est placée à l'intérieur du cadre; deux fentes pratiquées parallèlement à la direction des tours du fil du circuit, l'une dans le cercle gradué , l'autre dans le cadre , sont destinées à livrer passage à l'aiguille inférieure. Chaque fois qu'on veut se servir du galvanomètre, il faut, après avoir établi l'horizontalité du cercle gradué , amener le zéro de la graduation en regard de l'extrémité de l'aiguille, résultat qu'on obtient en faisant mouvoir le plateau tournant à l'aide d'un pignon placé sur le côté du socle. Tout l'appareil est recouvert d'une cage en verre, afin de le mettre à l'abri des agitations de l'air. Quand on n'emploie plus le galvanomètre, on fait descendre la vis de rappel qui supporte le fil de cocon jusqu'à ce que l'aiguille supérieure repose sur le cercle gradué ; cette précaution est nécessaire pour éviter la rupture du fil de suspension.

340a. Sensibilité du galvanomètre. — La sensibilité d'un galvanomètre multiplicateur dépend: 1° du nombre des tours du fil parcouru par le courant; 2° de la force directrice du système astatique, qui doit être aussi faible que possible; 3° de la puissance individuelle de chacune des aiguilles, laquelle doit être au contraire très-graude.

Examinons d'abord l'influence du nombre des tours du courant. Supposons, pour commencer, que le circuit consiste en un large ruban de .cuivre enroulé une seule fois autour du cadre. Appelons p la résistance de cette portion du circuit et K la résistance du reste du circuit; soit E la force électro-motrice qui engendre le courant dont on cherche h mesurer l'intensité. Le courant exerçant sur l'aiguille aimantée une action proportionnelle à son intensité, nous aurons, en vertu de la loi d'Ohm, comme expression de cette action :

Fig. 362. — Galvanomètre.

Imaginons maintenant qu'on étire le ruban de cuivre en un fil qui entoure n fois le cadre; l'action sur l'aiguille aimantée sera n fois plus grande; mais, d'autre part, la résistance du multiplicateur aura aussi augmentée et sera devenue ?i2 fois plus considérable, car le fil est n fois plus long que le ruban de cuivre et sa section est n fois plus petite. On a donc :

Or nous savons, d'après ce qui a été dit § 313b (p. 590), que cette valeur F atteint son maximum quand la résistance du multiplicateur est égale à celle du reste du circuit,

o'est-h-dire quand n2p = B', ce qui donne: F

On voit donc que, si le cou-

ACTION DES COURANTS ÉLECTRIQUES SUR LES AIMANTS

raut essayé a à vaincro une grande résistance, il faut employer un multiplicateur composé d'un grand noinbro do tours ot d'un fil do cuivre très-mince. Aussi, dans les rechorches d' électricité animale où l'on a généralement aft'airo à des résistances très-considérables, par suite du faible pouvoir conducteur dos tissus organiques, convient-il d'employer, comme l'a l'ait M. du Bois-lîcymond, uu galvanomètro avec 30,000 tours de fil.

L'influonco do l'état magnétiquo du systbmo astatiquo sur la grandour de la déviation découle des considérations suivantes. Désignons par m et m' les forces magnétiques des aiguilles, par I l'intonsité du courant, par (Jt. le magnétismo terrestre; nous pourrons alors représenter l'action déviatrice exercée sur lo systèrno astatique par l'expression :

<i [ m -+■ bXni' I(am+ h m')

dans laquelle a et b représentent des constantes détorminées. On voit que l'action déviatrice augmente à mesure que la différence (m — m') des forces magnétiques des aiguilles diminue, et qu'elle croît, en outre, avec les valeurs absolues de m et m'.

Quand la force directrice d'un système astatique est excessivement faible, il arrive ordinairement que le système ne se place pas exactement dans le plan du méridien magnétique, mais qu'il dévie à gauche ou h droite du zéro. La cause de cette déviation spontanée provient surtout de ce que le fil de cuivre enroulé autour du cadre renferme très-souvent des parcelles de fer qui le rendent magnétique; qu'en général, ces molécules magnétiques ne sont pas réparties également de chaque côté de l'axe du système astatique; en conséquence, ce dernier prend une position qui répond à la résultante de la force directrice de la terre et des actions déviatrices exercées par le fil du multiplicateur. Or l'action du courant sur l'aiguille aimantée est notablement affaiblie du moment que celle-ci n'est pas dans le plan du circuit. C'est pour cela qu'on doit détruire la déviation spontanée en faisant intervenir une autre force directrice. Le moyen le plus commode d'obtenir ce résultat consiste, d'après du Bois-Eeymond, à fixer sur le zéro du cercle gradué la pointe d'une aiguille fortement aimantée, capable de maintenir le système astatique dans le plan du méridien magnétique.

Un phénomène qu'on ohserve assez fréquemment aussi dans le système parfaitement astatique, c'est une déviation de sens variable : quand on cherche à amener l'aiguille au zéro, elle saute sans transition d'un point situé à droite à un point placé à gauche, et inversement. Ce changement hrusque du sens de la déviation spontanée est l'effet d'une aimantation temporaire que le magnétisme terrestre fait subir aux aiguilles perpendiculairement à leur longueur.

340b. Choix des rhéomètres destinés à la mesure des courants de faible intensité.

— Le galvanomètre multiplicateur sert surtout à déceler la présence des courants faibles; il est moins propre à en mesurer l'intensité, car dès que l'aiguillé s'écarte un peu de la direction des tours du fil, les déviations ne sont plus proportionnelles à l'intensité du courant. Dans ce cas, il faut avoir recours à la méthode dite de compensation , à l'aide de laquelle on peut construire des tables qui font connaître l'intensité du courant pour les diverses déviations.

On peut aussi approprier à la mesure des courants faibles d'autres appareils, par exemple la boussole des tangentes décrite § 339; il suffit, dans ce but, d'employer comme conducteur un fil de cuivre enroulé un grand nombre de fois autour du cercle , et de rendre astatique l'aiguille aimantée en plaçant dans son voisinage un aimant dont les pôles soient orientés en sens inverse. Afin daugmenter encore la sensibilité de l'instrument, on y adaptera un miroir mobile avec l'aiguille, à l'aide duquel on procédera à la lecture de la déviation.

de l'électricité.

C'est sur ce principe que MM. Meyerstein et Meissner ont construit un appareil qu'ils nomment électro- galvanomètre et qui esf spécialement destiné aux recherches d'électricité animale; ce qui rend un tel instrument avantageux, c'est qu'on peut s'en servir en toute circonstance , que le courant à mesurer soit ou non intense.