CHAPITRE VIL

338. Déviation de l'aiguille aimantée par le conrant voltaîqne. Loi d'Ampère. — C'est en étudiant Taction du magnétisme terrestre sur les solénoïdes et la manièi-e 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 rappoil, 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. 58^4 et 585); mais nous n'avons pas encore étudié le mode d'action des courants sur l'aimant. Œ>sted est le premier qui ait démontré l'influence des couiants sur les aimants, en 1819, 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 unç 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 difl*érentes 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 Vaigiiille aimantée est dévié à la gauche du courant. Nous avons vu dans le § !W7 que cette même loi s'applique aux solénoïdes. L'action des courants sur les aimants se trouve ainsi ramenée à la loi fondamentale de Télectro-dynamique sur l'attraction et la répulsion des courants.

339. Emploi de l'aignille aimantée pour mesurer ^. ' ~ ^ ^ l'intensité des courants. Boussole des tangentes x^

et bonssole des sinns. — L'emploi de l'aiguille //' A

aimantée est, comme on l'a dit § 310, le moyen \

le plus commode pour mesurer l'intensité des a o b

courants. ' ,'

Supjmsons qu'au centre d*un conducteur par- \ /

couru par un courant et recourbé en (;ercle , \^ /

on dispose l'aiguille aimantée AB (Fig. 359) mobile sur un pivot; si la longueur de cett*? aiguille est p<.»tite en comparaison du diamètre du cercle, et si le plan de ce dernier coïncide avec le méri-

dien magnétique , faiguiOe éprouvera une dé- ^^ ^ ^^^^ ^^ ,^ ^^^ rintion do)it la tangente sera proportionnelle dMUnR«nte«.

à Viîitensité 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 com|)osantes 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 Tins-

tniment nommé boussole des tangentes (F^ig. 36U> et destiné à mesurer l'intensité des courants. Quand l s'agit de courants d'une grande énergie, on peut employer comme conducteur circulaire un lai^e ruban de cuivre; mais, pour les courants faibles, on prend un fil de cuivre recouvert de soie et on l'enroule un cert;nn nombre de fois autour d'un anneau circulaire dont le contour extérieur porte dans ce but une rainure. De cette manière, le coui*ant circule à plusieui*s reprises autour de l'ai^ruille. et son action se trouve ainsi multipliée par le nombre des tours du circuit. Les déviations de raiguill*" aimantée se lisent ordinairement sur un cadran horizontal, dont le limbe est di\-isé en degrés et au centre duquel s'élève le pivot qni soutient l'aiguille.

¥ig. 360. — Bonssolc des Un gentes et des dnos.

BorssoLE DES SINUS. — Quand la déviation devient considérable, la tangente de l'angle de déviation ne reste pas rigoureusement pivportionnelle à Tintensilé du courant , car alors la position des jxiles de l'aiguille aimantée par rapport au courant change notablement. Pour éviter cette cause d*err^»ur, on a donné à la boussole une autre disposition, rarement usitée du reste; rette imydilioation 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 pai* le courant , on fait tourner le circuit jusqu'à ce (|ue son plan coïncide avec l'axe de l'aiguille. Dans cette position, le sinus de l\tn'jh* de déviation est pro^yortionnel à V intensité du courant: c'est ce qu'il est facile «If démontrer en analys;int les forces qui se font équilibre aux extrémités de I aigtiille aimantt'»e. L'instniment ainsi modifié porte le nom de boussoU des mjiii.<. Dans cette boussole, le cercle divisé qui sert à lire la démtion doit se mouvoir avec le courant mobile, au lieu d'être fixe comme dans Li lK>u$sole des taugentes. I>? dis|>ositif i^prtVenté dans la Fig. •ÎCO permet d'utiliser rinstruinei>: à volonté comme boussole des tangentes ou des sinus.

^ 340. Galranométre mohiplicataor. — Le courant i|ui produit la dériati<»n w.' Faiguille aimantée dans la boussole des sinus ou ilans celle des tangentes doit

être assez puissant pour vaincre non-seulement la force d'inertie de Taiguille , mais encore la force directrice qu'exerce sur elle le magnétisme terrestre. Aussi ces instruments restent-ils muets quand 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 (11 conducteur un très-grand nombre de fois sur un cadre , dans l'intérieur duquel est placée l'aiguille aimantée. Il est facile de voir, eh appliquant la loi d'Ampère, que toutes les parties du circuit dévient l'aiguille dans le même sens. Une semblable disposition constitue ce (ju'on appelle le multiplicateur. On construit des multiplicateurs dans lesquels le til fait jusqu'à 24 000 tours et au delà.

Le second moyeu , 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. 3G1), de force magnétique aussi égale que possible, fixées invariablement l'une à i

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 asiatiques, elles resteraient dans toutes les positions où on les amènerait; mais, en pratique, on n'arrive point à réaliser un système parfaitement astaticjue; la puissance magnétique de l'une des aiguilles l'emporte toujours un peu sur celle do l'autre, de sorte que le système, étant suspendu librement à un fil de cocon , se place spontanément dans le plan du méridien magnétique. Quand on Técarte de cette position , il y revient après une série d'oscillations dont la durée est d'autant plus longue que Taction du magnétisme terrestre est moindre. On peut donc reconnaître à la durée des oscillations si le système est plus ou moins bien astaticjue. Quant à Faction du courant, il est facile» de voir, en appli({uaiil la loi d'Ampère, qu'elle est j)lus forte sur un système astatique que sur une seule aiguille, si touti^fois Ymui des aiguilles est placée à Tintérieur du circuit et l'autre au dehors, comme le représente la Fig. [Uri, 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 môme sens sur Taiguille suj)érieure 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. I^ 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 fixt'f un cadre en bois ou en ivoire; autour de ce cadre est enroulé un très-

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Fig. 361. — Syttème asUUqae du gAlTanomètre.

DE l'Électricité.

Fig. 362. — (ralvanomètre.

grand nombre de fois un fil de cuivre rouge recouvert de soie, dont les exlrêmités se terminent à deux bornes placées sur le socle et auxquelles aboutissent les (Ils a ei 6 de \d source électrique.

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

de la plaque tournante s'élèvent une ou deui colonnes en cuivre portant une vis de rappel à laquelle est suspendu , à l'aide d*un fil de cocoo . un système astatique; Taiguille supérieure se meut au-dessus du cercle gradué, tandis que rinférieure est placée à l'intérieur du cadn>: deux fentes pratiquées parallèlement à la direition des tours du fil du circuit, Tune dans le cercle gradué, l'autre dans le cadre, sont destinées à livrer passage à Taiguille inférieure. Chaque fois qu'on veut se servir du gal\'anomètre, il faut, après avoir établi Thorizontaliu* 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 Taide d'un pignon placé sur le côté du socle. Tout l'appareil est recouvert d'une cage en verre, afin de le mettre à Tabri des agitations de Tair. 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 éviU-r la rupture du fil de suspension.

340*. Sensibilité du galvanomètre. — La sensibilité d*uii galvanomètre multiplicateur dépend: l^ du nombre des tours du til parcouru par le courant; 2<* de la force directrice du système astatique, qui doit être aussi faible que possible; 3^ de la puitfaocc individuelle de cbacune des aiguilles, laquelle doit être au contraire très-grande.

Examinons d^abord l'inducnce du nombre des tours du courant. Supposons, pour coinmencer, que le circuit consiste en un large ruban de cuivre enroulé une seule f<>i5 mtour du cadre. Appelons p la résistance de cette portion du circuit et U la ré:»îstancf «in reste du circuit; soit E la force électro-motrice qui engendre le courant di»nt on chcrcbt h mesurer Tintensité. Le courant exerçant sur Taiguille aimantée une action pn>p«*rtiuBnelle à son intensité, nous aurons, en vertu de la loi d^Ohm, comme expression de cette action : i;,

Imaginons maintenant qu^on étire le ruban de enivre en un fil qui entoure n fuci l* cadre; Taction sur Taiguille aimantée sera n fois plus grande; mais, d* autre part, U nr sistance du multiplicateur aura aussi augmentée et sera devenue n^ fois plus ct»B«^< rable, car le fil est n fois plus long que le ruban de cuivre et sa section est a fois pl> petite. On a dt>nc : «

Or nous savons, d'après ce qui a été dit § 31 3^ ip. 590), que cette valeur F atteint >••& maximum quand la résistance du multiplicateur est égale k celle du reste du cirruit.

dVst-k-dire quand n^p =r K, ce qui donne: F = ^ -. On Toit donc qae, si le cvi-

rant essaye a à vaincre une grande rësiBtanco , il faut employer un multiplicateur compusu d'un grand nombre do tours et d'un fil de cuivre trës-mince. Aussi, dans les recherches d'ëloctricitë animale où Ton a gënëralement affaire h dos rësistances trës-considërables, par suite du faible pouvoir conducteur des tissus organiques , convient-il d'employer, comme Ta fait M. du Bois-Reymond, un galvanomètre avec 30,000 tours defiL

L'influence de l'ëtat magnétique du système astatique sur la grandeur de la déviation dëcoule des considérations suivantes. Désignons par m et m' les forces magnétiques des aiguilles, par I l'intensité du courant, par (a le magnétisme terrestre; nous pourrons alors représenter l'action déviatrico exercée sur le système astatique par l'expression :

alm -hblm' I(am-f-6m0

jx (m — nVy^ fx (m — m')

dans laquelle a et 5 représentent des constantes déterminées. On voit que l'action dériatrice 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 à 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 m<»ment 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-Reymond, 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 observe assez fréquemment aussi dans le système parfaitement astatique, c'est une déviation de sens variable : quand on cherche à amener l'aiguille an zéro, elle saute sans transition d'un point situé à droite à un point placé à gauche, et inversement. Ce changement brusque 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.

340^. Choix des rhéomètres destinés à la mesure des courants de faible intensité. — Lo jçalvanomètre multiplicateur sert surtout à déceler la présence des courants faihirs; il est moins propre à en mesurer l'intensité, cardes que Tai- ^jîUe s'écarte un peu de la direction des tours du fil, les déviations ne sont plus proportionnelles à Tintensité du courant. Dans ce cas, il faut avoir recours h la méthode dite de compensation , à Taide de laquelle on peut construire des tables qui font connaître l'intensité du courant pour les diverses déviations.

On peut aussi appropriera 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 astaticjue l'aiguilU» aimantée en plaçant dans son voisinage un aimant dont les pôles soient orientés en sens inverse. Afin d'augmenter encore la sensibilité de l'instrument, on y adaptera un miroir mobile avec raiguille, à l'aide duquel on procédera à la lecture de la déviation.

648 DE l'ëlectbicité.

C'est sur ce priocipe que MM- Meyerstein eL Meissner ont construit un appareil qu'ils nomment électro-galvanomètre et qui est spécialement deslinè vu recherches d'électridté animale; ce qui rend un tel instrument avantagea, c'est qu'on peut s'en servir en toute circonstance, que le courant à mesurw soit ou non intense.