APPAREIL DE RUHMKORFF

formées de matière pondérable, en montrant qu'elles s'abaissent toutes ensemble au moment où l'on aspire l'air par le robinet inférieur, et qu'elles remontent, au contraire, et semblent s'entasser prés de la boule supérieure, au moment où l'on fait rentrer un peu d'air.

M. Grove n'adopte pas cette explication. 11 montre d'abord que les stratifications dépendent de la manière dont se fait la rupture du circuit inducteur ; si le manche du marteau est appuyé sur un ressort flexible, les couches lumineuses sont plus minces et plus nombreuses que si ce ressort est rigide. C'est que la rupture ne se fait pas aussi brusquement qu'on pourrait le croire ; elle est accompagnée de quelques oscillations, pendant lesquelles le courant induit éprouve des intermittences d'intensité très rapides, et c'est à ces intermittences qu'on attribue généralement aujourd'hui les stratifications. Pour rompre le circuit aussi brusquement que possible, M. Grove le ferme avec deux gros fils de cuivre croisés, et fait glisser très rapidement l'un d'eux jusqu'à ce que son extrémité quitte Tau tre. Alors, le plus souvent, il n'y a plus de stratifications. A l'appui de l'explication qui précède , nous citerons les expériences de M. Van Der Willingen, qui a obtenu les stratifications dans l'œuf contenant des vapeurs d'essence de bergamote, au moyen de la décharge d'un condensateur, à la condition de la faire passer par une corde mouillée, pour la ralentir, et de manière qu'elle soit en réalité une succession de décharges partielles, dont chacune donne lieu à une bande lumineuse séparée de la suivante par une bande obscure '. Les observations de M. Despretz, sur les stratifications qui se manifestent avec un courant continu, ne sont pas une objection à cette explication ; car il est bien difficile d'admettre une absence complète d'intermittences dans un courant aussi intense que celui qu'il employait, surtout quand on se rappelle qu'il y a arrachement et transport de particules des charbons entre lesquels jaillit l'arc voltaïque.

1799. Applications de l'appareil de Ruhmkorft — Nous avons parlé de l'application qu'a faite M. Lenoir, de la bobinede Ruhmkorff à son moteur à gaz (II, 1030). MM. Du Moncel et Liais ont eu l'idée de se servir de l'étincelle du même appareil pour allumer à distance le gaz d'éclairage, en la faisant jaillir en avant du bec, entre deux fils de platine communiquant avec la machine d'induction, par de longs fils métalliques. Le premier essai a été fait à la mire de nuit de l'Observatoire de Paris. La bobine et le robinet qui réglait la sortie du gaz étaient placés dans une des salles de l'établissement, d'où l'on pouvait allumer la mire et l'éteindre à volonté.

M. Trêve a appliqué le même procédé aux signaux de nuit que l'on fait en mer avec des fanaux, ordinairement au nombre de cinq. Dans la méthode ordinaire, il faut les hisser les uns au-dessus des autres , et chaque fois que l'on veut changer un signal, descendre ceux qui doivent être supprimés et hisser, après les avoir allumés, ceux qui doivent être ajoutés. Ces manœuvres sont longues et

i Pogg. Ann., t. XCVII, p. 494; et Ann. dech. et de ph., 3e série, t. L, p. 426. III 47

souvent incertaines et difficiles quand le vent est fort. M. Trêve laisse les fanaux à poste fixe, et fait communiquer chacun d'eux, par des fils de cuivre, avec la machine de Ruhmkorff, et par un tube en caoutchouc, avec un gazomètre rempli de gaz. On les allume à volonté au moyen de l'étincelle d'induction, et Ton éteint instantanément les feux qui doivent disparaître, au moyen de robinets adaptés à chaque tube, tout près du gazomètre.

inflammation des mines. — Pour enflammer la poudre des fourneaux de mine, on emploie des tubes en toile remplis de poudre, ou $aucissons, qui communiquent, à la surface du sol, avec une traînée de poudre. A l'extrémité de cette traînée, est allumé un morceau d'amadou dont la longueur est calculée de manière que la poudre ne s'enflamme qu'après un temps donné. Ce procédé présente plusieurs sortes de dangers, provenant de l'incertitude du moment de l'explosion, et de ce que l'on ignore si la mèche des mines qui n'ont pas réussi est bien entièrement éteinte. En outre, il est souvent important, d'enflammer plusieurs mines au même instant, afin d'obtenir des ébranlements simultanés et, par suite, plus efficaces. Enfin, quand il s'agit de mines monstres, comme celles que MM. Dussaud et Rabattu ont employées à Alger, et plus récemment dans le creusement d'un bassin au port de Cherbourg, où ils ont pu détacher d'un seul coup 50,000 mètres cubes de rocher, il arrive souvent que la poudre ne s'enflamme pas en totalité , et que l'effet est bien au-dessous de celui qu'on était en droit d'attendre de l'énorme quantité de poudre dépensée.

Tous ces inconvénients disparaissent quand on se sert de l'électricité pour mettre le feu aux. mines. On a d'abord pensé à faire rougir, au moyen d'un courant, un fil de platine plongé dans la poudre. C'est à M. Hare qu'est due la première idée de cette méthode, que M. Robertsa rendue pratique. Mais ie grand nombre de couples qu'il faut employer, à cause de la grande longueur que doit avoir le circuit, constitue une difficulté réelle dans les applications. M. Du Moncel a songé le premier à employer l'étincelle de l'appareil de Ruhmkorff, laquelle peut être fournie par un seul couple, ou même par le eourant continu d'une machine magnéto-électrique. Mais il s'est présenté tout d'abord un obstacle inattendu : la puissance calorifique des étincelles d'induction est tellement faible, qu'on peut les faire jaillir à travers la poudre, sans l'enflammer. M. Ruhmkorff a levé la difficulté au moyen des fusées de M. Stateham, que ce dernier imagina, en voyant des étincelles passer à travers l'enveloppe de gutta-percha, par une fissure qui s'était formée dans un des fils du câble sous-marin du télégraphe de Calais à Douvres. Pour confectionner ces fusées, on prend deux fragments de fil de cuivre f, f (fig. 1323), recouverts de gutta-percha; on les entortille et on les recourbe de manière à rapprocher leurs extrémités dépouillées de l'enveloppe isolante , comme on le voit en o. On fait ensuite enlrer ces extrémités dans un bout de tube en gutta-percha vulcanisée , c'est-à-dire soufrée , que l'on a enlevé d'un fil de cuivre qu'il recouvrait depuis longtemps, et dans lequel on a pratiqué une échancrure qui permet de voiries extrémités o des fils /*, f. On garnit ces extré-

mités de fulminate de mercure , on remplit Féchancrure de poudre et on Tenfonce dans une cartouche remplie de poudre. Le tube en gutta-percha est garni en dedans d'une couche de sulfure de cuivre qui s'est formée aux dépens du fil qu'il recouvrait, et c'est ce sulfure qui, en s'enflammant par l'étincelle d'induction, détermine l'explosion delà poudre. Il faut toujours essayer d'avance la fusée, car s'il n'y avait pas assez de sulfure de cuivre, l'inflammation pourrait ne pas avoir lieu, et s'il y en avait trop, le courant induit, trouvant dans cette substance un bon conducteur, passerait sans étincelles. Dans des expériences faites à la Villette par M. Ruhmkorff et M. le colonel Verdu, on put enflammer la poudre à une distance de 26,000 métrés, soit avec un circuit formé de deux fils, soit en remplaçant un des fils par la terre qui, comme nous le verrons, peut servir à fermer le circuit.

On peut faire partir plusieurs mines en même temps ; mais l'affaiblissement des courants induits , par les solutions de continuité, empêche de pouvoir opérer sur plus de 4 ou 5 à la fois. Le capitaine Savare a alors imaginé de faire communiquer chaque mine avec un circuit principal , au moyen de fils de dérivation. Les extrémités o du fil de la fusée sont faites en alliage fusible. L'étincelle jaillit d'abord là où il y a le Fig. 1323. moins de résistance; l'explosion a lieu, l'alliage fusible fond, et les courants induits sont forcés de passer par une autre mine , et ainsi de suite jusqu'à ce que toutes aient éclaté dans un temps très court. — M. Du Moncel emploie une disposition plus sûre : chaque fourneau de mine communique, d'une part avec un fil commun adapté à l'appareil de Ruhmkorff, et d'autre part avec un distributeur formé d'une roue épaisse en gutta-percha, sollicitée à tourner par un ressort de pendule. Le contour de cette roue porte des plaques métalliques en relation avec des anneaux placés sur les faces, et sur lesquels s'appuient des languettes avec lesquelles on fait communiquer les différents fourneaux. Un ressort s'appuie sur le contour de la roue et communique avec l'appareil d'induction. Quand la roue tourne, le courant induit est lancé dans le circuit qui aboutit à la plaque que touche la lame de cuivre. II suffit donc de retirer un cliquet qui retient la roue, pour qu'elle tourne vivement, et que les explosions se fassent successivement dans toutes les mines, avec une rapidité telle qu'on peut les regarder comme simultanées.

T. Magnétisme par mowremait.

1780. Rotatloa d'an aimant par u dlsqne tournant. — À

découvert, en 1824*, que les corps conducteurs en mouvement tendent à

* Ann. de ch. cldephyt., 3' série, t. XXVII, p. 363 ; XXYHI, 325 j XXIII, 813.

ELECTRO - MAGNETISME.

entraîner les aimants placés à une petite distance de leur surface. Ce phénomène, resté d'abord sans explication, a été rattaché depuis à l'induction magnétoélectrique; voici comment il a été découvert. Arago ayant fait osciller une aiguille aimantée dans une botte en cuivre , remarqua que l'amplitude décroissait avec une grande rapidité, et que l'aiguille s'arrêtait après 3 ou 4 oscillations, quand elle était très près du fond de la boîte, comme si elle eût été plongée dans de l'eau. Ayant ensuite placé la même aiguille très prés de la surface de différentes plaques, il reconnut que le décroissement de l'amplitude dépendait de la nature de ces plaques, qu'il était beaucoup plus prononcé avec les métaux qu'avec toute autre substance, et d'autant plus faible que la distance était plus grande. Tous ces résultats ont été confirmés dans la même année par M. Seebek. Nous avons signalé l'application qui a été faite de cette propriété, pour amortir les oscillations des aiguilles des réomètres ( 1608).

Puisque le voisinage d'une plaque métallique ralentit les oscillations d'un aimant, il était naturel de penser que, si la plaque était en mouvement , elle pourrait entraîner l'aimant. C'est ce qu 'Arago s'est empressé de vérifier. La fig. 1324 représente l'appareil qu'il a fait construire pour ces nouvelles expériences, an est un aimant suspendu par un fil sans torsion f, tout près d'un disque de métal, dont le centre se trouve sur le prolongement du fil. Ce disque reçoit d'une horloge H, toute en cuivre, un mouvement de rotation autour d'un axe vertical passant par son centre. Une feuille de papier ou de parchemin tendue au-dessus, empêche l'agitation de l'air de se faire sentir sur l'aimant. Quand le disque tourne, l'aiguille est entraînée dans le sens du mouvement, puis s'arrête, en faisant avec le méridien magnétique un angle qui dépend de la substance du disque et de son épaisseur. Cet angle augmente avec la vitesse de rotation, et semble, entre certaines limites, lui être proportionnel. D'après M. Harris et M. Abria, le sinus de la déviation est proportionnel à la vitesse de rotation, du moins jusqu'à celle de 12 tours par seconde, qui n'a pas été dépassée dans leurs expériences. L'action diminue avec la distance, et plus rapidement que le carré. Quand la vitesse est assez grande pour que l'aimant éprouve une déviation un peu supérieure à 90° , il se met à tourner d'une manière continue dans le sens du disque. Enfin , si l'on pratique des fentes dans ce dernier, suivant les rayons , comme on le voit ( fig. 1325), l'effet est nul , ou du moins considérablement affaibli.

Ces phénomènes ont reçu le nom de magnétisme de rotation ou de magnétisme par mouvement. Pour les mettre en évidence, on emploie divers

Fig. 4 325.

Fig. 4324.

appareils, dans lesquels un arbre vertical reçoit un mouvement de rotation d'un engrenage ou d'une corde sans fin. On fixe à cet arbre le disque, qu'on recouvre d'une feuille de parchemin tendue sur un cadre. L'aimant est équilibré sur une pointe courte, dont le pied, large et mince, s'appuie sur la membrane tendue. Ampère et Colladon ont reproduit tous les phénomènes, en employant un solénoïde au lieu d'aimant. Prévost et Colladon ont reconnu qu'il n'y a aucune action quand l'aiguille est suspendue dans un tube vertical en cuivre , tournant autour de son axe. Ils ont obtenu, au contraire, des résultats intenses, avec un disque au-dessus duquel était suspendu un levier portant à ses extrémités deux aimants verticaux dont les pôles inférieurs étaient de nom contraire. Quand ces pôles étaient de même nom, il n'y avait plus d'action. Gay-Lussac a trouvé qu'une aiguille de fer doux reste indifférente à l'influence d'un disque tournant ; et de Haldat, qu'il se produit un effet sensible, avec une aiguille aimantée aussi faiblement que possible, et que l'intensité d'action croit avec le degré d'aimantation.

4794. Composantes de la force qui agit sar l'aimant. — ÀragO a découvert que, indépendamment de la composante qui entraîne l'aimant et qui est parallèle au disque et perpendiculaire à son rayon, il existe deux autres composantes, l'une perpendiculaire au disque, l'autre parallèle à son rayon. La première se reconnaît en suspendant l'aimant verticalement au bassin d'une balance en équilibre, au-dessus du disque tournant ; l'aimant est repoussé, quel que soit celui des deux pôles qui se trouve en bas , et avec une force d'autant plus grande, que la distance est plus petite et la vitesse du Fig. 4326.

disque plus grande. Cette force se mesure par le poids qu'il faut ajouter du côté de l'aimant pour maintenir l'équilibre ; elle ne se manifeste plus quand l'aimant est exactement au-dessus du centre. — Pour constater la composante parallèle au rayon, on approche du disque une aiguille verticale mobile dans un plan vertical qui passe par le centre. Quel que soit le pôle inférieur, il est repoussé tant que l'aiguille reste en dehors du disque, comme en a (fig. 4326 ). La répulsion diminue à mesure qu'on avance vers le centre, devient nulle et l'aiguille, 6, se tient verticalement; puis la force change de sens , comme on te voit en c , augmente d'abord d'intensité, pour diminuer ensuite et redevenir nulle, en o, au-dessus du centre.

178*. Circonstances qnl influent snr l'intensité do l'action. — A peine les expériences d'Àrago étaient-elles connues, que divers physiciens s'empressèrent de les répéter et de chercher les circonstances qui peuvent modifier l'action du disque tournant sur l'aimant. MM. J. Herschell et Babbage ont publié un grand travail sur ce sujet '. Ils ont répété l'expérience d'Arago en la renversant ; un aimant en fer à cheval disposé comme celui de la machine de Pixii (4727) tournait au-dessous d'un disque suspendu par un

* Bibliothèque universelle de Genève (Scieoces et arts), t. XXIX (4 885), p. 254.

faisceau de fils sans torsion ; ce disque se mit à tourner dans le même sens que l'aimant.

M. Matleucci fajt l'expérience de la manière suivante : Il suspend de la même manière qu'un fléau de balance, un disque de cuivre entre les pôles contraires d'un électro-aimant. Ce disque, qui fait un grand nombre d'oscillations avant de s'arrêter quand l'électro-aimant ne reçoit pas de courant , s'arrête après deux ou trois oscillations, quand le courant circule. Un disque de fer oscille, au contraire, beaucoup plus rapidement dans le dernier cas.

M. Barris a reconnu que des plaques de métaux non magnétiques, interposées entre l'aimant etle disque tournant, peuvent détruire l'action de ce dernier, quand elles ont une épaisseur considérable, par exemple de 8 à 12 centimètres C'est, sans doute, pour n'avoir pas employé les plaques sous une épaisseur suffisante, que divers physiciens ont trouvé que leur interposition n'avait pas d'influence.

MM. Herschell et Babbage ont comparé les actions exercées à la même distance sur un même aimant, par des disques égaux de différentes substances, tournant avec la même vitesse. En prenant pour unité l'action exercée parle cuivre, ils ont trouvé les résultats suivants : zinc 0,90 ; étain 0,47 ; plomb 0,25; antimoine 0,11 ; bismuth 0,01. L'argent paraît se rapprocher du cuivre; l'or a donné de faibles résultats, mais il paraît que son épaisseur était plus petite que celle des autres disques. Le charbon de cornue a produit une action marquée; mais les substances peu ou pas conductrices, comme le verre, la résine , le bois n'en ont produit aucune. On voit que les métaux de la liste ci-dessus sont placés par ordre de conductibilité ( 1635). Les substances qui conduisent le mieux sont donc celles qui agissent le plus ; M. Christie est même parti de là pour comparer les conductibilités des différents métaux. Cependant les métaux magnétiques forment une exception facile à concevoir ; de Haldat a reconnu que le fer doux agit avec plus d'énergie que toute autre substance, tandis que l'acier ne produit aucun effet.

MM. Herschell et Babbage ont aussi vérifié l'influence des fentes suivant les rayons du disque. Ils ont constaté, en outre, que si Ton soude les fentes avec différents métaux, l'action se reproduit, avec une intensité qui dépend de la nature de la soudure, par exemple, un disque de cuivre , dont l'action est représentée par 1, ayant été fendu, son action ne fut plus que 0,20; les fentes ayant été soudées avec de l'étain, l'action devint égale à 0,91. Un disque de bronze n'avait plus, après avoir été fendu, qu'une force égale à 0,24 de celle qu'il possédait d'abord. Les fentes ayant été soudées avec du bismuth, cette force devint égale à 0,53, et en employant l'étain pour soudure, à 0,38. Si les fentes étaient remplies avec les mêmes métaux en limaille ou en fils fins, l'action était à peine augmentée.

On doit à MM. Barlow et Marsh des expériences curieuses sur l'action qu'exerce un boulet de fer tournant, sur une aiguille de fer aimantée soustraite

à l'action de la terre '. L'aiguille était placée tantôt tangentiellement à la sphère, tantôt normalement à Taxe de rotation, que Ton plaçait dans différentes directions. Le pôle nord (le l'aiguille était attiré ou repoussé, suivant qu'elle était placée au nord ou au sud du globe tournant, ce qui prouve que le magnétisme terrestre agissait sur le fer du boulet. Un fait remarquable, c'est que l'aiguille, qui est influencée de la même . manière par une sphère massive ou creuse en repos, éprouve une action beaucoup plus vive de la part d'une sphère massive que d'une sphère creuse, quand il y a mouvement. Par exemple, la déviation de l'aiguille étant de 45°5' avec une sphère creuse faisant 640 tours par minute, cette déviation devint de 28° 24' avec un boulet massif de môme diamètre, toutes les autres conditions de l'expérience restant les mômes.

1793. Lois du magnétisme de rotation. — Ces lois sont relatives à la manière dont varie, avec la vitesse de rotation du disque, son épaisseur et sa distance à l'aimant, l'action exercée sur ce dernier. Les physiciens ne se sont guère occupés que de la composante tangentielle. Pour en évaluer l'intensité, ils ont employé tantôt les oscillations de l'aimant sur le disque en repos , tantôt la déviation de l'aimant produite pendant la rotation. Dans ce dernier cas, la composante. est proportionnelle au sinus de l'angle de déviation, puisqu'elle fait équilibre à l'action terrestre, qui est elle-même proportionnelle à ce sinus.

Par cette dernière méthode, M. Barris a trouvé que la force tangentielle est proportionnelle à la vitesse de rotation du disque. Ce disque faisait successivement 178, 357 et 714 tours par minutes, et les sinus des déviations étaient entre eux comme les nombres 1, 2 et 4. M. Matteucci a vérifié cette loi, en mesurant la force par l'angle de torsion d'un fil métallique servant à suspendre le disque de cuivre au-dessus d'un électro-aimant tournant. #

M. Abria a a constaté la loi qui nous occupe, en en vérifiant par l'expérience les conséquences mathématiques. Dans le cas d'une aiguille oscillant sur un disque fixe, il résulte des calculs de Poisson que, pour les petites oscillations, et si l'on suppose les résistances émanant du disque, proportionnelles aux vitesses , les amplitudes successives forment une progression géométrique décroissante dont la raison est

[I] j3 = <? */*, dans laquelle on a 7=|/i^L

g est la pesanteur, a la demi-longueur de l'aimant oscillant , k une constante, et e la base des logarithmes népériens.

Pour vérifier cette conséquence de la loi, M. Abria pose transversalement sur l'aimant oscillant, une aiguille en ivoire portant à ses extrémités des arcs divisés. L'aimant étant en repos, il vise, avec une lunette fixe, une division,

» Bibliothèque universelle de Genève (Sciences et arts), t. XXIX (48*5), p. «57. * Annales de chimie et de physique, 3* série, t. XLIV, p. 472.

la 10*, par exemple ; puis, faisant osciller l'aimant, il observe quelles divisions n,n', n' ... paraissent coïncider avec le fil du réticule, à la fin de la 2« , 4e la 4», de la 6e... oscillation. Il est évident que les amplitudes sont n-10, n'-IO, n"-\Q... et l'expérience montre qu'elles forment une progression géométrique. M. Abria a aussi procédé par la méthode des déviations. Le calcul montre que, si la loi est vraie, on a pour le sinus de l'angle de déviation 9», qnand la plaque fait n tours par seconde ,

sin On = — ^-j nT7 log |3 = — 2,932nT7 log |3,

en représentant par T la durée d'une oscillation faite par l'aimant sous l'influence de la terre. L'expérience a donné des résultats suffisamment d'accord avec ceux que donne le calcul.

M. Abria a reconnu, en faisant osciller au-dessus du disque, un aimant dont il augmentait graduellement l'intensité, que la force tangentielle croît à peu prés proportionnellement à la force magnétique, et que cette loi est indépendante de la distance.

Les lois relatives à la distance et à l'épaisseur sont mal connues. H. Matteueei a reconnu que la force tangentielle augmente avec l'épaisseur du disque , mais moins rapidement ; ce qui tient à ce que les différentes couches sont à des distances différentes de l'aimant.

La loi relative aux distances a été étudiée par MM. Ghristie, Prévost, Colladon et Harris. Ce dernier trouve que la composante tangentielle varie en raison inverse d* carré de la distance ; mais les résultats doivent dépendre de l'épaisseur, les différentes couches placées à des distances différentes étant inégalement influencées par l'aimant.

«984. Explication du magnétisme de rotation. — Le magnétisme de rotation n'a pu recevoir d'explication satisfaisante qu'après la découverte de l'induction magnéto-électrique. Plusieurs physiciens, entr'autresMM . J . Herschell et Babbage, l'avaient attribué à un développement de magnétisme proprement dit dans le disque, sous l'influence des pôles de l'aimant. Ce magnétisme , contraire à celui du pôle qui le produisait, persistait pendant quelques instants, dans les parties du disque qui s'éloignaient de l'aimant, et entraînait ce dernier. Mais l'absence de toute trace de polarité magnétique dans le disque en repos , n'a pas permis d'admettre cette explication. Cependant, Poisson ayant soumis cette hypothèse au calcul, en partant de certaines suppositions, est parvenu à retrouver les trois composantes d'Arago. Ces savants calculs sont devenus inutiles , depuis que la découverte des courants d'induction est venue donner la clé de ce curieux phénomène.

Courants dans le dfsane tonnant près d*nn aimant, — Aussitôt après la découverte des courants induits, M. Faraday eut l'idée de rapporter le magnétisme de rotation à des courants développés dans le disque tournant, par

les pôles de Tannant voisin. Dans son premier Mémoire sur l'induction * , on trouve un grand nombre d'expériences dans lesquelles il a dérivé une partie de ces courants, à travers un réomètre. Considérons une plaque métallique rectangulaire AB(/fy. 4327), que l'on fait marcher dans le sens de la flèches, au-dessous du pôle d'un aimant N, dans lequel le sens des courants d'Ampère est indiqué par les flèches. Les bords de la plaque glissent sur les extrémités fixes , r,r' du fil d'un réomètre , appuyées en deux points de la droite rr' qui rencontre l'axe de l'aimant. Pendant le mouvement de la plaque, le réomètre indique un courant allant de r' en r dans la plaque. Si le fil r est attaché à la plaque en f> le courant va à travers celle-ci, de r' en f; et si ce fil est en /*, il va de r' en f . — Le sens du courant change quand la plaque revient sur ses pas. Ce sens change aussi quand le pôle est placé au-dessus de la plaque, ou quand on le remplace par le pôle contraire. — 11 résulte de laque, si la plaque glisse entre deux pôles magnétiques opposés , les actions de ces deux pôles s'ajoutent. — Quand les communications avec le réomètre sont en r et r', le courant allant dans le sens r'r , si l'on enlève les fils r, r', ce courant pourra se

décharger à travers la plaque, en formant des circuits m et n. Comme les courants induits démandent un certain temps pour se développer, la ligne suivant laquelle m'arche le courant r'r ne passe pas par Taxe de l'aimant, mais elle est un peu en avant , en ab. Il résulte de là que la partie antérieure de l'aimant sera plus vivement attirée par ab que la partie postérieure n'est repoussée, et l'aimant tendra à marcher dans le sens de la plaque.

Pour montrer l'existence des courants induits dans un disque tournant en présence d'un aimant, M. Faraday a employé l'appareil ( fig. 1328), qui constitue la première machine magnéto-électrique qui ait été imaginée. A est un fort aimant ou électro-aimant, entre les pôles très rapprochés duquel tourne un disque de cuivre. L'axe de ce disque communique, parle ressort r, avec une des extrémités du fil d'un réomètre, et le contour, avec l'autre extrémité du même fil, par l'intermédiaire du ressort r'. Les bords du disque sont amalgamés , pour rendre le contact plus intime. Pendant la rotation , l'aiguille est déviée, et le sens de la déviation reste le même , quel que soit le point de contact du ressort r' ; mais l'intensité du courant dérivé dans le réomètre varie avec la position de ce point ; elle est d'autant

Fig. 1327.

* Annales de chimie et de physique, 2e série, t. L, p. 42.

plus grande qu'il est plus rapproché des pôles de l'aimant. Quand on change le sens de la rotation, le courant est renversé. On peut aussi faire communiquer les deux bouts du fil du réomètre avec le contour du disque. Alors le sens du courant dépend du bout qui est le plus rapproché des pôles de l'aimant. Si les deux bouts sont placés à la même distance de part et d'autre de ces pôles, l'aiguille n'est pas déviée.

Une fois admise l'existence des courants induits dans le disque, il est facile de concevoir qu'ils puissent déplacer l'aimant, s'il est mobile. On voit aussi pourquoi l'action est d'autant plus prononcée que le disque est meilleur condoc teur, les courants d'induction se développant alors plus facilement (17 40). Les fentes très rapprochées annulent tout effet, parce qu'elles interrompent les circuits dans lesquels les courants induits tendent à se développer. Ces courants ne peuvent se former sur les substances isolantes; cependant Arago a trouvé que les oscillations d'une aiguille aimantée étaient un peu ralenties par le voisinage de plaques de verre ou de gomme laque. Ce fait d'abord contesté, puis confirmé, se rattache à des phénomènes de diamagnétisme dont nous parlerons plus loin. Mais pour déterminer Faction exercée sur l'aimant, et les trois composantes découvertes par Arago , il faut analyser les courants qui circulent dans le disque , trouver le sens dans lequel ils marchent et la forme des courbes qu'ils parcourent , courbes qui sont fixes dans l'espace pendant que le disque tourne et se dérobe, pour ainsi dire, sous elle.

4786 Distribution des eowamts a 1a «wteee do dteqne tMraaat. — MM. Nobili et Fig. 1329. Antinori ' ont fait de nombreuses expériences sur

ce sujet. Ils exploraient la surface du disque au moyen de cônes en cuivre, ou $ondest fixés aux extrémités du fil du réomètre, et qu'ils appuyaient en deux points du disque, en ayant soin de ne pas presser trop fort, de peur de développer des courants thermo-électriques. Voici les résultats auxquels ils sont arrivés. Soit DD' {fig. 1329) le disque , tournant dans le sens de la flèche r , N le pôle nord d'un barreau aimanté placé perpendiculairement au disque. Les sondes appliquées successivement en a, b; a', V, indiquent entre ces points des courants directs par rapport à ceux de l'aimant , dus à ce que la partie aV du disque s'éloigne de l'aimant. En ed et c'd' on trouve, au contraire , des courants inverses provenant de ce que la partie cd' s'approche de l'aimant. Les courants ab , a'b' attirent l'aimant, les courants cd, c'd' le repoussent. Si donc il est mobile, il sera entraîné dans le sens du mouvement du disque. — Remarquons que les parties du courant ci , c'a' qui repoussent l'aimant , tendent à l'éloigner du disque, tandis

» Annalet de chimie et de phy tique, 3« séné, t. XLYID, p. 426, et t. i, p. *80.

que les courants afr, aV tendent à l'en rapprocher ; mais à cause du sens du mouvement, les premiers sont plus rapprochés de l'aimant et envahissent le disque jusques sous son pôle ; leur action l'emporte donc sur celle des autres, qui agissent de plus loin et. plus obliquement. De là l'explication de la répulsion normale au disque , constatée par Arago. — Quant à la composante parallèle au rayon, remarquons que l'aimant est repoussé vers le centre par les courants qui régnent en cd, et en sens contraire par ceux qui régnent en c'd'. Les forces qui agissent ainsi proviennent des points du disque renfermés dans une circonférence nn, dont le rayon dépend des distances, et des intensités des courants développés par l'aimant. Des actions opposées sont produites par les courants ab , «'6', mais nous venons de voir qu'elles sont plus faibles. Or, si l'aimant est assez rapproché du bord du disque pour qu'une partie de la circonférence nn soit en dehors , on voit que les courants tels que c'd' l'emporteront, et le pôle N sera repoussé vers l'extérieur ; si l'aimant se rapproche du centre, cette répulsion diminuera, deviendra nulle , puis quand le cercle fin sera tout entier sur le disque, les courants tels que cd l'emporteront, les parties du disque voisines du centre n'éprouvant qu'une faible induction, à cause de leur faible vitesse. Mais une fois que le cercle nn aura dépassé le centre, les mouvements du disque étant en sens contraire de part et d'autre de ce point, les effets produits par les parties de cercle nn qui ne sont pas du même côté du centre se contrarieront, l'aimant se rapprochera de la position verticale, et s'y arrêtera complètement quand il sera au-dessus du centre. Dans cette position, l'expérience montre qu'il ne se produit plus de courants induits, comme on pouvait le prévoir.

Les effets intenses que produisent les disques en fer doux sont dûs au magnétisme contraire développé par les pôles de l'aimant ; ce magnétisme persiste après que le point influencé a un peu dépassé l'aimant, et agit sur ce dernier par attraction. Quant à la nullité d'effets d'un disque d'acier, il est difficile de s'en rendre bien compte ; on soupçonne cependant qu'elle est due à la persistance des états magnétiques excités sous les pôles de l'aimant.

Distribution générale des courants sur le disque. — Nobili et Àntinori n'avaient exploré que certaines parties des courbes parcourues sur le disque parles courants; ils ont cependant, dans le cas de deux pôles d'aimant placés symétriquement par rapport au centre, construit deux courbes dont l'ensemble forme une espèce de 8, et que parcouraient les courants développés pendant le mouvement de rotation. Mais c'est à M. Mateucci qu'est dû le travail le plus complet sur ce sujet. * Pour rendre les courants plus intenses, il les excitait au moyen d'un électro-aimant puissant dont le fer doux seul pesait 400 kilog., -et dont l'hélice recevait le courant de 20 couples de Grove. Les branches de cet électro-aimant étaient horizontales et placées symétrique-

i Ans. de ch. et de ph., 3* sér., t. XXXIX , et XL1X ; et Court sur l'induction. Paris (4854), page 97.

ELECTRO-MAGNETISME.

Fig. 4330.

ment par rapport au centre d'un disque vertical en cuivre de 0m,80 de diamètre? appliqué sur un autre disque en bois , centré sur un arbre mu par une roue et une corde sans fin. La fig. 1330 représente un autre appareil employé par le môme physicien; le disque d reçoit son mouvement, d'une roue à manivelle m et d'une corde sans fin. e, e sont les branches de l'électro-aimant, pouvant s'écarter plus o u moins , et r, r des sondes en cuivre, pressées modérément

sur le disque, par des ressorts à boudin logés dans les tubes qui les portent . Ces sondes son soutenues et articulées de manière à pouvoir être appuyées sur les points du disque que l'on veut explorer ; elles communiquent avec le réomètre R, et sont arrêtées dans une position fixe par les vis v, r, te, u.

La fig. 1331 représente les résultats obtenus dans ces expériences , N et S sont les pôles nord et sud de l'électro-aimant. Les courants parcourent, dans le sens des flèches, les courbes tracées en points. On voit qu'il y a quatre systèmes de circuits fermés , disposés deux à deux symétriquement par rapport à la ligne des pôles, à laquelle

ils sont tangents. Les courbes 4,2, 3, 4 et 5 sont des lignes neutres ou de nul courant ; elles sont normales à la ligne des pôles et au contour du disque. Les courants ont leur maximum d'intensité dans les points où ils coupent normalement ces lignes. La ligne neutre A B établit la séparation entre des états électriques opposés. U en est de même de 1a circonférence nn, qui passe par les projections des pôles des électro-aimants, et qui est aussi une ligne neutre. Quand on fait tourner le disque avec une vitesse suffisante, la ligne neutre AB se déplace proportionnellement à la vitesse , dans le sens du mouvement, et vient en A'B' ; il en est de même de tout le système des autres lignes neutres et des courbes que parcourt l'électricité. En même temps, la circonférence neutre nn se resserre. Cette influence de la vitesse prouve qu'il faut , pour le développement de l'induction, un temps comparable à la durée d'un tour du disque. H. Matteucci, ayant formé avec des fils de cuivre garnis de soie et fixés sur

Fig. 4 334.

un plateau de cire, des circuits semblables à ceux qui sont figurés sur le disque tournant, et les ayant fait parcourir par des courants voltaïques, a pu reproduire, sur une aiguille aimantée, tous les effets des trois composantes trouvées parArago (1781).

4786. Induction par mouvement, dans des masses métalliques de forme quelconque. — Si Ton suspend entre les pôles d'un puissant électroaimant, par un cordon fortement tordu, un cube en cuivre, en argent...., ce cube se met à tourner avec une vitesse croissante. Si alors on lance dans F électro-aimant, le courant de 25 à 30 couples, on voit le cube tournant s'arrêter subitement, pour recommencer à tourner sous l'influence de la force de torsion dés qu'on supprime le courant. La fig. 1332 représente un appareil construit par M. Ruhmkorff, avec lequel on fait facilement cette expérience.

Fig. 4332.

Fig. 4333.

B,B' sont deux bobines enveloppant deux gros cylindres en fer doux, de manière que les pôles a et b soient de nom contraire. Les cylindres sont réunis par des barreaux coudés de même métal ron, pry pouvant être fixés sur une barre de fer F, et à différentes distances l'un de l'autre , au moyen de vis v, v\ de manière à constituer un seul électro-aimant. Avant de circuler dans les bobines, le courant passe par un commutateur c. Une règle graduée IV porte un curseur qui soutient une tige f , à laquelle est suspendu le cube tournant,

Le phénomène qui nous occupe a été découvert par M. Faraday ; il s'explique par les courants d'induction qui se développent dans le cube en mouvement, à l'instant où le courant est lancé dans l'électro-aimant, et sur lesquels ce dernier agit avec assez d'énergie pour détruire subitement la vitesse. Quand ensuite le cube , sollicité par la torsion du fil, tend à se mouvoir, le moindre déplacement qu'il éprouve suffit pour y développer des courants induits , à cause de l'énorme force magnétique qui s'exerce sur lui, et il est sans cesse ramené au repos. — Cette explication est confirmée par l'expérience suivante de M. E. Becquerel : ayant remplacé le cube par un anneau de cuivre A (fig. 4333), ouvert en o et suspendu verticalement, il vit le mouvement continuer après que le courant eut été lancé; dans l'électro-aimant; c'est que les courants

d'induction ne pouvaient se développer dans l'anneau brisé. Cet anneau ayant été fermé au moyen d'un fil métallique, la vitesse put être subitement anéantie, comme dans le cube de cuivre. On remarque, en outre, que les métaux les meilleurs conducteurs sont ceux qui produisent le phénomène de la manière la plus nette. — M. Lamy a remarqué que , si l'on fait mouvoir le commutateur de manière à renverser fréquemment le courant, ou seulement à l'interrompre et à le rétablir , la masse , quelle que soit sa forme , tourne de plus en plus rapidement, pourvu qu'elle né soit pas dans le plan vertical qui contient la ligue des pôles.

Masses composées de lasses. — M. Matteucci a fait un grand nombre d'expériences qui montrent bien aussi qu'il est nécessaire qu'il puisse se développer des courants d'induction dans la masse mobile, pour que l'électro-aimant agisse sur elle '. Cette masse était suspendue entre les pôles d'un électro-aimant en fer à cheval, recevant d'un système d'horlogerie un mouvement de rotation autour d'un axe vertical passant entre ses deux branches. La masse se mettait à tourner dans le sens de l'électro-aimant, sous I influence d'une force qui était mesurée, soit par la torsion d'un fil d'argent servant à la suspendre, soit par le nombre de tours faits pendant un temps donné, avec une vitesse constante, par ce corps suspendu alors par un fil de cocon. M. Matteucci a reconnu ainsi qu'un cube formé de lames de cuivre très minces séparées par des couches de vernis, ne prend pas de mouvement, quand il est suspendu de manière que les lames soient horizontales ; tandis que le même cube tourne vivement, quand ces lames sont verticales. C'est que, dans le second cas, chaque lame peut être parcourue par des courants induits dans un plan normal à la ligne des pôles ; ce qui ne peut avoir lieu dans le premier.

M. Matteucci ayant formé, avec du bismuth cristallisé, de petits cubes éganx dont deux faces étaient parallèles au plan de clivage le plus brillant , plan qui est perpendiculaire à l'axe principal de cristallisation, reconnut que l'action de l'électro-aimant est plus vive quand ces faces sont verticales, que lorsqu'elles sont horizontales. Un cube en bismuth, dont la cristallisation est confuse et la cassure granulée, est toujours sollicité plus vivement par l'électroaimant , que le bismuth cristallisé. Les couches de bismuth se comportent donc comme les lames de cuivre de l'expérience précédente ; cependant, elles ne sont pas séparées par des substances isolantes ; mais il suffit que la conductibilité soit inoindre perpendiculairement aux plans de clivage, que dans le sens de ces plans, pour qu'on puisse rapprocher les deux phénomènes. Or , c'est ce que M. Matteucci a vérifié directement : il laissa refroidir lentement dans une large assiette , une couche de bismuth de 20 à 25™ d'épaisseur , dans laquelle il tailla deux tiges de même longueur et de même section, l'une parallèle, l'autre perpendiculaire aux plans du clivage principal ; et il trouva, par la méthode du réométre différentiel , que les tiges perpendiculaires aux

* Annales de chimie et de physique, S* série, t. XXXIX, p. 4 34, et XLÏD, p. 467.

plans de clivage conduisent moins bien que les autres. M. Matteucci a confirmé ce résultat, en montrant que les tiges perpendiculaires aux clivages , s'échauffent plus que les autres, par le passage d'un môme courant voltaîque.

4989. Réaction des eonranta induits, snr l'aimant qnl les développe.

— En même temps que les aimants produisent dans les corps conducteurs, des courants induits, ceux-ci réagissent sur les aimants, et modifient leur état magnétique. MM. Breguet, Weber, Faraday, Matteucci, Verdet, ont étudié ce genre dephénoméne. M. Verdet se servait de l'appareil de Page (fig. 1730 ), dans lequel un barreau de fer tourne devant les pôles d'un aimant enveloppé par l'hélice induite; seulement, il remplace le barreau de fer par des lames des différentes substances à essayer, et il ajoute à l'appareil, un commutateur qui ne laisse circuler le courant induit que pendant -fc du temps d'une révolution de la lame, et à partir d'une position donnée de cette lame. L'existence de courants induits dans l'hélice montrent que les courants qui sont induits dans le barreau par l'aimant, réagissent sur le magnétisme de ce dernier. La réaction n'a plus lieu quand on remplace la lame par un faisceau de fils métalliques , ou par un barreau formé de limaille agglutinée par un mastic.

D'après les lois de l'induction, les courants observés devraient être distribués symétriquement, pendant la période où la plaque s'éloigne de la ligne des pôles de l'aimant, et pendant celle où elle s'en rapproche ; or, l'expérience indique entre ces deux périodes une dissymétrie d'autant plus marquée, que la vitesse de rotation est plus grande. Ce phénomène est dû au temps nécessaire pour que l'induction s'accomplisse dans la lame tournante. Des expériences faites en remplaçant l'aimant de l'appareil par un puissant solénoïde, ont manifesté la même dissymétrie ; ce qui prouve qu'elle n'est pas due à l'influence du temps sur les variations du magnétisme de l'aimant.

«988. Chaleur produite par l'Indnetlon. — Nous avons exposé , en traitant des sources de chaleur, la nouvelle théorie mécanique de la chaleur (11,1075). Dans l'induction parles aimants, il faut dépenser un certain travail mécanique destiné à vaincre les résistances produites par les réactions électro-magnétiques qui tendent- à détruire la vitessse des parties mobiles de l'appareil. Ce travail, tout-à-fait distinct de celui qui est employé à vaincre les frottements et autres résistances passives , doit être, d'après les idées nouvelles, représenté par un certain développement de chaleur. C'est, en effet, ce qui a été constaté par M. Joule et par M. L. Foucault2. M. Joule opère de la manière suivante : un petit électro-aimant de i?cm de longueur est renfermé dans un tube de verre rempli d'eau. Ce tube est fixé sur un arbre vertical , portant un commutateur auquel aboutissent les extrémités de l'hélice magnétisante, dont le circuit est fermé au moyen d'un réomètre. Le système fait 10

' Annales de chimie et d$ physique, 3* séria, t. XXXI, p. 487.

* Annales de chimie et de physique, 3* série, t XXXIY, p. 504; et t. XLV, 346.

tours par seconde , sous l'influence d'un poids qui descend le long d une échelle verticale ; de manière qu'il est facile d'évaluer le travail mécanique dépensé au bout d'un temps donné. Le tube de verre tourne ainsi entre les pôles d'un fort électro-aimant, et l'eau s'échauffe d'une quantité proportionnelle à l'intensité du courant induit, mesurée par le réométre. La chaleur perdue par le contact de l'air, s'évalue en faisant tourner l'appareil après avoir supprimé le courant dans l'électro-aimant. On calcule ensuite, par les formules des chaleurs spécifiques, le nombre de calories développées dans le tube en mouvement. H. Joule a trouvé ainsi, pour le nombre de kilogrammètres équivalant à une calorie, des résultats variant de 322 à 572, et dont la moyenne est de 460kœ ; nombre qui ne diffère pas trop, vu les incertitudes du mode d'expérience, de ceux qui ont été obtenus en partant du frottement ou de l'expansion de la vapeur (11,1076).

M. L. Foucault fait tourner entre les pôles d'un fort électro-aimant, un disque en cuivre, au moyen du système d'engrenage qui lui sert à mettre en mouvement son gyroscope (1,126). Des armatures en fer doux, appliquées aux extrémités des branches de l'électro-aimant, concentrent l'action des pôles tont près du corps tournant; et celui-ci, lancé avec une vitesse de 150 à 500 tours par seconde, s'arrête au bout de quelques secondes après qu'on a introduit le courant de 6 couples à charbon dans l'hélice magnétisante. Si l'on agit sur la manivelle de manière à entretenir une vitesse de 75 tours, ou éprouve une grande résistance, qui n'existe pas quand l'électro-aimant n'est pas en activité. En même temps, le disque s'échauffe et devient brûlant au bout de peu de temps, malgré la perte considérable de chaleur qui se fait par le contact de l'air. Dans une expérience, le disque s'est échauffé de 60u en 2 minutes, l'électroaimant n'étant animé que par 2 couples à charbon. Il est évident que de forts aimants peuvent remplacer l'électro-aimant.

4789. Magnétisme en mouvement par rinflnenee du globe. — La terre se comportant comme un aimant, un disque tournant devra être parcouru par des courants induits sous l'influence du globe. C'est, en effet, ce que H. Faraday a constaté: quand on fait tourner sur lui-même un disque de cuivre dirigé perpendiculairement à l'aiguille d'inclinaison, et qu'on appuie les extrémités du fil d'un réométre, sur l'axe de rotation et sur le contour, on dérive un courant, dont le sens change avec celui de la rotation. Ce courant s'affaiblît quand le plan du disque se rapproche de la direction de l'aiguille d'inclinaison, et il devient nul quand ce plan est parallèle à cette aiguille. Une sphère en cuivre, tournant autour d'un axe situé dans le méridien magnétique et formant un angle avec l'aiguille d'inclinaison, est parcourue par des courants assez intenses pour dévier directement une petite aiguille aimantée rendue astatique, et placée dans un plan horizontal passant par le centre de la sphère. Si la rotation se fait en sens contraire du mouvement de la terre, et que l'aiguille soit placée à l'est de la sphère de cuivre, le pôle nord est dévié à l'est. Le contraire a lieu quand l'aiguille est à l'ouest. Si l'on change le sens de la rotation, les déviations, pour les mêmes positions, ont lieu en sens contraire. Les courants