On vérifie facilement les règles suivantes
1° Deux courants parallèles s'attirent s'ils sont de même sens, ils se repoussent s'ils sont de sens contraire.
On vérifie généralement cette action en prenant un courant fixe mn et un courant ab (fig. 94) mobile autour d’un axe de rotation parallèle à leur direction commune 4. On peut démontrer que si i et i’ sont les intensités des deux courants, l\ a
longueur de l’un d’eux, l’autre étant infiniment long (le fixe, naturellement) et D la distance, la force qui agit est donnée par la formulef=ii' -L
ÜÏ
Fig. 9i.
port à la direction des courants, et soit ô l’angle des plans déterminés respective ment par cette droite et par chacun des éléments. Si alors on désigne par fia force qui agit, cette force, dirigée suivant la ligne oor, est donnée par la, relation :
f = ^ (cos 6 Sin a Sin a' — — Cos a Cos a'^.
Si l’on désigne par o l’angle des deux éléments dans l’espace, on peut remplacer cette formule par la suivante :
iï ds ds
- ^Cos ? — Cos a Cos a'j •
1. Dans les figures se rapportant aux effets mécaniques, le sens du courant sera indiqué par des flèches simples et celui des forces par des flèches barbelées.
Il est clair que deux courants très voisins, parallèles et de sens contraire nm , mn' (fig. 95), constituent un ensemble sans action sur un autre courant parallèle, car ils produisent deux actions égales et contraires qui se détruisent.
L’expérience prouve, ce qui n’était pas évident à priori, qu’il y a encore équilibre si l’on considère deux courants de sens contraires
Fig. 95. Fig. 96.
dont l’un soit sinueux, tout en s’écartant très peu de l’autre (fig. 96). On en conclut, par conséquent, que, inversement, un courant rectiligne pourrait être remplacé dans son action par un courant sinueux s’en écartant très peu.
Si l’on a deux courants situés dans un même plan, formant un angle et tels que le courant mobile ne puisse que tourner autour du point d’intersection, ou deux courants faisant un angle dans l’espace et tels que le courant mobile ne puisse que tourner autour de la perpendiculaire commune aux deux directions, de manière à détruire dans l’un et l’autre cas les composantes qui ne seraient pas perpendiculaires au courant mobile, on observe des mouvements qui peuvent être prévus à l’aide de l’énoncé suivant :
2° Deux courants angulaires s'attirent s'ils se dirigent ensemble
vers le sommet de l'angle (fig. 97), ou s'ils s'en éloignent ensemble ; ils se repoussent dans le cas contraire (fig. 98).
Dans les deux cas, le courant mobile ab obéissant à cette action arrive à l’état d’équilibre dans lequel les deux courants sont alors parallèles et de même sens.
Il est à remarquer que, dans ce cas, il existe en même temps une force parallèle à la direction du courant mobile : cette force tend à éloigner le conducteur mobile du sommet si F un des courants se dirige vers le sommet, tandis que l’autre s’en éloigne ; elle aurait au contraire pour effet de le rapprocher de ce point, si les deux courants s’approchaient ensemble ou s’éloignaient ensemble du sommet de l’angle.
On reconnaît facilement que cette force parallèle disparaît si l’on a un courant fixe indéfini mn (fig. 99) agissant sur un courant angulaire fini ab ; il y a alors deux composantes de sens contraires dirigées parallèlement à ab.
169. — Nous avons supposé que les deux courants ne dépassaient
Fig. 99. Fig. 100.
pas ensemble le sommet de l’angle O (ou la perpendiculaire commune), ou même qu’ils ne l’atteignaient pas. Il est facile de reconnaître que si l’on a deux courants croisés ab et mn (fig. 100), il y a quatre actions perpendiculaires qui sont toutes concourantes et qui tendent à amener le courant mobile à être parallèle au courant fixe et de même sens.
Il va sans dire que, dans ce cas, il n’y a pas de forces parallèles, les diverses composantes se détruisant deux à deux.
170. -- Considérons le cas simple où l’on a un courant indéfini
Fig. 101. Fig. 102.
mn (fig. 101 et 102) agissant sur un courant mobile perpendiculaire ab absolument libre, ou susceptible de se mouvoir parallèlement à sa direction. On reconnaît immédiatement qu’il n’existe que des composantes perpendiculaires qui s’ajoutent et qui provoquent le
mouvement du conducteur mobile parallèlement à sa direction dans le sens qu’indiquent les figures.
L’action serait analogue si le courant mobile perpendiculaire au courant fixe n’était pas dans un même plan avec lui.
On se rend compte, à l’aide de considérations tout à fait semblables aux précédentes, de la rotation provoquée par un courant circulaire
Fig. 103.
sur un courant mobile autour de l’axe du cercle(fig.|103). Le circuit mobile est entraîné dans le sens du courant fixe s’il est parcouru par un courant qui s’éloigne de celui-ci; il est entraîné en sens contraire du courant fixe s’il est parcouru par un courant qui s’approche de celui-ci.
171. — Il est facile de prévoir ce qui doit arriver lorsque l’on a un courant fixe agissant sur un circuit mobile fermé : nous examinerons successivement le cas où le circuit est mobile autour d’un axe parallèle au courant fixe, et celui où il est mobile autour d’un axe perpendiculaire à ce courant fixe.
1° Soit un courant rectangulaire a bc d (fig. 104) mobile autour
d’un axe perpendiculaire au courant fixe mn. En s’appuyant sur les
résultats indiqués plus haut (168, 170), on reconnaît facilement que les trois actions produites sur ab , bc et cd sont concordantes, tandis que la partie da produit un effet inverse. Mais il est à remarquer que Faction de da est moindre que celle de bc à cause de la plus grande distance, de telle sorte que le mouvement produit est celui provenant des actions de ab , bc et cd, c’est-à-dire qu’il a pour effet d’amener le circuit de manière que dans sa partie la plus rapprochée du courant fixe le courant soit parallèle à celui-ci et de même sens.
Si le courant n’est pas rectangulaire (fig. 105), on peut remplacer par la pensée chaque élément du circuit par un circuit sinueux comprenant une partie perpendiculaire au courant fixe et une partie parallèle. Tous les éléments composants perpendiculaires produisent des actions concordantes avec celle'des éléments parallèles de la partie supérieure, de manière que dans la partie la plus rapprochée le courant tende à être de même sens que dans le courant fixe; les éléments parallèles de la partie inférieure qui agissent en sens contraire produisent des effets moindres, à cause de la plus grande distance, et ce sont par suite les autres composantes qui déterminent le mouvement.
2° Soit maintenant un courant rectangulaire abcd (fig. 106) mobile autour d’un axe parallèle au courant fixe mn : quelles que
puissent être les actions exercées en bc et en da, elles se détruisent; les actions en cd et en ab sont concordantes et ont pour effet de rapprocher le plus possible du courant fixe la partie du circuit mobile où le courant est de même sens.
On passe d’ailleurs facilement de ce cas à celui d’un circuit mobile de forme quelconque et l’on arrive à un résultat analogue.
On peut dès lors parvenir par des combinaisons diverses à imaginer des circuits mobiles qui soient insensibles à l’action d’un courant fixe donné, qui soit astatique par rapport à ce courant (fig. 107).
172. — Ampère a particulièrement étudié des combinaisons de courants fort intéressantes, les solénoïdes. Théoriquement un solénoïde (fig. 108) est un assemblage de courants circulaires parallèles et de même sens : le lieu des centres de ces cercles est Y axe du
Fig. 108. Fig. 109.
solénoïde. Dans la pratique, on construit un solénoïde à l’aide d’un fil enroulé en hélice (fig. 109) et dont on ramène une partie parallèlement à l’axe dans toute sa longueur : chaque spire peut être supposée remplacée par un courant circulaire et un élément rectiligne de longueur égale au pas de l’hélice (fig. 110); Faction de cet élément est détruite par l’action inverse du fil de retour et il n’y a à considérer que les parties circulaires.
Il n’y a pas lieu de distinguer, comme on le faisait autrefois, les solénoïdes dextrorsum des solénoïdes sinistrorsum ; mais, par contre, il faut insister sur ce que dans un solénoïde les extrémités
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Fig. 110. Fig. lit.
sont différentes : dans l’une on voit le courant tourner dans le sens des aiguilles d’une montre, tandis que dans l’autre on le voit tourner en sens opposé : nous désignerons la première extrémité sous le nom de pôle direct et la seconde sous celui de pôle inverse.
173. — Étant donné un solénoïde placé dans le voisinage d’un courant assez intense et pouvant tourner autour d’une perpendiculaire à son axe (fig. 111), on conçoit que chaque courant circulaire subisse l’action du courant et que, par suite, le solénoïde se dirige jusqu’à ce que dans la partie la plus voisine les courants qui le traversent soient parallèles au courant fixe. Alors, l’axe du solénoïde est perpendiculaire au courant fixe, et l’on voit facilement que si
l’on personnifie le courant comme il a été dit ci-dessus (104), on peut dire que le pôle inverse du solénoïde au moment de l’équilibre est à gauche du courant.
174. — L’application de la formule élémentaire (167) permet d’étudier l’action résultante exercée par l’ensemble des spires d’un solénoïde sur un élément de courant
pd
-~©; Fig. 112.
(fig. 112) ; on trouveque cette force, dont nous ne donnerons pas la valeur, est dirigée perpendiculairement au plan qui contient l’élément de courant et l’extrémité de l’axe du solénoïde, et son sens est tel que l’élément de courant soit entraîné vers la gauche de l’observateur qui personnifie le courant s’il regarde le pôle du solénoïde dans le cas où celui-ci est un pôle direct, et que l’élément de courant soit entraîné vers la droite s’il s’agit d’un pôle inverse.
Comme conséquence, le pôle du solénoïde subit de la part de l’élément de courant une action égale et contraire, c’est-à-dire qu’il est soumis à une force perpendiculaire au plan passant par l’élément de courant et le pôle, dirigée de manière que le pôle soit entraîné à droite du courant s’il s’agit d’un pôle direct, et à gauche s’il s’agit d’un pôle inverse.
Ajoutons, sans y insister, que l’on a pu déterminer par le calcul l’action d’un solénoïde sur un courant donné, fini ou infini, dans des circonstances connues : ces résultats ont été vérifiés par l’expérience.
175. — Si l’on considère deux solénoïdes, dont l’un soit mobile autour d’une droite perpendiculaire à son axe, et dont on approche les extrémités, on reconnaît qu’il y a attraction si les pôles en présence sont de noms contraires et qu’il y a répulsion si les pôles sont de même nom. Nous n’avons pas besoin d’insister sur l’analogie que présente ce phénomène avec les effets observés dans les aimants.
176. — L’expérience montre qu’un circuit très mobile traversé par un courant suffisamment intense prend en général une direction déterminée qui se renverse absolument si l’on change le sens de ce courant. On peut résumer les effets observés en disant que tout se passe comme s’il existait dans les régions équatoriales un courant qui se dirigeât sensiblement de l’est à l’ouest. Gela explique entre autres les effets suivants :
Un circuit fermé mobile autour d’un axe vertical se dirige de manière à se placer perpendiculairement au méridien magnétique
et de telle sorte que le courant ascendant soit à l’ouest ; il résulte de là que, vu du pôle nord, le sens de la rotation est inverse.
Si l’on prend un circuit fermé mobile autour d’un axe horizontal perpendiculaire au méridien magnétique, il s’incline de manière que la partie inférieure dirigée vers le sud soit traversée par un courant de l’est à l’ouest. Le plan du circuit est alors perpendiculaire à l’aiguille d’inclinaison.
Dans l’hémisphère austral on observerait des effets analogues, mutatis mutandis.
Il est aisé de prévoir que les phénomènes observés seront plus intenses si l’on prend plusieurs circuits parallèles au lieu d’un seul, mais que les résultats seront les mêmes ; par conséquent un solénoïde mobile autour d’un axe horizontal prendra une position telle que son axe sera dans le plan du méridien magnétique et que le pôle dirigé vers le nord sera ce que nous avons appelé le pôle inverse qui pourra dès lors recevoir le nom de pôle nord.
D’autre part, si l’on a un solénoïde mobile autour d’un axe horizontal et perpendiculaire au plan du méridien magnétique, il se dirige de manière que son axe soit parallèle à l’aiguille d’inclinaison.
177. — Les actions des solénoïdes entre eux et la direction qu’ils prennent spontanément sont en tout semblables aux actions observées sur les aimants : aussi paraît-il tout naturel d’établir une analogie qu’ Ampère a su reconnaître dans ses mémorables recherches. Cette analogie ne consiste pas seulement dans un parallélisme des actions, pour ainsi dire, mais elle peut être poussée beaucoup plus loin, car il existe des actions réciproques des courants ou des solénoïdes et des aimants. Il nous suffira de les indiquer rapidement.
Une aiguille placée dans le voisinage d’un courant (fig. 113 etll4) tend à se diriger perpendiculairement au courant, de telle sorte que le pôle nord soit à la gauche de celui-ci (104) quelles que soient les
Fig. 113. Fig- im-
positions relatives du courant et de l’aiguille (expérience fondamentale d’Œrsted et règle d’Ampère).
Il va sans dire que si le courant est mobile et l’aimant fixe, c’est le courant qui est dévié, mais la position finale relative est la même.
Un solénoïde agit sur un aimant lorsqu’on présente leurs extrémités en regard: il y a attraction s’il s’agit de pôles de noms contraires; et répulsion si les pôles sont de même nom.
On peut donc entièrement assimiler comme action électrique ou magnétique un aimant à un solénoïde, le pôle nord de l’un étant homologue du pôle nord de l’autre, c’est-à-dire qu’un aimant est un solénoïde et que son pôle nord est un pôle inverse.
La seule différence observée, c’est que, tandis que l’action exercée sur un pôle d’un solénoïde est appliquée à l’extrémité de l’axe, dans l’aimant les actions analogues sont appliquées en un point, le pôle, qui n’est pas à l’extrémité même, mais à une petite distance. Ampère a cependant maintenu l’assimilation; l’aimant est considéré par jui comme un assemblage de solénoïdes particulaires semblablement orientés ; mais il admet que les axes, par réaction réciproque, subissent certaines déviations de telle sorte que les extrémités ne sont pas toutes dans le plan extrême et que le point d’application de la résultante des forces élémentaires correspondant à ces solénoïdes partiels ne peut dès lors être dans ce plan.
Un aimant avec un point conséquent serait, dans cette théorie, analogue à un assemblage de courants circulaires, tels que dans un certain nombre d’entre eux le courant marcherait dans un sens tandis qu’il marcherait en sens contraire dans les autres.
Enfin un morceau de fer doux posséderait de semblables courants particulaires, mais non orientés et dont par suite les effets se détruiraient : l’action d’un aimant serait de les orienter semblablement à lui, et cela explique l’aimantation par influence; ils reprendraient leurs positions quelconques si l’aimant était enlevé et le fer doux cesserait d’être aimanté au moins à peu près (magnétisme rémanent).
Cette idée conduisit Ampère à supposer qu’un solénoïde agit dans ce cas également pour aimanter le fer doux, et l’amena à construire les électro-aimants. Un électro-aimant est un barreau de fer doux entouré d’un solénoïde : il devient un aimant lorsque le courant passe, et cesse d’être aimanté, du moins à peu près complètement, dès que le courant est interrompu.
Si l’on opère sur un barreau d’acier, dans l’un et l’autre cas les courants particulaires semblent avoir plus de difficulté à s’orienter; mais ils conservent l’orientation après la cessation de l’action directrice et le barreau reste aimanté.
178. — Les lois qui régissent Faction d’un aimant sur un élément de courant sont les mêmes que celles que nous avons indiquées en parlant des solénoïdes, et les vérifications expérimentales ont montré dans tous les cas un accord parfait.
Naturellement aussi les conséquences que l’on en peut tirer pour le cas de courants finis, de circuits fermés, etc., sont vraies aussi, et l’on a pu expliquer ainsi un certain nombre d’effets qui paraissaient bizarres au premier abord et qui sont cependant en concordance avec les lois élémentaires.
Des effets très complexes relatifs aux actions des courants, tant sur les solénoïdes que sur les aimants, ont pu être prévus par le calcul en prenant pour base la formule d’Ampère, et l’on a pu réaliser et vérifier expérimentalement toutes les conséquences auxquelles on est ainsi arrivé : nous ne pouvons insister ici et nous devons nous borner à signaler d’une manière générale cette concordance absolue.
179. — Les divers résultats que nous avons signalés rapidement au sujet de l’influence des courants de formes diverses sur les aimants ou réciproquement peuvent s’exprimer d’une façon différente.
On peut, par exemple, dire que l’existence d’un circuit traversé par un courant donne naissance à un champ magnétique (19) dont les lignes de force peuvent être mises en évidence par des expériences analogues à celle du spectre magnétique (12). Ce champ magnétique détermine dès lors les mouvemements des aimants qui s’y trouvent placés conformément aux indications générales. S’il existait primitivement un champ magnétique, il est modifié dans sa constitution par l’existence d’un courant.
D’autre part, les courants mobiles sont, comme les aimants, influencés parla constitution du champ magnétique où on les introduit et, comme les aimants, sont dirigés par rapport aux lignes de force, quoique les règles ne soient pas les mêmes.
Ilestinutile d’insister sur cette façon de présenter les phénomènes indiqués précédemment, car elle ne change rien aux faits et modifie seulement la forme des énoncés.
180. Courants électriques produits par des actions mécaniques. — Nous avons vu que l’action d’un courant ou d’un aimant sur un conducteur traversé par un courant donnait naissance à un mouvement relatif : nous allons étudier maintenant des effets que l’on peut considérer comme inverses de ceux-ci.
Le phénomène initial est le suivant : soit un conducteur AB (fig.115) traversé par un courant et soit un circuit CDG : quel que soit leur
rapprochement, le voisinage de AB n’amènera aucun effet dans CD; mais sitôt qu’il y aura un déplacement relatif, il naîtra un courant dans CD et ce courant durera autant que le déplacement même, pour cesser lorsque la distance sera redevenue invariable, quelle que soit sa valeur.
Le courant dans CD sera de sens contraire à celui de AB, c’est-à-dire inverse, s’il y a rapprochement ; il y aura au contraire un courant de même sens ou direct , s’il y a éloignement :
ces courants sont appelés courants induits.
L’intensité du courant produit croît avec la longueur des fils en présence, avec l’intensité du courant inducteur, et avec la rapidité du déplacement relatif.
181. — Il importe de remarquer que le courant induit qui naît ainsi et le courant inducteur agissent l’un sur l’autre conformément aux règles énoncées plus haut; que, par exemple, lors du rapprochement, le courant induit étant de sens contraire au courant inducteur, il existe une force répulsive, c’est-à-dire une force qui s’oppose au mouvement existant : l’effet est inverse dans le cas de l’éloignement. C’est cette remarque qui constitue la loi de Lenz.
Lors du déplacement relatif d’un courant et d'un circuit , les cou rants qui prennent naissance dans celui-ci font naître des forces qui s'opposent au mouvement qui les produit.
11 faut remarquer que des résultats analogues se manifestent également dans les autres circonstances où naissent les courants. Les actions chimiques des piles hydro-électriques amènent la polarisa lion des électrodes; les courants qui prennent naissance dans les piles thermo-électriques ont pour effet de faire varier la température de la soudure (phénomène Peltier) en sens contraire de l’action thermique qui lui est effectivement appliquée.
182. — Afin d’observer des effets plus intenses, on a d’abord remplacé les fils rectilignes par des fils enroulés en spirale, augmentant ainsi la longueur agissante; on emploie de préférence maintenant des bobines : en-
Fig. 115.
général, le courant inducteur passe dans une bobine h (fig. 116) que l’on peut introduire dans une bobine creuse d’un plus grand diamètre, bobine induite B. Il va sans dire que dans chaque bobine le sens de l’enroulement doit être le même.
On peut prévoir et l’expérience justifie qu’un aimant, que nous comparons à un solénoïde, doit donner naissance à des effets analogues. Si, en effet, on introduit dans une bobine un barreau aimanté ou si on l’en retire, on observe la production de courants induits ; et dans chaque cas, le sens du courant est bien celui que l’on déterminerait en appliquant les règles données ci-dessus au solénoïde qui remplacerait l’aimant.
Des effets du même genre peuvent être observés sans qu’il y ait déplacement relatif, à proprement parler, dans les conditions suivantes.
183. — Si l’on a deux circuits, deux bobines par exemple B et b (fig. 117), et que dans l’une d’elles b on fasse passer un courant, il se
produira dans B un courant de très courte duréeetdesens inverse: c’est \e courant induit de fermeture. Il correspond à la période d’état variable (108) du courant inducteur, et cesse dès que le courant atteint l’état permanent. Si l’on vient à rompre le circuit dont fait partie la bobine 6, il y a manifestation d’un courant en B, courant direct qui est appelé courant induit de rupture et qui correspond également à la période d’état variable.
On peut, dans une certaine mesure, rapprocher ces effets des précédents, en remarquantqu’un courant qui commence peut être comparé à un courant qui arrive instantanément de l’infini, et inversement pour un courant qui finit.
184. — Enfin des effets analogues sontproduits par des variations d’intensité du courant inducteur (ce que l’on obtient facilement en faisant varier les résistances dans le circuit) : un courant qui augmente d’intensité donne naissance à un courant induit inverse ; on peut dire qu’il y a là commencement d’un courant surajouté au courant primitif et égal à la valeur de l’augmentation. Si le courant inducteur diminue d’intensité, il y a production d’un courant induit direct. Ces courants n’ont d’ailleurs que la durée de la période d’état variable du courant inducteur.
185. — Les deux derniers modes de production des courants induits se manifestent également sous l’influence des aimants. On le prouve comme suit :
Dans une bobine (fig. 118) on place un long barreau de fer doux de l’extrémité libre s duquel on approche brusquement un aimant NS ; il y a immédiatement production d’un courant dans la bobine, et le sens de ce courant est bien celui qui correspondrait à l’action du solénoïde qui peut remplacer l’aimant, d’après Ampère; il y a un courant inverse lorsque l’on éloigne rapidement l’aimant. Dans ce cas, il y a commencement d’un aimant (le fer doux s’aimantant par influence), puis cessation de cet aimant : on peut reconnaître que c’est bien le développement et la cessation du magnétisme qui produisent l’induction et non le mouvement de l’aimant qu’on approche ou qu’on éloigne, en recommençant la même expérience après avoir remplacé le barreau de fer doux par un morceau de bois de
même dimension ; le courant induit qui se manifeste alors est très faible et ne peut se comparer à celui que l’on observe dans l’expérience précédente, bien que les variations de distance de l’aimant soient les mêmes.
On montre également l’effet produit par une augmentation ou une diminution d’intensité magnétique au moyen d'une expérience semblable mais dans laquelle le barreau de fer doux est remplacé par un aimant : le rapprochement ou l’éloignement d’un autre aimant a pour effet d’augmenter ou de diminuer l’intensité magnétique de chaque pôle du premier, suivant les noms des pôles qui sont ainsi mis en présence.
186. — Si l’on répète l’expérience de la production d’un courant par un courant à l’aide de deuxbobines en mettant un fer doux F (ou mieux un faisceau de fil de fer doux) à l’intérieur de la bobine interne b (fig. 119), on reconnaît que l’intensité du courant induit est
notablement augmentée. Ce résultat s’explique facilement en remarquant que le fer doux s’aimante par l’action du courant inducteur et cesse d’être aimanté lorsque le courant inducteur est interrompu : il y a donc, en même temps, un courant et un aimant qui commencent, un courant et un aimant qui finissent, et on voit immédiatement que l’action de l’aimant s’ajoute à celle du courant, cequi explique l’augmentation d’intensité du courant inducteur.
187. — -Considérons une bobine dans laquelle on fait passer un courant : au moment où on l’établit, quelle que soit la rapidité de l’effet, il n’est pas instantané et le courant existe dans une spire ABC (fig. 120) un instant avant d’exister dans la spire suivante CDE : il doit donc y avoir induction de chaque spire sur les voisines et,
Fig. 121.
par suite, manifestation d’une force électromotrice qui, si elle existait seule, produirait un courant inverse ; mais qui, en réalité, ne peut qu’affaiblir le courant principal et changer la forme de l’état variable. On peut mettre en évidence l’existence de cette force électromotrice et du courant auquel elle donne naissance (courant qui a reçu le nom à' extra- courant de fermeture) à l’aide de l’expérience suivante :
Dans un circuit comprenant une pile P (fig. 121) et une bobine B on introduit une dérivation comprenant un galvanomètre G. On note la déviation produite parle passage du courant et on arrête l’aiguille à ce point par un taquet qui l’empêche de revenir au zéro, puis on rompt le circuit. Au moment où on le rétablit, l’aiguille, vivement déplacée, indique une déviation plus grande du galvanomètre : donc, à la force électromotrice de la pile s’est ajoutée une autre force électromotrice qui ne peut provenir que de la bobine et qui, ayant dans la dérivation une action de même sens que celle de la pile, a nécessairement dans le circuit une action de sens inverse, ce qu’il s’agissait de démontrer.
188. — Un effet inverse se manifesteranécessairementàlarupture
d’un circuit présentant des parties voisines, comme une bobine, et il y aura production d’une force électromotrice donnant naissance à un courant de même sens que le courant principal et qui se manifestera par une augmentation brusque de celui-ci avant sa cessation. On peut reconnaître cet effet à l’aide d’un galvanomètre placé dans un circuit comprenant une bobine : au moment où l’on rompt le circuit, l’aiguille qui était déviée s’écarte davantage du zéro, dénotant ainsi l’existence d’un extra-courant de rupture. On peut mettre plus nettement le fait en évidence à l’aide d’une expérience analogue à celle indiquée précédemment : le courant d’une pile P (fig. 122) passant dans le circuit, bobine et dérivation, l’aiguille du galvanomètre G est déviée.
On la ramène au zéro malgré le courant et on l’y maintient à l’aide d’un taquet ; au moment de la rupture du circuit l’aiguille se trouve brusquement déviée en sens contraire : il y a donc eu production d’une force électromotrice, qui ne peut provenir que de la bobine et qui, ayant dans la déviation une action inverse de celle de la pile, a nécessairement dans le circuit, c’est-à-dire dans la bobine, une action de même sens que celle de la pile.
189. — La terre peut être considérée soit comme un aimant, soit comme un solénoïde ; il résulte de là qu’il doit être possible de mettre en évidence l’existence de courants d’induction produits sous son influence. C’est en effet ce qui a été vérifié par divers savants et ce que l’on peut montrer à l’aide du cerceau de Delezenne; cet appareil est constitué par un cadre circulaire en bois, entouré de plusieurs spires d’un fil métallique recouvert d’une matière isolante et dont les extrémités sont en relation constante avec deux conducteurs auxquels communiquent deux bornes ; ce cadre tourne autour d’un axe de rotation dont on peut faire varier à volonté la direction et l’inclinaison. En introduisant un galvanomètre dans le circuit etfaisant tourner le cadre, on reconnaît l’existence d’un courant d’induction, au moins toutes les fois que l’axe de rotation n’est pas parallèle à l’aiguille d’inclinaison : le sens du courant est conforme d’ailleurs aux lois de l’induction et à l’hypothèse du courant équatorial de l’est à l’ouest (176).
190. Il est essentiel de faire observer qu’un courant induit ne diffère pas, au fond, de tout autre courant ayant une origine dif-
férente, action chimique ou calorifique, bien que les manifestations soient diverses. Il est de même nature, bien qu’il se présente avec des caractères différents.
Ainsi qu’il était facile de le prévoir, et comme il a d’ailleurs été vérifié par l’expérience, le courant induit ne naît pas instantanément d’une manière absolue, pas plus qu’il ne finit brusquement; mais, comme tout courant électrique, il présente une période d’état variable d’établissement et une période d’état variable de cessation : seulement ces périodes, très courtes l’une et l’autre, se succèdent très rapidement, de telle sorte qu’il n’y a pas, à proprement parler, d’état permanent.
L’absence d’une période appréciable d’état permanent, la rapidité de succession des deux états variables initial et final peuvent masquer les effets résultant de l’existence des courants induits sans que l’identité des causes puisse être niée. Gomme nous le dirons d’ailleurs, on peut, à l’aide des courants obtenus par induction, donner naissance à des effets chimiques, à des effets calorifiques, à des effets mécaniques; les courants d’induction peuvent' enfin, conformément aux lois que nous venons d’indiquer, faire naître dans des circuits voisins des courants d’induction.
Ajoutons, d’autre part, que les différences depotentiel, dontl’existence des courants induits est une preuve, sont assez considérables pour donner lieu à des effets de décharge qui sont identiques à ceux que peuvent donner les machines électriques.
Nous avons dit (183) que les courants induits produits correspondent à une période d’état variable du courant inducteur : on peut donc prévoir qu’un courant induit pourra agir à son tour sur un circuit voisin pour y faire naître deux courants, correspondant aux deux périodes d’état variable initial et d’état variable final. . Le sens de ces courants est également prévu parles règles générales données précédemment, et les effets peuvent être résumés par le tableau suivant qui fait connaître le sens de ces nouveaux courants dits courants induits de deuxième ordre.
Gourant
inducteur
Courant induit de 1er ordre
Courant induit de 2e ordre
Fermeture Rupture
Etat variable. — État permanent. État variable
Courant inverse.
Établiss'-Cessation Rien
Courant Courant direct inverse
Courant direct.
Établiss'-Cessation.
Courant Courant
inverse. direct.
Le sens des courants de deuxième ordre est donné par rapport au sens du courant inducteur.
Ces actions se comprennent facilement aussi à l’aide du tracé graphique ci-joint (fig. 123).
On a pu mettre en évidence l’existence des courants induits du deuxième ordre à l’aide de la disposition suivante :
Un circuit A contient une pile et une bobine (ou une spirale) B;
Courant indurtew
celle-ci agit sur une bobine b{ qui lait partie d’un circuit comprenant une seconde bobine laquelle est placée dans le voisinage d’une bobine b2 appartenant à un circuit dans lequel se trouvera l’appareil particulier G destiné à mettre en évidence les courants que l’on veut étudier.
La fermeture (ou la rupture) du circuit AB fera naître un courant induit de premier ordre dans le circuit et celui-ci donnera naissance à deux courants induits de deuxième ordre dans le circuit b2 G.
Nous n’insisterons pas sur les dispositions qu’il convient d’employer pour mettre en évidence l’existence de ces courants induits de deuxième ordre, il y a quelques difficultés, eu égard à la succession très rapide de deux courants de courte durée et de sens contraire.
On comprend facilement que ces courants induits de deuxième ordre agissant sur un circuit voisin y produisent des courants induits de troisième ordre et ainsi de suite; mais le nombre de ces courants sera double du nombre des courants d’ordre inférieur, etc.
Les courants induits d’ordre supérieur au premier sont absolu-
ment sans application jusqu’à présent et il est inutile d’insister davantage.
191. — En étudiant les effets produits lors delà manifestation de courants induits dans diverses circonstances, on est arrivé à des lois qu’il est important de connaître.
Toutes choses égales d’ailleurs, et ainsi qu’il est facile de le prévoir, l’intensité du courant induit varie avec celle du courant inducteur (il va sans dire que ce que nous indiquons pour le courant s’applique aux aimants), et avec la longueur du circuit inducteur.
La quantité d’électricité dégagée dans le circuit induit ne dépend que du déplacement relatif du courant (ou de l’aimant) inducteur; ou bien de la grandeur de la variation d’intensité du courant (ou de l’aimant) inducteur.
Mais la différence de potentiel, et par suite l’intensité du courant pour un circuit donné, varie en raison inverse du temps pendant lequel s’est produit le déplacement ou pendant lequel s’est manifestée la variation d’intensité. Ce résultat se comprend, car une quantité d’électricité donnée produit un courant d’autant plus intense que le temps pendant lequel l’écoulement a lieu est plus court.
Certains effets dépendent des quantités d’électricité (électrolyse), d’autres de l’intensité du courant (galvanomètre) ; pour le même déplacement relatif de deux circuits, les premiers effets seront indépendants de la vitesse de ce déplacement, tandis que les autres en dépendront directement.
Comme conséquence immédiate, il résulte de là que si on donne naissance successivement à deux déplacements inverses et égaux, les quantités d’électricité mises en mouvement lors de la production du circuit inducteur et de celle du circuit induit seront égales; mais les intensités des courants de sens contraire ne seront égales que si les déplacements ont eu la même durée; s’il en était autrement, l’intensité serait d’autant plus grande que la durée du mouvement serait plus courte.
192. — Lorsque l’on produitdes courants d’induction dans une bobine en faisant successivement naître et disparaître un courant dans le circuit inducteur, on peut observer de diverses manières que l’intensité du courant induit direct, celui qui correspond à la rupture, est plus grande que celle du courant inverse qui correspond à la fermeture. Ce fait peut s’expliquer simplement par l’existence de T extra-courant dans la bobine inductrice. Au commencement,
l’extra-courant est inverse et par suite prolonge dans le fil la durée de l’état permanent, c’est-à-dire la période pendant laquelle il y a production : la quantité d’électricité restant la même, quelle que soit la durée, l’intensité diminue par conséquent. Lors de la rupture, l’ extra-courant pendant un temps très court augmente l’intensité du courant inducteur et par suite fournit un courant induit de très courte durée et inverse : mais le courant inducteur cesse et la période de l’état variable ne paraît pas changée, seulement une partie a été employée à produire l’effet que nous venons d’indiquer ; il reste moins de temps pour revenir à 0. Le courant inducteur revient même à cette valeur 0 en partant d’une valeur plus élevée que celle qui correspond à l’état permanent; mais cependant il n’y a pas gain de quantité, parce que, à ce point de vue, il faut tenir compte de l’effet inverse produit pendant le temps très court qui a correspondu à l’exagération de l’extrémité du courant inducteur. Mais il n’en reste pas moins que l’induction s’est produite pendant un temps plus court que si l’extra-courant de rupture n’avait pas existé et, par suite, l’intensité du courant induit direct doit se trouver augmentée d’autant.
Si les interruptions se succèdent très rapidement, l’état permanent du courant inducteur durera très peu, ou même ne sera pas atteint, et alors la période inverse qui accompagne le commencement de la rupture se confondra avec celle qui correspond à la fermeture et donnera un courant induit direct plus long et par suite moins intense que celui qui correspondra à la période de décroissance du courant inducteur.
193. — On peut, de diverses manières, obtenir des courants induits à l’aide desquels il sera possible d’effectuer les vérifications des phénomènes et des lois que nous avons précédemment indiqués.
On peut opérer, et c’est une méthode avantageuse pour certaines recherches, à l’aide de fils enroulés en spirales ou placés sur des bobines à une distance invariable, et en produisant dans le circuit inducteur des alternatives rapides de rupture et de fermeture, à l’aide de la roue à interruption de Masson ourhéotrope dont on fait varier à volonté la rapidité du mouvement de rotation (112).
Lorsque l’on veut étudier les courants induits, on peut installer dans le circuit induit une roue semblable à la roue à interruption montée sur le même arbre que celle-ci et disposée de manière à intercepter soit les courants inverses, soit les courants directs que l’on pourra ainsi étudier séparément. Enfin, à l’aide de 4 roues analogues montées également sur l’axe de la roue à interruption, on
arrive à faire passer dans un circuit donné les courants induits directs et inverses, tous dans le même sens.
A l’aide de ces derniers appareils, on peut reconnaître facilement que les courants induits ne diffèrent absolument en rien, quant à leurs propriétés, des courants électriques précédemment étudiés.
On peut, par exemple, recueillir seulement les courants inverses et étudier leurs effets sur un voltamètre, sur un électrolyte quelconque, sur un fil fin qui peut être porté à l’incandescence, sur un galvanomètre et, dans tous les cas, on observe les mêmes résultats que si l’on avait opéré avec un courant produit par une pile hydroélectrique. Il y a plus, et l’on peut reconnaître que les lois de Ohm ■sont applicables aux courants induits, l’intensité pouvant être calculée par les formules indiquées précédemment dans lesquelles, seulement, on remplacera la force électromotrice par une quantité qui, toutes choses égales d’ailleurs, est proportionnelle à la longueur du fil induit.
Les choses se passent absolument de la même manière, si à l’aide du rhéotrope on fait passer dans un circuit et dans le même sens en les redressant les courants inverses et directs. Pour les effets de quantité, on observe des résultats doubles de ce que l’on a trouvé pour un seul de ces courants ; pour les effets qui dépendent de l’intensité, on observe un résultat moyen si les alternatives se succèdent assez rapidement.
Si le circuit induit est continu, il est parcouru en sens contraire alternativement par des courants égaux en quantités, ce que Ton prouve en mettant dans le circuit un électrolyte, une dissolution de sulfate de cuivre, par exemple. 11 n’y a pas de décomposition (Matteucci), car à chaque changement il y a un effet inverse de l’effet précédent. Si l’on emploie un voltamètre, on reconnaît facilement ces effets opposés, car l’eau acidulée est décomposée et, dans chaque éprouvette, on recueille un mélange d’hydrogène et d’oxygène.
Les courants induits alternatifs passant dans un fil métallique fin et résistant l’échauffent et peuvent l’amener à l’incandescence.
Quant à l’action sur l’aiguille aimantée, sur le galvanomètre, elle varie suivant les conditions de l’expérience. Si la résistance du fil du multiplicateur est faible, l’aiguille ne se déplace pas, parce que les actions inverses des courants induits successifs se succèdent dans un temps très court, qui est négligeable par rapport à la durée des oscillations, et que leurs effets se détruisent. Il n’en est plus ainsi si la résistance est grande : le fil du galvanomètre agit alors pour affaiblir l’intensité du courant et il l’affaiblit d’autant plus que cette
intensité est plus faible ; et c’est alors le courant le plus intense qui donne le sens de l’effet qui est dû à la différence des deux actions, c’est-à-dire que le galvanomètre indique le sens du courant direct (de fermeture).
Il se produit un effet analogue s’il s’agit d’effets magnétiques, et un barreau d’acier placé dans une hélice magnétisante finit par s’aimanter dans le sens qui correspond au passage du courant direct.
Puisque dans le fil qui complète le circuit dans lequel se trouve une bobine induite il existe à certains moments un courant qui a un sens et une valeur déterminés, nous en pouvons conclure que les deux extrémités de cette bobine présentent une différence de potentiel que l’on peut évaluer, connaissant la résistance du circuit et celle de la bobine et l’intensité du courant. On peut d’ailleurs mettre en évidence cette différence de potentiel par diverses expériences.
La plus simple consiste à laisser dans le circuit un petit intervalle libre; sur chacune des deux extrémités du fd ainsi mises en présence, le potentiel n’àpas la même valeur et, si l’intervalle n’est pas trop grand, la différence peut être assez considérable pour que l’équilibre s’établisse à travers l’air et qu’il se produise une étincelle. Toutes choses égales d’ailleurs, cette différence de potentiel variera inversement au temps pendant lequel l’action inductrice s’est manifestée : elle sera donc plus considérable pour le courant direct (ou de rupture) que pour le courant inverse. De là résulte que si l'intervalle est petit, il y aura étincelle à chaque courant induit, l’action se produisant tantôt dans un sens et tantôt dans l’autre. Si au contraire l’intervalle est grand, il ne pourra être franchi quepour le cas d’une forte différence de tension et par suite seulement par le courant induit direct. Si même la distance était trop considérable, l’équilibre ne pourrait se rétablir par l’étincelle.
On voit que, en disposant une lacune convenablement choisie, il est possible d’obtenir dans le circuit un courant toujours dans le même sens, c’est-à-dire dans le sens direct.
L’étincelle est d’ailleurs d’autant plus grande que la bobine induite est plus résistante elle-même.
La différence de potentiel entre les deux extrémités libres d’un fd interpolaire peut être mise en évidence et mesurée par tous les appareils qui donnent la mesure du potentiel, comme l’électromètre Thomson, etc.
194. — Ce n’est pas seulement dans des circuits constitués par un ' fd métallique que peuvent se manifester des courants induits, mais
aussi dans des masses métalliques continues. Le fait a été vérifié par Nobili et Antinori, mais surtout par Matteucci qui opérait de la manière suivante :
Un disque de cuivre CD (fig. 124) tourne rapidement autour d’un axe perpendiculaire à son plan et passant par son centre, à
peu de distance des pôles ns d’un aimant (ou d’un électro-aimant) puissant. Deux pointes métalliques a , b sont reliées aux bornes d’un galvanomètre et peuvent venir s’appuyer sur le disque :
des dispositions particulières sont prises de manière à déterminer exactement à chaque instant la place occupée par ces pointes. Les pointes sont amenées en contact du disque alors que celui-ci est en mouvement et, en général, on voit aussitôt l’aiguille du galvanomètre se dévier, mettant en évidence l’existence d’un courant; mais par tâtonnement on peut arriver à des positions pour lesquelles l’aiguille du galvanomètre reste au zéro ; il n’y a donc pas de courant entre ces points, ils sont au même potentiel. On peut ainsi, en explorant le disque de proche en proche, tracer les lignes d’égal potentiel et l’on en peut conclure la direction des lignes qui représentent la marche des courants produits, ces lignes étant normales aux lignes équipotentielles.
Il importe de remarquer que ces lignes sont mobiles par rapport au disque métallique qui se déplace, mais sont fixes dans l’espace, faisant ainsi connaître les modifications apportées au champ magnétique par l’existence d’un conducteur en mouvement. Ces modifications, comme il est facile de le comprendre, différeront avec la force de l’aimant, la distance des pôles au disque, la vitesse de rotation de celui-ci, etc.
195. — Les courants induits qui se produisent dans ces conditions donnent naissance à des effets qui sont explicables par l’application de la loi de Lenz et qui consistent en ce que, étant donnés un masse métallique et un aimant (ou un électro-aimant) placés à une petite distance et en mouvement relatif, ils doivent tendre par la production même des courants induits au repos relatif. Les divers cas qui peuvent se présenter ont été réalisés et l’effet est conforme à la théorie.
1° Un disque de cuivre CD (fig. 125) placé au-dessous d’une aiguille aimantée fixe ns et que l’on fait tourner rapidement amène une déviation de l’aiguille aimantée et peut même donner naissanceà une rotation continue dans le même sens (Arago). On tend un feuille de papier ou de parchemin entre le disque et l’aiguille pour que l’action observée ne puisse être attribuée à l’agitation de l’air. Si l’on emploie un disque présentant des fentes rayonnantes, il ne se produit aucun effet, ou du moins l’effet est beaucoup moindre, car la discontinuité de la masse métallique gêne la pro-
duction des courants. Comme on pouvait s’y attendre, l’effet est analogue si l’on remplace l’aimant par un solénoïde ; il est nul si l’on emploie un fer doux.
2° Un disque de cuivre CD (fig. 126) suspendu par un fil sans torsion prend un mouvement de rotation lorsque l’on fait tourner audessous un aimant NS autour d’un axe vertical passant entre ses branches [(Iferschell et Babbage). L’action diminue si le disque présente des fentes, elle augmente si l’on remplit ces fentes avec un métal qui, se soudantau cuivre, rétablit la continuité.
3° Un disque de cuivre maintenu fixe ramène à l’immobilité un aimant animé d’un mouvement de rotation plus rapidement que ce repos n’eût été obtenu si l’aimant avait été seul (Arago, Seebeck) : c’est le cas, par exemple d’une aiguille aimantée oscillant au-dessus d’un disque de cuivre.
4° Un aimant maintenu fixe arrête un disque ou un bloc de cuivre animé d’un mouvement de rotation (Faraday). L’action se produit avec un anneau métallique : il cesse si l’on sectionne l’anneau, ce qui empêche la production du courant.
Si, dans cette expérience, l’appareil est disposé de manière à ce que l’on puisse entretenir la rotation du disque, on reconnaît que pour arriver à ce résultat il est nécessaire de dépenser un travail
mécanique considérable (expérience de Foucault). Ce travail, dont on ne retrouve pas la valeur en travail mécanique ou en augmentation de force vive, puisque l’on ne faitque maintenir un mouvement uniforme, n’est cependant pas perdu, mais seulement transformé, car on remarque que le disque s’échauffe notablement : la transformation a lieu dans ce cas par l’intermédiaire des courants d’induction. On conçoit, sans que nous ayons à insister ici, que cette expérience puisse être utilisée pour la recherche de l’équivalent mécanique de la chaleur.
196. — Nous ne pouvons indiquer en détail tous les phénomènes quel’on observe lorsque l’on étudie les courants d’induction, et nous nous bornerons à signaler un fait qui a donné lieu à diverses applications.
Supposons que l’on place, entre une bobine inductrice et une bobine induite, une autre bobine comprenant un fil convenablement choisi et dont on peut établir ou rompre la continuité du circuit. L’expérience montre que l’action de la bobine induite sur un galvanomètre placé dans son circuit est la même, que le circuit intermédiaire soit ouvert ou qu’il soit fermé ; mais il n’en est pas de même pour d’autres effets : l’étincelle est plus forte si le circuit intermédiaire est ouvert que s’il est fermé; l’action magnétisante sur un barreau d’acier placé dans l’axe de la bobine induite est également plus énergique si le circuit intermédiaire est ouvert que s’il est fermé.
197. — Le plus souvent, les courants d’induction sont obtenus à l’aide d’appareils spéciaux dont le nombre s’est considérablement accru dans ces dernières années et dont nous voulons seulement donner ici les principes.
Nous n’insisterons pas sur les dispositions qui permettent d’obtenir des courants induits par l’action des décharges statiques ou par l’action de la terre, et nous classerons les machines d’après le mode d’action effectif :
1° Machines volta-électriques, où le courant induit prend naissance par l’influence d’un courant fourni par une pile;
2° Machines magnéto-électriques , où l’induction est due à l’action du magnétisme;
3° Machine dynamo-électriques , dans lesquelles il n’y a ni aimant, ni courant inducteur, et où l’effet dû primitivement au magnétisme rémanent dépend du travail dépensé dans l’appareil.
198. Bobine d’induction de Ruhmkorff. — La bobine de Ruhmkorff est l’application de la production de courants d’induction
au moment de l’établissement ou de la rupture d’un courant dans un circuit voisin.
La bobine, réduite à sa forme la plus simple, comprend au centre un faisceau de fil de fer doux IL (fig. 127) autour duquel est enroulé
un fil de cuivre isolé d’un assez grand diamètre EF dans lequel passera le courant inducteur. Un second fil également isolé, mais d’un diamètre plus fin, est enroulé autour du cylindre précédent et ses extrémités aboutissent à deux bornes K et K'.
Lorsqu’on établira la communication du fil EF avec une pile et au moment où le courant commencera, un courant induit inverse naîtra dans le fil KK7 pour cesser dès que le courant inducteur sera parvenu à l’état permanent. Mais, lorsque l’on rompra le circuit inducteur, un courant induit direct naîtra dans le fil KK7. Il importe de remarquer que le courant inducteur agit en même temps sur le fer doux, qu’il aimante pendant son passage et qui cesse d’être aimanté quand le circuit inducteur est rompu : l’aimantation et la désaimantatiou produisent également des courants induits, et il est facile de voir que cette action du fer doux produit des effets qui concordent avec ceux qui résultent de l’établissement et de la cessation du courant.
Pour produire les fermetures et les ruptures du circuit inducteur, on peut établir les contacts entre deux pièces métalliques, directement à la main, ou bien intercaler dans le circuit une roue de Masson. Mais le plus souvent on charge le courant inducteur même de produire les effets nécessaires, soit en employant un interrupteur distinct (interrupteur Foucault), qui sera décrit dans un autre chapitre, soit, principalement pour les appareils de petites et de moyennes dimensions, en utilisant l’interrupteur de Neef.
Cet organe consiste en un marteau métallique BG (fig. 127) , mobile en B autour d’un axe horizontal et dont la tête G, en fer doux, est placée
au-dessous de l’extrémité des fils de fer If qui dépassent la joue de la bobine et, au repos, est appuyée sur une colonne métallique CD. Le courant de la pile pénétrant, par exemple, par la bobine A, traverse successivement la colonne AB, le marteau BG, l’enclume CD, puis, par l’intermédiaire d’un fil de communication, le fil inducteur EF pour se rendre à la pile dont le second pôle est relié à la borne H.
Mais, par le fait même du passage du courant, le fer doux IP s’aimante et attire le marteau C qui, soulevé, cesse d’être en contact avec l’enclume : le circuit inducteur est donc rompu et par suite le courant cesse. Mais alors le fer doux IP se désaimante et le marteau n’étant plus attiré retombe sur l’enclume, ce qui ferme le circuit et rétablit le courant. Dès lors les mêmes effets vont se reproduire et le marteau va osciller avec une rapidité qui dépendra principalement de ses dimensions et de son poids. Chaque oscillation complète produira une rupture, puis une fermeture du circuit inducteur, et correspondra à deux courants induits successifs, l’un inverse, l’autre direct. Cette action automatique se continuera aussi longtemps que passera le courant.
Dans beaucoup d’appareils le marteau est remplacé par une lame de ressort qui par son élasticité même tend à écarter la tête métallique du fer doux et, s’appuyant sur une vis en relation avec le fil EF, ferme le circuit. Quand le fer doux s’aimante, la lame est attirée, s’écarte de la vis et le circuit se rompt. Outre que cette disposition peut fonctionner dans toutes les positions, elle présente l’avantage de se prêter à un certain réglage en agissant soit sur la résistance du ressort, soit sur la position de la vis de contact.
Lorsque, dans ces interrupteurs, le marteau s’écarte du contact, il se produit une étincelle assez forte par suite de l’existence de l’ extra-courant de rupture qui, prenant naissance dans le circuit inducteur, ajoute son effet à celui du courant de la pile. Aussi convient-il de garnir de platine les parties entre lesquelles éclatent ces étincelles.
Nous indiquerons dans une autre partie les modifications diverses qui ont été apportées à cet appareil dans le but d’en augmenter la puissance.
199. Machine de Clarke et de Pixii. — Ces machines ont été les premiers modèles de machines magnéto-électriques et reposent sur la production de courants induits par le mouvement relatif d’un aimant et d’une bobine. Dans la machine de Pixii (fig. 128), l’aimant mobile tourne devant la bobine recouverte de fils; dans celle de
Clarke (fig. 129), c’est l’inverse: l’aimant est fixe et ce sont les bobines qui se déplacent devant les pôles de l’aimant. La théorie
Fig. 128.
est d’ailleurs la même et nous l’expliquerons en supposant que l’aimant soit fixe.
Soient S et N (fig. 130), les deux pôles de l’aimant et soient B, B', B" et B'" les diverses positions d’une bobine tournant autour du centre O dans le sens indiqué par les flèches pennées Pour simplifier et à cause des différences de distance, on peut admettre que lorsqu’une bobine est dans le voisinage de l’un des pôles, ce pôle agit seul. Considérons donc la bobine placée d’abord en face de N et s’en éloignant d’un mouvement que nous supposons uniforme : il naîtra dans le circuit dont fait partie le fil de cette bobine un courant de même sens que le courant particulaire du pôle N
del’aimant, c’est-à-dire un courant dontle sens est donné par la flèche non pennée : ce courant, fort d’abord, s’affaiblira, car les variations de distance seront moins rapides à mesure qu’on s’éloignera du pôle N; mais la bobine s’approchera du point P et l’action du pôle S commencera à se faire sentir. Le pôle S correspond à un mouvement particulaire inverse de celui de N ; mais comme la bobine se rapprochant de S y fait naître un courant induit inverse, cette bobine sera
traversée par un courant de même sens qu’il était dans le premier quadrant et qu’il continue par suite.
Mais au moment où la bobine dépasse le pôle S, le courant change brusquement de sens, car il s’éloigne des courants particulaires dont il s’approchait. Au sens près, les mêmes effets vont se produire pour cette seconde moitié de la révolution et le courant d’abord décroissant, puis croissant ensuite sans changer de sens, s’intervertira brusquement lorsque la bobine passera devant le pôle N. On peut représenter graphiquement ces effets en convenant, pour chaque position de la bobine, de porter à partir de la circonférence xyx'y' sur le rayon correspondant comme rayon vecteur une longueur représentant l’intensité du courant, et en convenant de la porter en dedans ou en dehors de cette circonférence suivant le sens du courant. On aurait alors une courbe analogue à la courbe xmx’rri .
Ainsi une bobine qui décrit une circonférence complète dans ces conditions est parcourue par deux courants inverses, les changements se produisant aux moments où la bobine traverse la ligne des pôles xx' .
On conçoit qu’au lieu d’avoir une seule bobine circulant dans le champ magnétique engendré par les pôles N, S, on pourrait en avoir plusieurs qui se mouvraient simultanément et dans chacune desquelles se produiraient les phénomènes dont nous venons de parler. On peut admettre également qu’il serait possible de trouver une disposition mécanique qui permettrait de recueillir tous ces courants dans un même circuit et de telle manière qu’ils y aient tous le même sens.
Dans la machine de Pixii et dans celle de Clarke, on emploie seulement deux bobines Blr B2 (fig. 131) diamétralement opposées, dont les noyaux en fer doux sont réunis par une traverse de même métal, constituant ainsi un électroaimant à deux branches. Le redressement de l’un des courants par rapport à l’autre s’effectue simplement en enroulant le bien sens contraires sur les deux bobines. Le courant change de sens à la fois dans les deux bobines lorsque celles-ci passent devant la ligne des pôles.
Dans la machine de Pixii l’électro-aimant est fixe et l’aimant mobile : il suffit de mettre les bouts libres du fil de l’électro-aimant en communication avec un fil métallique pour constituer un circuit
qui sera traversé par des courants alternatifs. L’axe de rotation de ; aimant en fer à cheval que l’on emploie est sur le prolongement de l’axe de l’électro-aimant.
Dans la machine de Clarke l’axe de rotation de l’électro-aimant est perpendiculaire au plan de l’aimant en fer à cheval qui est fixe. Mais à cause du déplacement continuel de l’électro, il faut une disposition spéciale pour recueillir les courants et les envoyer dans un circuit : à cet effet les extrémités libres BB' (fig. 132 et 133) des fils enroulés sur les bobines viennent aboutir à des pièces métalliques portées sur un cylindre de matière isolante : deux frottoirs à ressort auxquels aboutissent les extrémités du circuit sont en contact constamment avec les pièces métalliques de manière à fermer le circuit. Les pièces doivent avoir des dispositions différentes, suivant que l’on veut recueillir dans le circuit des courants alternatifs, comme ils sont effectivement donnés par l’induction, ou des courants toujours redressés, des courants de même sens.
Les dessins montrent d’une manière nette diverses dispositions du commutateur (nom donné au cylindre muni de ses contacts
métalliques) et donnant l’une (fig. 132) des courants alternatifs, l’autre des courants redressés (fig. 133).
La machine de Pixii peut également donner des courants redressés : il suffit d’employer un commutateur analogue au précédent, monté sur l’axe de rotation de l’aimant et sur lequel appuient des frottoirs dont les uns communiquent aux fils de l’électrotaimant et les autres au circuit extérieur.
200 . — Il n’est pas nécessaire pour qu’il y ait production d’un courant d’induction par l’action d’un aimant qu’il y ait apparition ou disparition du magnétisme ou déplacement relatif de l’aimant et d’une bobine. La bobine restant fixe et, par exemple, entourant les pôles d’un aimant, toute variation dans l’intensité ou dans la disribution du magnétisme fera naître un courant dont le sens est déterminé parles lois générales (185).
C’est sur cette remarque qu’est basée la machine d’induction de Page. Deux bobines entourent les pôles d’un aimant en fer à cheval devant lequel tourne avec rapidité une traverse de fer doux : les variations de position du fer doux par rapport à l’aimant amènent des changements dans la distribution du magnétisme, et des courants alternatifs apparaissent aussitôt dans un circuit qui comprend les bobines. On conçoit d’ailleurs que l’on puisse redresser les courants à l’aide d’un commutateur. On peut faire varier l’intensité des courants produits en approchant ou éloignant le fer doux de l’aimant.
Cette production du courant présente un intérêt spécial, à cause de la théorie du téléphone que nous développerons plus tard.
On peut remplacer dans l’appareil de Page la traverse de fer doux par deux bobines d’un électro-aimant. Les noyaux en fer doux des bobines produisent l’effet que nous venons d’indiquer; mais, de plus, ces noyaux s’aimantant et se désaimantant alternativement produisent des courants d’induction dans les bobines, et l’on conçoit que l’on puisse relier convenablement ces bobines au circuit des bobines fixes pour ajouter les effets produits. Certaines machines médicales sont basées sur cette disposition.
201. Machine Gramme. — La machine Gramme, dont l’invention est assez récente, diffère des machines précédentes en ce qu’elle donne directement un courant continu sans l’emploi de commutateurs ou de redresseurs. L’explication des phénomènes auxquels elle donne naissance n’est pas encore bien certaine : on peut cependant accepter la suivante qui est basée sur les mêmes données que celle des autres machines.
Considérons un aimant AB (fig. 134) ou un solénoïde équivalent et imaginons qu’une petite bobine entourant le barreau se déplace de A en B : à chaque instant cette bobine s’éloignera des spires situées du côté A pour se rapprocher de celles qui sont à l’autre extrémité : il y aura donc des effets opposés qui se détruiront par-
Fig. 134. Fig. 135.
tellement ; mais tant que cette bobine n’aura pas atteint le milieu M
de l’aimant, elle se rapprochera d’un nombre de spires plus grand que celui des spires dont elle s’éloigne : il y aura donc prédominance des premières sur les secondes et par suite un courant circulera dans la bobine, courant inverse. Mais à partir du milieu M, les effets seront renversés et le sens du courant devra se renverser aussi.
Si le barreau AB (fig. 135) a des points conséquents, on reconnaîtra de la même façon que le passage devant l’un d’eux ne change pas le sens du courant qui, comme précédemment, se renversera devant chaque ligne neutre M, M'. Il en serait évidemment de même si l’on considérait l’ensemble de deux ou plusieurs barreaux réunis par leurs pôles de même nom.
Si enfin la bobine que nous avons imaginée se meut sur un cercle aimanté présentant deux pôles N, S (fig. 136) et que l’on peut considérer comme constitué par la réunion, par leurs pôles de même nom, de deux aimants demi-circulaires, les mêmes effets se présenteront et le courant changera de sens en face des lignes neutres M et M' con-
servant le même sens de M enM' par N et le sens opposé de M' en M par S, le sens de la rotation étant celui de la flèche pennée.
Considérons maintenant, non plus une petite bobine, mais un solénoïde continu (fig. 137) enroulé autour de l’anneau aimanté et tournant d’une manière continue également sans entraîner l’aimant. Les effets que nous signalions ci-dessus se produiront de la même façon pour chaque spire. Aun même instant, toutes les actions exercées sur les spires comprises entre M, N, M' seront concordantes et donneront un courant allant par exemple de M vers M', tandis que les actions exercées sur les spires comprises dans la partie M', S, M seront concordantes entre elles, mais inverses des précédentes, donnant par conséquent un courant allant égalément de M en M', mais en passant par S.
Fig. 136.
Fig. 137.
Tout se passera donc comme s’il existait, en M et M', des causes quelconques établissant une différence de potentiel qui se manifesterait par l’existence des courants que nous venons d’indiquer. Si donc on établit en M et M' les deux extrémités d’un circuit formant dérivation, extrémités qui seront mises en contact successivement avec chaque spire du solénoïde circulaire au moment où elle passera en l’un de ces points, le courant dû à cette différence de potentiel1 se divisera et une partie traversera la dérivation toujours dans le même sens et d’une manière continue, au moins sensiblement si les spires se succèdent rapidement.
202. — On ne peut matériellement réaliser cette disposition d’un solénoïde courbe tournant autour d’un aimant circulaire fixe qu’il entoure ; mais on obtient un résultat analogue en enroulant le solénoïde à demeure sur un anneau de fer doux qui tourne entre les pôles N, S (fig. 138) d’un aimant fixe. Les pôles développés dans
cet anneau resteront fixes dans l’espace, bien que se déplaçant sur l’anneau puisqu’ils se produiront toujours en face des pôles de l’aimant.
En réalité, l’action est plus complexe, puisqu’il faudrait également tenir compte des actions exercées sur le solénoïde par les pôles de l’aimant.
L’établissement successif des contacts des extrémités de la dérivation avec les diverses spires successives se fait de la façon suivante : le fil isolé qui entoure l’anneau de fer doux est divisé en un certain nombre de bobines élémentaires (fig. 139) qui remplacent pratiquement les spires que nous imaginions précédemment. L’extrémité du fil de chaque bobine est reliée avec l’extrémité de la bobine suivante, et ces deux fils sont mis à la fois en communication avec une lame métallique collectrice. Les lames collectrices, en nombre égal à celui des secteurs du solénoïde, sont
réunies à l’aide d’une substance isolante et forment un cylindre, le collecteur , qui est entraîné dans le mouvement de rotation de l’anneau. Deux frotteurs F, F', constitués par des balais en fils métalliques, s’appuient sur le cylindre collecteur en deux points diamétralement opposés qui sont ceux entre lesquels la différence de potentiel est la plus grande. Ces points, d’après la théorie donnée précédemment, devraient être les points M et M' situés sur la ligne neutre. En réalité, il n’en est pas ainsi et les balais doivent être déplacés d’un angle que la pratique indique, pour produire l’effet maximum.
Les extrémités du circuit qui doit être parcouru par le courant sont reliées aux balais ; si ceux-ci ne touchaient chacun à la fois qu’une seule lame collectrice, il y aurait dans le circuit une interruption de courant chaque fois que le balai passerait sur une des parties isolantes du collecteur. Mais en réalité, le balai, par suite de sa flexibilité, touche plusieurs lames collectrices simultanément, de telle sorte qu’il y a toujours contact : le courant n’est jamais interrompu ; il subit, il est vrai, des variations d’intensité suivant le nombre des lames collectrices qui sont à la fois en contact, mais ce nombre varie (il ne devrait théoriquement varier que de 1) et ces variations sont d’autant moins sensibles dans les effets qu’elles produisent que le contact se fait sur un plus grand nombre de lames.
La première idée de cette machine a été indiquée par M. Paccinotti (1860) dans un mémoire qui est resté ignoré jusqu’à ces derniers temps. M. Gramme l’a découverte à nouveau et il convient d’ajouter qu’il a vu immédiatement le parti que l’on en pouvait tirer au point de vue pratique et industriel. Il faut reconnaître que cette invention a été le point de départ de nombreux progrès dans l’électricité appliquée : c’est du reste un point sur lequel nous reviendrons dans une autre partie de cet ouvrage.
203. Machine magnéto-électrique a excitatrice; machine dynamo-électrique. — On conçoit aisément que, dans les diverses machines d’induction magnéto-électriques que nous avons décrites, il est possible de remplacer les barreaux aimantés par des électroaimants qui sont mis en activité par un courant traversant leurs bobines. Cette disposition présente un intérêt évident, car on peut obtenir des électro-aimants dont la puissance est bien supérieure à celle des aimants.
Il serait possible que le courant qui anime les électros fût fourni par une pile ; mais cette disposition ne présenterait pas d’intérêt
pratique. Il est au contraire avantageux d’employer une machine magnéto-électrique de faibles dimensions pour produire le courant qui doit animer les électros de la machine principale : cette machine auxiliaire est désignée généralement sous le nom de machine excitatrice. Telle est l’idée qui, appliquée pour la première fois par Wilde, a depuis donné naissance à divers modèles intéressants.
Dans ces machines, qui sont actuellement fort employées et dont nous aurons l’occasion de décrire en détail divers types, il n’y a plus d’aimant. Une bobine, telle que nous l’avons indiquée pour la machine Gramme, ou basée sur un principe analogue, tourne entre les pôles d’un électro-aimant. Le courant qui excite cet électroaimant est emprunté à la machine même : on comprend, en effet, que si celle-ci fonctionne, on puisse utiliser tout ou partie du courant produit à parcourir les fils qui entourent l’électro-aimant et mettre dès lors ceux-ci en action. Mais il faut une excitation primitive qui, chaque fois que la machine s’est arrêtée, commence la mise en marche. On trouve cette excitation dans le magnétisme, rémanent (8) qui subsiste toujours dans le fer doux : ce magnétisme, bien que faible, donne naissance à des courants d’induction faibles aussi, mais ceux-ci, traversant l’électro, augmentent sa puissance et par suite l’action sur la bobine mobile, de telle sorte qu’il y a réactions successives des parties en présence les unes sur les autres, l’intensité du courant croissant jusqu’à ce qu’il s’établisse un état d’équilibre électrique.
Il nous suffit ici d’indiquer cette idée générale sur laquelle nous Ireviendrons ultérieurement.
204. Travail mécanique absorbé dans la machine d’induction. — Il importe de remarquer que, comme cela est indiqué par la loi de Lenz, le déplacement des pièces mobiles dans le champ magnétique ne peut se produire et fournir un courant électrique que moyennant la dépense d’une certaine quantité de travail mécanique. On ne retrouve pas d’ailleurs en énergie électrique l’équivalent du travail mécanique ainsi fourni : outre qu’il y a à vaincre les frottements des diverses pièces les unes contre les autres, l’expérience montre que les fils des bobines s’échauffent et que, par conséquent, une partie du travail est transformée inutilement en chaleur. Ajoutons même que réchauffement des fils et des conducteurs peut devenir un inconvénient dans la pratique et que l’on est obligé de prendre des dispositions pour les refroidir le plus possible. Nous reviendrons dans un chapitre spécial sur ces dispositions ainsi que sur la valeur du ren-
dement que l’on peut obtenir des machines d’induction actuellement en usage.
205. Réversibilité des machines d’induction. — Au point de vue le plus général, on voit qu’une machine d’induction est un appareil destiné à transformer du travail mécanique en énergie électrique. Ces machines, la plupart d’entre elles du moins et notamment celles qui fournissent des courants continus, jouissent d’une propriété fort intéressante et qui semble devoir servir de point de départ à de nombreuses applications : elles sont réversibles. Autrement dit, une machine Gramme, par exemple, à travers la bobine de laquelle on fera passer un courant électrique deviendra le siège d’une action mécanique : la bobine se mettra à tourner spontanément, à la condition bien entendu que le courant sera assez intense pour vaincre les résistances passives. Non seulement la bobine tournera, mais si elle est en relation avec une machine convenablement disposée, elle sera susceptible de développer du travail mécanique dont la quantité dépendra de l’intensité du courant.
Il n’est pas nécessaire de faire une théorie spéciale pour démontrer qu’il doit en être ainsi, et il suffit de se reporter à ce que nous avons dit relativement à la réciprocité des relations entre les actions mécaniques et les courants : cette réciprocité, que nous avons étudiée dans ses manifestations élémentaires, doit exister nécessairement dans des appareils où ces actions élémentaires sont seulement différemment combinées.
Il est clair que, dans ce cas, on ne retrouve pas en travail mécanique toute l’énergie électrique qui a été dépensée : il y a des pertes, et pour les mêmes raisons que nous avons signalées plus haut.
