MACHINES D’INDUCTION

348. — Les appareils d’induction, surtout les appareils magnéto et dynamo-électriques, prennent une importance de plus en plus considérable dans les applications de l’électricité. Aussi, comme il arrive toujours, est-on conduit à adopter les machines en vue de

. conditions spéciales, et ne saurait-on concevoir un appareil qui servirait également bien dans tous les cas.

Ces appareils ainsi spécialisés et auxquels on demande suivant les cas des services très différents (applications à la physiologie et à la médecine, à la galvanoplastie, à l’éclairage électrique, à la transmission du travail mécanique, etc.) seront décrits dans la suite de cet ouvrage. Nous nous bornerons ici à signaler avec quelques détails les instruments utilisés dans les laboratoires et qui sont, au moins en France, la bobine de Ruhmkorff, et les machines de Clarke et de Gramme.

349. Bobine de Ruiimkorff. — Nous avons donné (198) la théorie générale delabobine de Ruhmkorff, dans laquelle il y aà considérer trois éléments principaux : le circuit inducteur, l’interrupteur et le circuit induit. Laissant de côté les détails que l’on rencontre dans les bobines, tels que les commutateurs dont nous avons déjà parlé, nous étudierons successivement ces diverses parties.

Le fil inducteur fait nécessairement partie d’un circuit comprenantune pile. La puissance de cette pile dépend de la grandeur des effets à produire et de la disposition de l’appareil ; la pile est tantôt formée par deux éléments, au sulfate de mercure, de Gaiffe, et tantôt par douze éléments Bunsen, éléments plats et à grande surface :

chaque bobine est construite pour fonctionner le mieux avec un courant déterminé.

Le courant inducteur dans la bobine agit à la fois et par sa longueur et par son intensité. La longueur est celle du fil inducteur; l’intensité, pour une pile donnée, dépend de la résistance de ce fil. Si l’oji augmente la longueur on augmente en meme temps la résistance et, par suite, on diminue l’intensité : on peut bien, il est vrai, obvier à cet inconvénient en prenant des fils d’un plus grand diamètre; mais, en réalité, la question est complexe, car il faut tenir compte de la distance à laquelle les spires inductrices sont des spires induites, l’action diminuant quand la distance augmente. On conçoit que l’augmentation de longueur, l’augmentation de diamètre aient pour effet de réduire l’action des couches les plus externes du circuit inducteur et qu’il y a une limite que l’on ne peut dépasser sans perdre au moins autant que l’on ne gagne. A défaut d’une théorie complète, l’expérience précise les dimensions à adopter.

L’effet inducteur dépend de l’état variable qui se produit dans le circuit de la pile au moment où le courant s’établit et au moment où il cesse : la différence de potentiel qui s’établira aux deux extrémités du fil induit, et d’où dépend la grandeur des effets produits, est liée à la durée de cet état variable et croît quand cette durée diminue : il faut donc éviter toutes les causes qui tendent à allonger la période de l’état variable. Parmi ces causes, il y a lieu de considérer les extra-courants qui se produisent dans le circuit inducteur, extracourants qui augmentent la période d’état variable initial et font que les courants induits qui se produisent à l’établissement du courant, correspondent toujours à une moindre différence de potentiel que ceux qui se produisent lors de la rupture.

A la rupture, les étincelles qui se produisent à rinterrupteur, par suite de l’existence de l’extra-courant, sont plus énergiques que celles qui seraient données par la pile seule : outre que les conducteurs risquent de se détériorer, cette augmentation d’étendue de l’étincelle prolonge la durée du courant, qui ne cesse qu’avec l’étin- • celle même. Il y a donc, non pas interruption brusque, mais diminution d’intensité du courant inducteur avant la cessation : l’étincelle est une prolongation du courant, mais correspondant à une très grande résistance. Outre que l’action inductrice du courant doit alors être moins énergique, il faut remarquer que, en même temps, la désaimantation du faisceau central de fer doux est ■aussi moins brusque ; comme son action est semblable à celle du

BOBINE D’INDUCTION

circuit inducteur, on comprend que l’action inductrice diminue.

M. Fizeau a montré en 1853 que l’on évite ces inconvénients, qu’on les diminue au moins, en mettant deux points du circuit A, B (fig. 243) pris de part et d’autre de l’interrupteur DE en communication avec les deux armatures C, G' d’un condensateur. Les étincelles qui apparaissent à l’interrupteur sont moins considérables et les effets induits sont plus intenses.

Voici comme il nous semble que l’on peut s’expliquer ces effets : à la fermeture du circuit, d’abord, alors que le marteau E viendra

Fig. 243.

en contact avec D, avant que le régime permanent se soit établi dans le circuit, le condensateur devra se charger; la capacité du circuit inducteur sera plus grande que si le condensateur n’existait pas, la période variable sera donc plus longue, et comme rien ne sera changé à la valeur finale du courant, le courant induit diminuera d’intensité.

Supposons, au contraire, le régime permanent établi et considérons le moment où le marteau E s’écartera de la pointe D ; les deux lames du condensateur sont à un potentiel peu différent, puisqu’elles sont en communication par la série non interrompue des conducteurs B,D,E,A; dès qu’il se produit une interruption en DE, le condensateur tend à se charger davantage; c’est sur ses lames et non en DE que s’accumule l’électricité, d’une part, ce qui diminue les étincelles; puis, d’autre part, le condensateur se décharge par le circuit de B vers A en passant par la pile et la bobine, ce qui établit un courant en sens contraire de l’extra-courant et du courant de la pile, diminue encore l’étincelle de rupture et hâte la désaimantation du 1er doux; ces actions rapprochent donc la période variable de la durée qu’elle devrait avoir s’il n’y avait pas d’extracourant et augmentent l’intensité du courant induit de rupture.

Quoi qu’il en soit de l’explication, sur laquelle on n’est pas encore parvenu à s’entendre, le fait est incontestable et l’avantage de l’emploi d’un condensateur n’est pas douteux. Aussi, dans les bobines de dimensions un peu considérables place-t-on toujours un condensateur G (fig. 244) dont les armatures O, 0' sont reliées respectivement aux bornes situées de part et d’autre de l’interrupteur E E' Y. Tantôt ce condensateur est formé de lames d’étain séparées par des feuilles de mica ou seulement de papier paraffiné, tantôt il est con-

Fig. 244. — Bibine d’induction. (Ducretet.)

stitué par une longue bande de taffetas sur les deux faces de laquelle on a collé des feuilles d’étain présentant une grande surface : une autre bande de taffetas est placée de part et d’autre et le tout est replié de manière à entrer dans le socle qui sert de support à la bobine.

Gomme nous l’avons dit plus haut, le fer doux qui est au centre de la bobine agit également comme inducteur par son aimantation et par sa désaimantation. On a reconnu qu’il y a intérêt, à ce point de vue, à employer non un barreau unique, mais un faisceau formé par juxtaposition de fils de fer doux séparés le.s uns des autres : les variations magnétiques sont alors plus rapides. Il n’est pas nécessaire de séparer les fils les uns des autres à l’avance, la couche d’oxyde qui se forme toujours en très peu de temps constitue un isolant suffisant.

Dans quelques cas, le circuit inducteur peut être réuni par des conducteurs à des points entre lesquels on veut faire agir l’extra-

BOBINE D’INDUCTION

courant : cette disposition se retrouve notamment dans les appareils médicaux.

350. — Le courant induit qui se produit pour un courant inducteur donné, présentant des périodes déterminées d’état variable, dépend des conditions du circuit induit : la quantité d’électricité est proportionnelle à la résistance de ce circuit induit. Cet élément ne suffit pas pour déterminer la grandeur des effets produits; mais on peut en déduire que la force électro-motrice mise en jeu dans la bobine est proportionnelle au carré de cette résistance et en raison inverse de la durée du courant produit1 .

Il y a donc intérêt à augmenter la longueur et à diminuer la section du fil induit; mais il y a d’autre part une limite, car si la résistance de chaque spire est trop considérable, c’est-à-dire si le fil est trop fin, il y aura un échauffement capable de détériorer les couches isolantes qui séparent les diverses spires.

Dans les bobines qui avaient été primitivement construites, l’enroulement du fil induit se commençait à une extrémité de la bobine pour se continuer jusqu’à l’autre extrémité, puis, dans la couche suivante, l’enroulement se continuant, le fil revenait à son point de départ; à cet endroit, s’il y avait n spires par couche et si le rayon moyen était a , la longueur du fil qui séparait ces deux points était 2 X n X 2tt a et pouvait avoir une valeur considérable, c’est-à-dire que la différence de potentiel entre ces deux points était fort grande. Poggendorff signala cet inconvénient, qui pouvait amener des étincelles entre deux couches superposées et, par suite, une détérioration des enveloppes isolantes : il indiqua qu’il y aurait intérêt à modifier ce mode de construction en employant des bobines de moindre longueur, mais en en multipliant le nombre. On a satisfait

1. Soit r la résistance du circuit induit, e la force électromotrice, i l’intensité du courant, t sa durée, q la quantité d’électricité correspondante; on a :

q — it et

Mais on a d’autre part q = Kir , I étant l’intensité du courant inducteur et K une constante qui dépend de l’appareil ; on aura donc

Kir*

d’où l’on déduit

pratiquement à cette condition par l’emploi des bobines cloisonnées : la bobine est partagée dans le sens de sa longueur par un certain nombre de cloisons isolantes, des lames de glace, par exemple, placées transversalement. Entre deux cloisons consécutives on enroule le fil suivant la méthode ordinaire, seulement la longueur du fil qui correspond à deux couches superposées est nécessairement beaucoup moindre que dans le cas d’une bobine unique. On enroule dans chaque fraction un nombre impair de couches, de manière que le fil qui commence à une extrémité, à gauche par exemple, sorte à l’autre extrémité à la périphérie ; dans la fraction suivante, l’enroulement se fait inversement, de sorte que l’extrémité périphérique soit à gauche et l’extrémité centrale à droite. On peut alors aisément réunir les fils des deux fractions voisines et constituer une bobine induite unique, ne présentant en aucun point une grande différence de potentiel entre deux points voisins.

En général, pour les bobines de grandes dimensions, les seules pour lesquelles cette disposition présente un intérêt réel, on ne voit pas le cloisonnement, parce que la bobine est recouverte dans toute son étendue par une enveloppe isolante, en ébonite, par exemple.

Les dimensions du fil inducteur dépendent nécessairement des effets que l’on veut obtenir et varient considérablement, de même que celles du fil induit avec lesquelles elles doivent être dans une certaine relation : nous nous bornerons à dire que les diamètres sont uniformément de 0mm,16 pour l’induit et varient de lmm,5 à 2mm pour l’inducteur; les longueurs pour les modèles ordinaires variant de 1000 àl8000m pour l’induit et de 6 à 35m pour l’inducteur.

351. Interrupteurs Marcel Deprez. — Dans quelques recherches sur l’induction, on a employé comme interrupteur le rhéotrope ou roue de Masson. Pour certaines expériences de physiologie principalement, on fait usage d’interrupteurs mus mécaniquement et donnant lieu à des interruptions rythmées et dont les intervalles sont fixés à l’avance; nous les décrirons ultérieurement. Quelquefois enfin on produit les contacts et les interruptions directement à la main; cette disposition se rencontre, au moins facultativement, dans des appareils médicaux. Mais presque toujours on a recours à des interrupteurs dérivés soit du trembleur de Neef, soit de l’interrupteur de Foucault.

Nous avons indiqué, d’une manière suffisante pour que le fonctionnement puisse en être compris, le trembleur à marteau et le trembleur à ressort; aussi n’aurions-nous rien à ajouter si nous ne voulions signaler un perfectionnement indiqué simultanément par

BOBINE D’INDUCTION

M. Ducretct et M. Marcel Deprez; nous décrirons la disposition indiquée par ce dernier.

Dans le trembleur ordinaire, la pièce mobile est attirée et le courant inducteur interrompu dès que l’attraction produite par le fer doux aimanté est suffisante pour vaincre le poids du marteau ou la tension du ressort. Or, il est possible que cet effet se produise avant la fin de la période variable du courant inducteur, avant que celuici, par conséquent, ait atteint son intensité maxima, et dès lors le courant induit produit ne sera pas aussi intense que pourrait le donner le courant inducteur. M. Marcel Deprez a obvié à cet inconvénient en disposant l’interrupteur à ressort de manière que la force

Fig. 245. — Interrupteur Marcel Deprez. ( Carpentier .)

antagoniste que l’attraction du fer doux aimanté a à vaincre puisse être modifiée entre certaines limites. On tend le ressort antagoniste jusqu’à ce que l’attraction ne puisse se produire ; la bobine ne fonctionne pas alors; on détend ce ressort peu à peu, jusqu’à ce que le trembleur entre en action. On est bien assuré alors que l’attraction ne se produisant que lorsque le courant inducteur a atteint son maximum d’intensité, il a produit aussi son maximum d’effet sur la bobine induite.

De plus, il faut que le courant puisse être rétabli le plus tôt possible après sa rupture, parce que l’état variable de rupture a une durée très courte : elle est bien moindre que la durée de l’état variable de fermeture. Il convient donc d’éviter les pièces portées sur des ressorts assez longs, dont la durée, de vibration dépend de leur élasticité et est beaucoup plus considérable qu’il ne faut. Dans l’interrupteur de Marcel Deprez, la pièce mobile A tourne au-

tour d’une broche rigide E : un ressort R tend à l’appuyer sur la pointe de la vis F. Dans ce cas, le courant passe; comme dans toutes les bobines, il cesse dès que la pièce A attirée par le fer doux G quitte cette vis. Aussitôt que F attraction a cessé, la pièce A revient au contact avec la vis F dont elle ne s’écarte que très peu ; ce retour est très rapide parce qu’il n’y a pas vibration de A.

352. Interrupteur Foucault. — Dans l’interrupteur Foucault, ce n’est pas le courant inducteur, c’est le courant d’une pile locale qui assure les interruptions dont on peut faire varier le rythme et

Fig. 246 — Bobine de Rufimkorft avec interrupteur Foucault. ( Ducretet .)

les conditions entre certaines limites. De plus, et c’est là ce qui caractérise spécialement cet interrupteur, les conducteurs entre lesquels se fait la rupture du courant inducteur ne sont plus, deux pièces métalliques qui viennent au contact .

Entre ces pièces métalliques il se produit, nous l’avons dit, des étincelles d’extra-courant, à la rupture. Ces étincelles prolongent la période de l’état variable, détériorent les surfaces en contact, et on a pu observer dans certaines bobines puissantes des traces de fusion et même la soudure des pièces. Dans l’interrupteur Foucault (fig. 246) le contact est établi par une pointe qui vient plonger dans un godet de mercure et qui en se relevant produit la rupture. Mais à la rupture, il y a prolongement de l’état variable, par suite delà vaporisation d’une petite quantité de mercure, si le mouvement se passe dans l’air : il n’en est plus ainsi si le mercure est recouvert par une