DÉCHARGE DES CONDENSATEURS
Prenons un condensateur et chargeons-le avec une source de courant continu; à ce moment il possède de l’énergie potentielle. Déchargeons ce condensateur en réunissant les deux
armatures par un circuit de résistance R; si la résistance R est.
faible, il va y avoir un courant électrique dirigé de l’armature au potentiel le plus élevé vers l’armature au potentiel le plus bas, courant qui tend à ramener le système au repos.
A ce moment, il se produit un emmagasinement électrique sous forme d'énergie cinétique dans la self-induction, qui recharge le condensateur en sens inverse : l’énergie cinétique se transforme en énergie potentielle dans le condensateur Lorsque lé courant a cessé, tout l’énergie restante du système est dans le condensateur et toutes les phases précédentes recommencent jusqu'à épuisement complet de l'énergie cinétique fournie au condensateur. Le courant est dit « oscillant » et les oscillations sont des « oscillations amorties ».
Si la résistance R du cireuit est assez forte, l’énergie du con-
densateur peut être dissipée pendant la durée de la première décharge : le courant traversera le circuit en diminuant progressivement d'intensité et il n’y aura pas d’oscillations.
On a trouvé que les conditions à remplir pour qu'un circuit produise des oscillations est
formule dans laquelle
R représente la résistance du circuit; L son pouvoir d’induction; c la capacité du condensateur.
Une analogie hydraulique fait bien comprendre la différence. dans les deux cas.
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Si nous prenons deux vases remplis d’eau et à des niveaux différents et que nous les rejoignions par un tuyau de caoutchouc très large, le travail consacré par les frottements étant très faible, le système aura encore la majeure partie de son énergie mécanique quand les niveaux arriveront sur le même plan. Le mouvement du liquide va se poursuivre et il se produira une dénivellation presque égale à la première, mais en sens inverse. Le même phénomène va se reproduire plusieurs fois et Le système n’arrivera à son état d'équilibre qu'après une série d’oscillations isochrones, mais d'amplitude décroissante par suite de la dégradation d'énergie due aux frottements sur les parois. Le système est dit « oscillant ».
Si nous réunissons les deux vases par un tuyau de caoutchouc long et mince, la dénivellation se fera très lentement, l'énergie sera dépensée à vaincre les frottements sur les parois du tube; l’équilibre s'établit d’une façon continue. (Zimmern et Turchini, Courants de haute fréquence et d’arsonvalisation.) Cette propriété de la décharge oscillante des condensateurs est utilisée, en pratique, pour la production des courants de haute fréquence. |
En effet, nous avons vu que, si on décharge un condensateur dans un circuit de résistance R comprenant un fil ayant une self-induction L et tel que :
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on à un courant oscillant.
La période T d’une double oscillation est fournie par la formule de Thomson :
T—=2#:4LC
La période est à peu près de 1/400.000 de seconde, Ce courant alternatif de très courte ‘période, c’est-à-dire de haute fréquence, dont l'intensité va en décroissant eraduellement, produit des « oscillations amorties ».
La courbe ci-contre représente les variations de l'intensité
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pour une seule décharge du condensateur. Elle constitue ce qu’on appelle un « train d’ondes ». |
Schéma 1. — Décharge oscillante d’un condensateur. O’A = Intensité maxima.
OB = Période du courant.
Pour obtenir une série de trains d’ondes, c’est-à-dire une série de charges et de décharges du condensateur, on a recours au dispositif suivant dû à d’Arsonval. C’est le plus employé.
Les armatures internes de deux condensateurs montés en cascade sont réunies chacune à l’un. des pôles d’une source d'électricité de haut potentiel (bornes du secondaire d’un transformateur). Les armatures externes sont réunies entre elles par un solénoïde formé par quelques .tours d’un gros fil de cuivre.
Sur le circuit qui réunit les armatures internes, on dispose une solution de continuité; ce sont deux pointes mousses qui constituent « l’éclateur ». ,
Examinons les phénomènes qui prennent naissance dans ce circuit. |
Par suite des fortes différences de potentiel auxquelles doivent être portées les armatures du condensateur, à un éertain moment une étincelle va jaillir entre les deux pointes de
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l’éclateur. La décharge du condensateur se produit lorsque la différence de potentiel entre les deux pointes de l’éclateur est devenue suffisante pour que l’étincelle puisse franchir la distance qui les sépare.
L'étincelle a pour but de rendre l'air interposé conducteur, quand la différence de potentiel entre les deux bornes est suffisante.
A ce moment le condensateur émet un courant dans le circuit, ce courant crée une force contra-électro-motrice, 1l se produit un courant de sens contraire, ce qui‘se reproduit [usqu'à ce que le potentiel explosif ne soit plus atteint au niveau de l’éclateur. :
La coupure du circuit est rétablie, et une nouvelle charge du condensateur peut recommencer.
Ces oscillations sont « amorties ».
Les trains d'ondes ainsi produits ont une durée excessivement courte, environ 1/40.000 de seconde, car il n’y à pas plus de dix périodes pour chaque train. On peut représenter ce courant par le schéma ci-contre.
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Schéma 2. — Trains d'ondes.
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On voit donc que pour produire des oscillations amorties, un circuit oscillant doit comprendre :
un condensateur, une self, un éclateur. .
À quoi est dû cet amortissement des oscillations? Il est dû à la résistance du circuit qui, elle, n’est pas uniquement en rapport avec la résistance ohmique du conducteur, mais encore avec l’étincelle qui fait partie du circuit au moment de la décharge et qui est de beaucoup la plus importante.
Les trains d'ondes sont séparés par un intervalle qu'on appelle le « silence » dépendant seulement de la durée de charge du condensateur.
Le facteur énergie nous montre qu'on a intérêt à avoir Gi trains d'ondes très rapprochés.
On admet jusqu'ici que les courants de haute fréquence partagent avec les courants continus la propriété de fournir de la chaleur suivant la formule de Joule ainsi modifiée :
Q = RE? efficace t.
: Ê t étant le-temps de passage du courant.
On prend l'intensité efficace, car on sait d’après la définition même des courants de haute fréquence que l'intensité . moyenne est nulle.
Si on fait passer le courant de haute fréquence à travers une lampe à incandescence plongée dans un calorimètre, la chaleur produite est indépendante du sens des oscillations du courant. l | Ml à
On appellera donc intensité efficace d'un courant de haute fréquence l'intensité du courant continu qui, pendant la durée de chaque période, dégagerait dans le même conducteur la même quantité de chaleur que le courant de haute fréquence considéré. »
On sait, d'autre part, que cette intensité efficace est reliée
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à l'intensité maxima Lo, à la self, à la résistance et à la période
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Pour avoir le maximum d'énergie, il faut donc avoir le maximum d'intensité efficace, c’est-à-dire le plus grand nom-
par la relation :
bre de fréquences possible; ce qu'il fallait, c'était rechercher le plus grand nombre de trains d'ondes dans ce temps minimuni. are |
C’est ce principe qui a été appliqué dans la construction des appareils utilisés actuellement pour la production des courants de diathermie.
Ils peuvent se ranger en deux catégories distinctes selon qu'ils fournissent.
1° Des oscillations d'amplitude variable groupées en trains séparés par des intervalles de repos relativement grands (oscillations amorties); 2° Des oscillations d'amplitude constante sans aucun intervalle de repos (oscillations entretenues).
Les oscillations amorties sont produites par des appareils à éclateurs. C’est grâce aux perfectionnements apportés dans la construction de ces éclateurs, que le degré d'amortissement a pu être énormément réduit et que ces courants peuvent être utilisés en diathermie. Ces appareils peuvent fournir un courant de haute fréquence allant comme intensité jusqu’à 3.000 milliampères, avec une tension au secondaire du transformateur allant de 200 à 800 volts, suivant la résistance électrique et « l’impédance » des tissus traversés.
Un autre avantage des oscillations peu amorties est l’absence à peu près complète de sensations faradiques pendant les applications de diathermie. ;
Les différences de potentiel élevées sont inutiles pour la production de ces courants; pour multiplier les trains d’ondes il suffit de rapprocher les pointes de l’éclateur, la tension devient relativement basse et un deuxième avantage est d'empêcher
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la formation d’un arc qui met le transformateur en court-circuit et empêche la charge du condensateur.
De plus, Wien a remarqué que les étincelles de très petite longueur (quelques dixièmes de millimètres) ont la faculté de s’éteindre rapidement. Cette extinction est encore plus rapide. | |
4° Si l’éclateur est refroidi;
2° Si les étincelles jaillissent en deux points différents des électrodes. 1 #
Les trains d’oscillations de haute fréquence seront moins amortis, par suite de la faible résistance de l’étincelle qui est éteinte; le temps utile sera plus long et les intervalles de repos beaucoup plus réduits.
C'est en partant de ces principes qu'on utilise maintenant :
1° des éclateurs fixes;
2° des éclateurs tournants.
Les premiers sont constitués par deux électrodes de cuivre à peu de distance l’une de l’autre et placées dans une atmosphère de gaz, le gaz d'éclairage en particulier. Il y a sous l’action de l’étincelle une décomposition qui est endothermique, absorbe de la chaleur et refroidit les électrodes.
Les éclateurs tournants sont dus à d’Arsonval: Ils comportent un disque à pointes périphériques; chaque fois qu'une de ces pointes passe en face d’une pointe fixée ad hoc il y a étincelle. La roue étant montée sur l’axe d’un moteur électrique, on peut obtenir le nombre d’étincelles voulues en faisant varier la vitesse du moteur.
On peut également associer un éclateur tournant avec un éclateur fixe; si ce dernier est un éclateur à étincelles, d’un type quelconque, l’ensemble possède la régularité d’un éclateur tournant et les qualités d’un éclateur à étincelles éteintes.
Ces appareils fonctionnant à vide produisent des fréquences allant de 800.000 à 4.000.600 de périodes par seconde.
Si le dispositif de réglage de l'intensité d'utilisation est placé sur la self, la fréquence de l’appareil n’est évideniment
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pas fixe, et à des intensités différentes As Eh en vertu de la formule de Thomson :
T = 2:,/4C, des fréquences différentes (R. Humbert).
Les malades dont nous présenterons plus loin les observations ont été traitées avec des appareils de ce type.
Les appareils de la deuxième catégorie basés sur des phénemènes thermo-ioniques sont essentiellement constitués par une lampe à trois électrodes fonctionnant en génératrice d’ondes entretenues. Ces appareils sont assez nouveaux dans la pratique diathermique; les premiers datent de 1926.
« Dans ces appareils, le grand principe a été de diminuer les intervalles de silence entre les trains d'ondes amorties successifs, encore assez longs dans les appareils précédents, et aussi de supprimer l'effet faradique, puisqu'il serait dû au passage de l’onde de départ. » Et nous arrivons ainsi au problème de l'entretien des oscillations.
Pour comprendre le principe des lampes à trois électrodes employées pour la production des oscillations entretenues, reprenons l’éxpérence faite la première fois sur les lampes électriques, par Edison, et reprise par Flemming, en 1890.
« Prenons une lampe électrique à filament de carbone; dans son ampoule, nous avons disposé une plaque métallique reliée à l'extérieur par un fil conducteur traversant la paroi de verre. Lorsqu'on porte le filament à l'incandescence, l’espace vide compris entre la plaque et le filament devient conducteur.
En effet, si,on relie le fil extérieur de la plaque au pôle positif de la pile qui chaufte le filament, on constate le passage d’un courant dans ce fil, courant dirigé du filament vers la plaque.
Les corps incandescents, et en particulier les corps conducteurs, ont la propriété d'émettre de petites particules négatives ou « électrons ». Les électrons libérés se déplacent le long des Hignes de force du champ, qui aboutissent au filament, mais en sens inverse de leur direction. L'espace compris entre le filament et la plaque est devenu conducteur ét possède une « conductibilité unilatérale », cette conductibilité étant due uniquement à un courant de connection d’électrons (Bordier).
On conçoit que, si la plaque est négative, elle ne peut recevoir aucun électron, ceux-ci étant repoussés par elle.
Si on agit par un dispositif approprié sur le potentiel de la plaque, les électrons seront plus ou moins attirés vers elle; autrement dit, on pourra agir sur la conductibilité de l’espace vide. Ces variations du potentiel de. la plaque seront forcément assez grandes pour pouvoir équilibrer le passage des électrons et elles exigeront un appareillage RsSan et peu économique. ?
On a cherché à réaliser un dispositif plus maniable.
A cet effet, on dispose entre la plaque et le filament, dans l’ampoule, une troisième électrode en forme de grille. Les électrons devront franchir cette grille. Sion lui donne un potentiel positif ils pourront passer librement, mais si on le charge négativement, les électrons seront repoussés. Ceci est réalisé par une très faible variation du potentiel de la grille.
L'avantage du système réside tout entier dans cette sensibilité et cette facilité de maniement. Nous sommes en présence de la lampe à trois électrodes de la T. S. F. La grille contre-balance l’action de la plaque.
Le circuit oscillant intercalé dans le cireuit filament-plaque est comme toujours composé d’un condensateur et d’une self. Cette dernière est couplée avec une seconde self appartenant au circuit de grille. Lors d’une perturbation initiale (allumage de Ja lampe, par exemple), il y a passage brusque du courant filament-plaque. Il se produit à ce moment des oscillations de faible amplitude. Ces oscillations induisent dans la bobine de srille une force électromotrice de même fréquence. Il en résulte des variations périodiques du potentiel -de la grille et par suite des changements d'intensité du courant dans le circuit filament-plaque.
Le passage de ce courant dans Je circuit oscillant y engendre une force électromotrice qui, pour une phase et une amplitude convenables, compense exactement la chute ohmique de tension,et entretient les oscillations.
Dans ces conditions, le courant de haute fréquence produit
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se présenterait sensiblement sous la forme d’une sinusoïde ininterrompue.
Dans l’article de M. R. Hémbert paru dans le Journal de radiologie et d’électrologie, nous voyons que les postes de diathermie à lampes ne fournissent pas de telles ondes qui exigeraient une source continue de 10.000 volts (batterie d’accumulateurs ou tension constante).
Dans la pratique,.on utilise du courant alternatif et la plupart du temps une seule alternance de ce courant. Les trains d’oscillations ainsi obtenus sont séparés par des intervalles de silence atteignant ou même dépassant le 1/1000° de seconde. L’intensité suit également les variations d'intensité du secteur utilisé. « Dans les appareils plus puissants on utilise deux lampes montées en opposition. Les trains d'ondes restent cependant toujours séparés par un très court espace de silence : du fait que le condensateur ne se charge qu’à partir d’une certaine tension, l’oscillation ne débute pas tout à fait avec l'alternance et se termine un peu avant élle. » La fréquence est, en pratique, du même ordre que celle des appareils à éclateurs, mais, par suite de l’entretien des oscillations, la puissance atteint rapidement des valeurs élevées pour une tension relativement basse.
