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ANNEAU (OU CERCEAU) DE DELEZENNE
MACHINE (ou appareil) DE PIXII
BOBINE D'INDUCTION DE RUHMKORFF
OBJET : eld 4 - 1
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Sert à mettre en évidence et à étudier l'induction électromagnétique créée dans une bobine.
Une bobine formée de spires circulaires peut tourner, mue par une manivelle autour d'un axe situé dans le plan des spires et peut, en outre, être orientée de telle sorte que les plans des spires puissent être perpendiculaires au champ magnétique terrestre. Un système de bagues et de balais permettent à la bobine d'être reliée à une portion de circuit extérieure (galvanomètre, fluxmètre...).
Soit S la surface d'une spire, B
le champ magnétique, N la normale
(orientée) aux plans des spires, z
une normale à l'axe
de rotation de la bobine et choisie
dans le plan défini par B et
. Soit
l'angle de B
avec z et
, l'angle (z,N).
Supposons
fixé ; alors
est constant, par contre
(t) varie par rotation de le bobine.
Flux à travers la bobine :
Force électromotrice d'induction créée dans la bobine :
Si la bobine est incluse dans un circuit de résistance totale R, ce circuit sera parcouru par l'intensité :
(on néglige la force électromotrice d'auto-induction, ce qui est licite si la rotation de la bobine est suffisamment lente)
1. La bobine débite sur un galvanomètre
(ou sur un milliampèremètre). On constate un courant alternatif. Si la
rotation
est à vitesse constante ce courant
est sinusoïdal :
2. La bobine débite sur un appareil
(fluxmètre) qui mesure la variation
du flux pour la rotation
(les vitesses angulaires étant
nulles pour
ou
).
Soit
(
) le renversement de la
bobine face par face, alors
d'où la mesure possible de
. Avec un axe vertical, on mesure la composante horizontale de B,
avec un axe horizontal on mesure sa composante verticale. On imaginera d'autres
mesures ou expériences).
« M Faraday a reconnu le premier, que le magnétisme terrestre peut développer des courants induits ... Pour démontrer les courants induits développés par l’action de la Terre, on a construit l’appareil représenté sur la figure 158. » (extrait de Ganot 1862).
Faraday Michaël (1791-1867) était un physicien et chimiste anglais. Il a découvert l’induction électromagnétique et énoncé les lois de l’électrolyse (voir notice « est 2 - 1 »).
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OBJET : eld 4 - 2
Petit moteur utilisant l'action d'un champ magnétique sur les courants qui parcourent la roue ou (réversibilité) générateur de courant par rotation du disque conducteur dans un champ magnétique.
L'appareil se compose d'un disque de cuivre tournant autour d'un axe horizontal. Cet axe, conducteur, est relié à une borne. Le disque plonge dans du mercure contenu dans une cavité dont on peut règler la hauteur. Le mercure est relié à une autre borne. Un aimant, en U, fixé sur le socle soumet le disque à un champ magnétique sensiblement normal au plan du disque. Des courants électriques peuvent ainsi circuler entre l'axe et le bord du disque.
Lorsque les bornes sont reliées à un générateur, l'appareil fonctionne en moteur. Le sens de rotation dépend des sens du courant et de celui du champ. Il s'inverse quand s'inverse le sens de l'un d'eux.
Lorsque les bornes sont reliées à un galvanomètre (ou à un autre récepteur) et que l'on fait tourner la roue on observe un courant dont le sens dépend du sens de rotation et du sens du champ.
Cet appareil fut imaginé en 1828 par Peter Barlow (1776-1862) mathématicien et physicien anglais. Comme beaucoup de savants de cette époque, Barlow, qui fut professeur à l'Ecole Militaire de Woolwich, a travaillé dans de nombreux domaines. Il a écrit :
Essai sur le magnétisme 1820
Recherches élémentaires sur la théorie des nombres 1811
Nouvelles tables mathématiques 1814-1840
Nouveau dictionnaire philosophique et mathématique 1814
De la construction des téléscopes achromatiques 1829
De l'outillage et des manufactures de la Grande Bretagne 1837
Il s'est occupé de chemins de fer et proposa un système de rails. Son « Traité sur les matériaux de construction » (1851) fut traduit dans de nombreuses langues. Il fut correspondant de l'Institut (de France) en 1828.
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OBJET :
eld 4 - 3
Produire un courant électrique induit et de ce fait transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique.
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Deux bobines fixées B et B' avec noyaux de fer doux sont fixées en haut d'un portique de bois et constituent l'induit. Un aimant en forme de fer à cheval de pôles a et a' tournant autour d'un axe vertical constitue l'inducteur mobile.
La rotation de l'aimant produit dans les bobines une force électromotrice alternative dont la f'réquence est égale à la fréquence de rotation de l'aimant. A ce stade de la description on obtient l'ancêtre des alternateurs actuels. Mais à l'époque on méconnaissait l'intérêt des courants alternatifs, aussi utilisait-on un commutateur tournant avec l'aimant pour « redresser » le courant alternatif.
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« La première machine de ce genre fut construite par Pixii fils en 1832 » (A. Ganot ).
Hippolyte Pixii (1808-1835) était un constructeur français d’appareils de physique (notre machine d’Atwood « mec 2 - 4 » sort de ses ateliers). Sa machine peut être considérée comme la première « magnéto ». Celle du musée serait une des premières, selon M. J. Lebreton, expert qui en juge d’après le commutateur.
L’anglais Clarke Henri (1815-1895), linguiste remarquable qui connaissait quarante langues, apporta des perfectionnements à la machine de Pixii ; dans la machine de Clarke, l’aimant est fixe ; ce sont les bobines qui tournent.
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OBJET :
eld 4 - 4
Produire un courant électrique continu à partir d’un travail mécanique (fonction génératrice) et produire un travail à partir d’énergie électrique (fonction motrice).
Les spires d’un induit en forme d’anneau tournent dans l’entrefer d’un grand aimant de Jamin ; elles sont le siège de tensions alternatives qu’il convient de faire débiter dans le même sens pour obtenir un courant continu dans un circuit extérieur. Dans ce but des paquets de spires sont reliés, chacun à une lame de cuivre disposée sur un cylindre isolant, le collecteur, qui tourne avec l’anneau. Le courant est « collecté » par deux balais qui frottent sur le cylindre du collecteur et sont reliés à deux bornes.
La dynamo peut être mise en rotation par un pédalier avec système bielle-manivelle. En fonction motrice, elle peut faire tourner un axe muni de poulies, situé au dessus. Sur cette machine on peut lire l’inscription :
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Machine de Gramme Inv. Bté SGDG (sur garantie du gouvernement) Bréguet FT n°15D |
.
Selon toute vraisemblance, cette machine a été construite à l’époque de Gramme dans les ateliers dirigés par Antoine Bréguet (1851-1882).
Depuis les travaux de l’anglais Michael Faraday (1791-1867) entrepris en 1824 et exposés à la Royal Society le 24 novembre 1831 et le 12 janvier 1832 et les travaux (indépendants) de l’américain Joseph Henry (1799-1878), publiés en juillet 1832, on savait créer un courant dans une bobine (circuit induit ou « induit ») par déplacement relatif de « l’inducteur » (un aimant) et de l’induit.
Mais, pour obtenir une application pratique, industrielle, il fallait passer d’un mouvement de translation forcément limité à un mouvement continu de rotation. Ce fut l'œuvre du constructeur français Hippolyte Pixii (1808-1835), qui créa en 1832 la première machine (objet « eld 4 - 3 ») mettant en œuvre un inducteur tournant devant un induit fixe. Celui-ci est le siège d’une force électromotrice qui change de sens deux fois par tour. Méconnaissant l’intérêt d’un courant alternatif, Pixii « redresse » le courant à l’aide d’un commutateur tournant. (précurseur du « collecteur » de la dynamo Gramme).
Quatre ans plus tard (1836) l’anglais Henry Hyde Clarke, (1815-1895), ingénieur et philologue (remarquable linguiste, il parlait 40 langues et en comprenait une centaine), construisit une machine dans laquelle c’était l’induit (une paire de bobines) qui tournait devant un inducteur (aimant) fixe. Ganot (édition 1862) décrit cette machine comme le dernier cri de la technique. Passons sur d’autres machines, celle de Nollet (1850) améliorée par Van Malderen, le moteur électrique de Jacobi (Russe) qui fit évoluer sur la Néva en 1838 le premier bateau mû par un moteur électrique etc ...
En 1864, l’Italien Antonio Pacinotti (1841-1912), professeur à l’université de Cagliari eut l’idée de donner à l’induit tournant la forme d’un anneau, mais son invention tomba dans l’oubli.
Un ouvrier électricien, d’origine belge, qui travaillait en France à l’équipement du phare de la Hève, Zénobe Gramme (1826-1901), reprit (ou redécouvrit?) l’idée de l’induit en forme d’anneau et imagina le collecteur en 1869. Il présenta ses travaux à l’Académie des Sciences le 17 juillet 1871. En 1873, à l’exposition de Vienne, il se servit de sa dynamo pour transporter sous forme électrique, à deux kilomètres, l’énergie d’une machine à vapeur.
Antoine Bréguet (1851-1882), physicien, fut placé à la tête des ateliers fondés par son père Louis Bréguet (1804-1883) physicien et horloger qui construisit de nombreux instruments et inventa le télégraphe à cadran (voir notice « eld 3 - 3 »). Louis était lui-même le petit-fils d’un célèbre horloger Abraham Bréguet (1747-1823). De la même famille, et plus près de nous, Louis-Charles Bréguet (1880-1955), ingénieur aviateur fut un des premiers constructeurs d’avion et d’hélicoptères. Antoine Bréguet et ses ouvriers sont probablement les constructeurs de notre dynamo. Ils adaptèrent l’aimant de Jamin. Rappelons (notice « eld 4 - 6 ») que Bréguet fut aussi constructeur de la bobine de Masson.
Jules-Célestin Jamin (1818-1886), élève de l’Ecole Normale Supérieure enseigne dans divers lycées ; nommé professeur à l’Ecole Polytechnique en 1852, à la Faculté des Sciences de Paris en 1863, il entra à l’Académie des Sciences en 1868, en devint le secrétaire perpétuel en 1884. Il publia un mémoire sur la constitution des aimants. On lui doit un modèle remarquable d’aimant (long et constitué de lames juxtaposées) et une bougie électrique.
Autres travaux : étude de la réflexion métallique (sa thèse), des interférences (miroirs de Jamin) ... vitesse de la lumière... Il écrivit son cours de physique à l’Ecole Polytechnique (1858-1861) ; ce cours fut refondu avec la collaboration de Bouty (1878-1887).
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OBJET : eld 4 - 5
Produire un courant électrique continu par un travail mécanique (fonction génératrice) ou produire un travail mécanique à partir d'énergie électrique (fonction motrice).
Même principe de fonctionnement que la dynamo-Gramme (notice « eld 4 - 4 »), mais l'aimant est remplacé par un électroaimant. Celui-ci est alimenté, soit par source auxiliaire (excitation séparée), soit par la dynamo elle-même. Dans ce cas l'enroulement de l'inducteur (électroaimant) est, soit monté en série sur le circuit extérieur (excitation série), soit monté en dérivation (excitation shunt).
L'inducteur peut encore comporter deux enroulements, l'un monté en série, l'autre en dérivation (excitation composée). Il existe des dynamos multipolaires.
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OBJET : eld 4 - 6
Elle a été conçue pour la production et pour l'étude des courants induits ; elle préfigure la bobine d'induction de Ruhmkorff.
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La bobine de Masson que possède le lycée Louis-le-Grand est mentionnée dans le rapport du comité d’installation à l’exposition universelle de 1900 à Paris sous le numéro 138 avec l’indication « (collection du lycée Louis-le-Grand) » Il y est dit: « cette bobine est le seul exemplaire qui ait été construit , et qui inspira Ruhmkorff dans la création de sa célèbre bobine qui ne diffère de celle de Masson que par l’interrupteur à marteau remplaçant l’interrupteur à roues. On a offert des sommes considérables de l’exemplaire unique de la bobine de Masson »
Elle est plus sophistiquée que celle que décrit Jamin dans son petit traité de physique (1870). L’Ecole Polytechnique possède un exemplaire d’une autre version.
Un paquet cylindrique de tiges de fer, d'axe vertical sert de noyau autour duquel sont réalisés deux enroulements superposés : le plus interne est fait de quelques centaines de spires de fil de cuivre isolé d'assez gros diamètre (de l'ordre du millimètre), c'est la bobine inductrice ; le plus externe est fait de quelques milliers ou dizaines de milliers de spires de fil de cuivre isolé de petit diamètre (quelques dixièmes de millimètres) : c'est la bobine induite.
La bobine inductrice est alimentée par une pile et constitue avec celle-ci le circuit inducteur que nous appellerons encore circuit primaire (terminologie moderne).
Le courant dans la bobine inductrice (courant primaire) est établi, puis interrompu, périodiquement à l'aide d'un « rhéotome ». Il s'agit d'une roue en verre mue par une manivelle. Cette roue est cerclée d'une bande de cuivre continue sur un bord, crénelée sur l'autre (la fig. 1 représente un développement de cette bande). Une languette de cuivre, reliée à l'autre borne du rhéotome s'appuie en permanence sur la partie discontinue (crénelée) de la bande. Le rhéotome étant introduit dans le circuit primaire on produit une série d'établissements et de coupures du courant inducteur en tournant la manivelle. Il en résulte, dans la bobine induite, et lorsqu'elle forme un circuit fermé, un courant induit de sens inverse lorsque le courant s'établit dans la bobine inductrice. C'est par ces courants induits que Faraday expliquait les phénomènes (étincelles) observés dans une bobine unique dans laquelle on établit puis on coupe le courant.
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Pour faire l'étude expérimentale de ces courants induits, Masson conçut
l'appareil appelé bobine de Masson et dont nous avons commencé la description
précédemment. Il la construisit en 1842 avec Louis Bréguet (1804-1883). Il
s'agissait en particulier de vérifier que les quantités d'électricité
transportées par les courants induits produits à l'établissement puis à la
rupture du courant primaire sont égales mais circulent en sens opposés.
De ce fait, Jamin (livre cité) donne une démonstration curieuse, mais incorrecte, ne faisant pas intervenir de champ magnétique (ni de flux). Cependant la propriété est vraie et elle était vérifiée en faisant passer les courants induits dans un voltamètre à sulfate de cuivre : les effets électrolytiques du courant induit inverse sont annulés par le courant induit direct.
La figure 3 extraite du petit traité de Jamin est un schéma disproportionné d'une bobine de Masson et Bréguet. Le rhéotome aa’ est introduit dans le circuit inducteur. Le rhéotome cc', placé dans le circuit induit et dont les créneaux conducteurs sont alignés sur ceux de aa’ permet de recueillir en H, pour les étudier (par électrolyse) les courants induits par l'établissement du courant dans le primaire.
Le rhéotome bb', qui est introduit, lui aussi, dans un circuit comprenant la bobine induite et dont les créneaux conducteurs sont alignés sur les créneaux isolants de aa’ permet de recueillir en K les courants induits par l'extinction du courant primaire. On peut ainsi séparer, pour les étudier, les extra-courants de fermeture et d'ouverture.
La bobine de Masson que possède le lycée Louis-le-Grand est plus complexe, des bornes (4) permettent de fragmenter la bobine inductrice et d'utiliser deux (ou plus) circuits primaires. De même, il y a deux enroulements secondaires.
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L'usage qui nous est familier, des modernes transformateurs, pourrait
nous faire penser que Masson faisait varier le rapport du nombre de spires
induites au nombre de spires inductrices (« rapport
de transformation »). Dans son traité de 1870 déjà cité, Jamin
(qui fut collègue de Masson au lycée Louis-le-Grand )décrit les expériences
au cours desquelles les courants induits (dits du 1er ordre) produits
par une première bobine de Masson alimentent le primaire d'une seconde bobine
de Masson dont la bobine induite est le siège de courants induits de 2ème
ordre (fig.4) lesquels génèrent des courants induits de 3ème ordre
dans une troisième bobine de Masson etc. Ceci nous amène à penser que la
multiplicité des circuits bobinés de notre appareil servaient peut-être à
des expériences de ce genre.
D'autre part notre bobine de Masson possède, non pas trois comme celle que décrit Jamin, mais cinq rhéotomes de même axe mus par une unique manivelle. Un rhéotome établit et coupe successivement le courant primaire. Les quatre autres sont couplés deux par deux. Deux balais d'un même couple sont reliés à une même borne (fig. 4), un tel couple possède trois bornes et fournit deux dérivations qui conduisent à tour de rôle. A quoi servaient tous ces rhéotomes ? Le second couple, supplémentaire par rapport à la bobine décrite par Jamin (fig.3) servait peut être à l'étude de courants induits de second ordre, mais nous n'en savons rien ! On pourrait aussi se servir des deux couples de rhéotomes pour faire circuler par un montage « en pont » les courants induits direct et inverse dans un même sens dans un récepteur (voltamètre par exemple; voir schéma fig.5). Mais il ne s'agit que d'une hypothèse de notre part.
La vie et l’œuvre de Masson sont relatés dans la revue d’histoire des sciences (1947 vol. 1 pp 337-350) par Louis Juvignon sous le titre : « Un grand savant bourguignon du XIXe siècle : Antoine Masson » Antoine Masson est né à Auxonne (Côte d’Or) où son père était pharmacien le 23/8/1806 . En voici des extraits :
Le 26/11/1828, Antoine, bachelier ès lettres de Nancy quitte cette ville pour venir à Paris, à l’école préparatoire (Ecole normale) où il passe son baccalauréat ès sciences. Il est licencié ès sciences en août 1830et agrégé en octobre de la même année. Il est alors nommé professeur de mathématiques élémentaires à Montpellier, puis, le 28/9/1831, il devient professeur titulaire de sciences physiques au Collège Royal de Caen. En 1836 il soutient sa thèse de doctorat : « Théorie physique et mathématique des phénomènes électrodynamiques et du magnétisme » dédiée à Savary, ami et collaborateur d’Ampére. J’ai cherché dit-il à donner aux calculs de l’illustre Ampère toute la rigueur qu’il désirait lui-même, et je suis arrivé, par l’expérience seule et sans aucune hypothèse à sa loi fondamentale de l’attraction de deux éléments de courant. Il reçut à cette occasion une lettre d’appréciation d’Ampère. Le jeune docteur épouse le 26/8/1836 une charmante Caennaise de 17 ans, Mlle Alain et tous les honneurs de la vie universitaire pleuvent sur lui. Le 17/3/1839 il est envoyé à Paris . Il est reçu agrégé de la Faculté de Paris en 1840. En 1841, il est nommé simultanément professeur à l’Ecole Centrale des Arts et Métiers et professeur de physique titulaire à Louis-le-Grand. En 1850 il est décoré de la Légion d’honneur par le gouvernement de Juillet, mais c’est en vain qu’il pose sa candidature à l’Académie des Sciences. Il se sait atteint de diabète et se soigne lui-même. Son nom figure pour la dernière fois le 31/12/1859 sur le cahier d’émargement de l’économat du lycée Louis-le-Grand, où il est remplacé par Lechat .
Publications:
1834 note à l’Académie des Sciences sur ‘’l’induction électrostatique’’
1835 note sur un procédé pour amalgamer le zinc des piles de Volta (Annales de Chimie et Physique)
1837 « Recherche sur l’induction exercée par un courant sur lui même » mémoire qui a obtenu un rapport élogieux de Savary à l’Académie des Sciences (Annales de Chimie et Physique). Mais deux publications
de Joseph Henry sur le même sujet sont antérieures ( 1832 et 1835 )
1838
dans C.R Ac. des Sc. : Expériences de télégraphie par l’intermédiaire
des rails et avec substitution
des machines électromagnétiques aux piles .
Mémoire sur l’action déshydratante du chlorure de zinc, son action sur l’alcool pour la production de l’éther et pour l’obtention de divers produits chimiques.
1838 note sur l’absence de propagation de l’électricité dans le vide barométrique .
1839 publie le cours de Savart au Collège de France .
1841 Mémoire sur l’élasticité des métaux (Annales de Chimie et Physique). Publie son Cours de Physique de l’Ecole Centrale .
23/8/1841 : avec Bréguet fils : fameux mémoire sur l’induction où il apparaît comme l’inventeur de la bobine d’induction .
11/2/1843 (Sté Philomatique) note sur l’utilité qu’il y a à métalliser les coussins des machines électrostatiques.
29/7/1843(Sté Philomatique) note sur les rapports entre les coefficients d’élasticité et les coefficients de dilatation des solides ; il y serait écrit « une même quantité de chaleur produit toujours une même quantité de travail mécanique ». (Le mémoire de Robert Mayer sur l’équivalence travail-chaleur date de 1842)
1844 Deux mémoires de photométrie.
Même année et suivantes : il cherche, par ses expériences, à combattre les premières idées de Melloni sur la non identité des radiations calorifiques et lumineuses de même réfrangibilité.
1849 note aux C.R. de l’académie des sciences : sur les pouvoirs rayonnants des corps. Il s’occupe de perfectionner sa bobine d’induction que Ruhmkorff n’a pas encore prise en mains. Il se partage entre ses recherches de photométrie, des expériences sur les conditions d’émission de la voix humaine, la construction de boîtes spéciales pour éviter l’échauffement des essieux .
20/5/1850 Dernier mémoire de photométrie (C.R. Ac. des Sc.).
1850 avec Focillon « Application de l’électricité à l’étude des animaux microscopiques » (revue de zoologie).
6/6/1853 « Etudes expérimentales sur le mouvement des fluides élastiques. Théorie nouvelle des instruments à vent » (C.R. Ac. des Sc.).
1853 « Mémoire sur les courants induits de divers ordres. » couronné par la Sté royale de Harlem . (Expériences faites avec une bobine construite par Ruhmkorff).
15/12/1856 Mémoire sur la constitution des courants induits de divers ordres.
2/3/1857 dernier mémoire sur « La corrélation des propriétés physiques des corps »
En conclusion Masson, injustement méconnu de nos jours, fut célèbre à son époque ; sa bobine que Ruhmkorff construit depuis 1851 figura à l’exposition de 1855 . Elle figura aussi, nous l’avons dit, à l’exposition universelle de 1900. Les électriciens ont fait figurer le portrait de Masson dans le salon du musée rétrospectif de l’exposition d’électricité de 1900, parmi ceux des trente savants français à qui la science et l’industrie électrique doivent le plus.
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OBJET :
eld 4 - 7
Produire dans un circuit secondaire un courant d'induction de très haute tension par coupure d'un courant basse tension dans un circuit primaire.
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La machine de Ruhmkorff est un perfectionnement de la machine de Masson
et Bréguet (« eld 4 - 6 »). Comme celle-ci, la bobine de Ruhmkorff
est faite de deux enroulements superposés sur un faisceau de fils de fer doux :
l'enroulement interne comprend quelques centaines de spires d'un fil de cuivre
d'assez gros diamètre (2 à 2,5 mm) et constitue la bobine inductrice (ou
primaire) ; l'enroulement le plus externe est fait de quelques dizaines de
milliers de spires d'un fil de cuivre de faible diamètre (0,5 mm) et
constitue la bobine induite. Alors que l'axe des bobines de Masson est vertical,
l'axe des bobines de Ruhmkorff est horizontal (fig. 1).
Mais le but recherché par Ruhmkorff ne semble pas avoir été, comme pour Masson, l'étude fondamentale du phénomène d'induction mais plutôt d'obtenir des tensions aussi élevées que possible au secondaire (bobine induite) à la rupture du courant dans le circuit primaire (bobine inductrice). Il fallait pour cela, réduire la durée de la coupure du courant primaire. Le rhéotome de Masson et Bréguet a été remplacé par celui de M. de la Rive que Jamin (petit traité 1870) décrit ainsi (voir fig. 1) : « Le courant partant de +M entre dans la bobine; il sort par A, arrive à la poupée B, passe par un levier très mobile BC jusqu'à un marteau C qui repose par une enclume D, continue sa route du marteau à l'enclume, de D à la poupée F et retourne au pôle négatif M de la pile. Mais à peine a-t'-il commencé à circuler que les fils de fer O s'aimantent et soulèvent le marteau, ce qui établit une interruption entre C et D. Immédiatement après le fer se désaimante, le marteau retombe et rétablit la communication. On peut rendre ces alternatives plus ou moins rapides en soulevant ou en abaissant par une vis G la lame élastique sur laquelle se pose l'enclume ». On aura reconnu le mécanisme de la sonnette électrique (« eld 3 - 6 »).
Cependant, à la rupture du circuit, le courant se prolonge par une étincelle. « Pour y remédier, M. Fizeau a disposé, dans la base même de l'appareil, un condensateur de très grande surface, formé par une lame de taffetas repliée qui sépare deux feuilles d'étain qui en sont les armatures » (Jamin). Dans la course vers l'obtention de hautes tensions, on a imaginé divers types de « rhéotomes » (interrupteurs).
La fig. 2 représente l'interrupteur de Foucault. « ...l'interruption est produite par une pointe qui plonge dans un godet contenant du mercure sous une couche d'alcool et qui alternativement pénètre dans le mercure ou en sort. Une lame de cuivre PC qu'on peut soulever ou abaisser par une crémaillère fait des oscillations plus ou moins rapides, suivant qu'on fixe un contrepoids P à diverses hauteurs » (Jamin).
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La force électromotrice induite étant beaucoup plus faible à l'établissement
du courant inducteur qu'à sa rupture, le courant induit ne passe que dans un
seul sens à travers une étincelle (fig. 3 et 4). La bobine de Ruhmkorff
« est devenue un des instruments les plus précieux de la physique »
(Jamin).
Utilisée pour les décharges à travers les gaz raréfiés, elle a contribué au développement de l'analyse spectrale. Elle a permis des percées technologiques et des découvertes fondamentales : études des rayons cathodiques, alimentation des « tubes spectraux », alimentation des premières « ampoules à rayons X » (tube de Crookes), etc..
Jusqu'à un passé récent, les étincelles des bougies des moteurs à explosion étaient produites par de petites bobines d'induction. De nombreuses générations d'automobilistes ont connu des pannes dues au « claquage » du condensateur de la bobine, ou à la fusion de l'isolement des spires du secondaire.
Ruhmkorff (Heinrich Daniel 1803-1877) mécanicien et électricien allemand vint travailler à Paris chez des fabricants d'appareils scientifiques. Il fonda ensuite sa propre maison et construisit des instruments électromagnétiques, galvanomètres (voir « eld 5 - 2 »), électroaimants (notamment pour Faraday, voir « eld 3 - 1 »), les bobines d'induction qui font l'objet de cette notice et qui ont joué un rôle important dans la physique expérimentale (analyse spectrale) mais dont le mérite revient en partie à Antoine Masson (voir « eld 4 - 6 »).
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OBJET : eld 4 - 9
Mise en évidence du freinage par courants de Foucault
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Une manivelle et un train d'engrenages permettent de faire tourner vite un disque de cuivre dans l'entrefer d'une électroaimant. Lorsque celui-ci n'est pas alimenté la mise en rotation ne nécessite que peu d'effort. Lorsqu'on établit le courant dans l'électroaimant, l'effort à fournir devient intense et croit avec la vitesse. Un disque présentant des coupures radiales est moins freiné par suite de la réduction des courants de Foucault. Le freinage par courants de Foucault est utilisé à titre complémentaire (le freinage s'annule avec la vitesse et ne peut servir en parking) sur les poids lourds : cars et camions.
Léon Foucault (1819-1868), fils de libraire a eu une carrière hors normes. Il entreprit des études médicales sans enthousiasme, mais se passionna pour la daguerréotypie et acquit ainsi une réputation d'opticien qui le fit engager comme préparateur du cours de microscopie médicale de Donné. Cela lui donna l'occasion de rencontrer Hippolyte Fizeau. Ensemble ils firent d'importants travaux d'optique puis se brouillèrent. Tous deux travaillèrent en liaison avec Arago.
Les travaux d'optique se firent en photométrie et spectroscopie. Fizeau fit la première mesure de vitesse de la lumière dans l'air en 1849, ils étaient alors brouillés), mais Foucault imagina à la demande d'Arago un méthode de mesure de la vitesse de la
le
rupteur
