A. COTTON — LA PRODUCTION DES CHAMPS MAGNÉTIQUES 



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Je me propose, dans cet article, d'examiner, d'une 

 façon générale, les divers moyens de réaliser une 

 puissante inslallalion magnétique. 



Dans cet examen, je ne perdrai pas de vue les 

 diverses conditions qu'imposent les recherches très 

 variées auxquelles doit servir l'installation pro- 

 jetée. Avant tout, il faut un instrument robuste, 

 d'un fonctionnement très sûr et très commode. Il 

 ne faut pas que l'obtention même du champ 

 magnétique soit une opération délicate absorbant 

 à elle seule l'atlention du physicien. Le champ 

 magnétique doit être aussi uniforme et aussi 

 constant que possilde. Enlln. il faut se préoccuper 

 des dépenses qu'occasionnera l'installation ; nous 

 verrons, en effet, que la production de champs 

 magnétiques intenses et étendus ne soulève pas 

 de difficultés techniques insurmontables : c'est 

 avant tout une question d'argent. Les dépenses 

 sont de deux sortes : le prix d'acquisition des 

 appareils et le coût des expériences. Tous deux 

 sont à considérer. Dans des recherches sur le phé- 

 nomène de Zeeman, par exemple, on fait parfois des 

 photographies avec des poses de plusieurs heures. 

 Un appareil peu coûteux, mais qui nécessiterait 

 pour chaque expérience de ce genre une dépense 

 d'un millier de francs, risquerait fort de ne pouvoir 

 être utilisé souvent. 



On peut produire les champs magnétiques de 

 diverses façons. On peut employer : i" des ai- 

 mants permanents ; 2° des bobines « sans fer » 

 parcourues par un courant; 3" des électro-aimants 

 du modèle ordinaire; 4° des électro-aimants du 

 modèle proposé par MM. Deslandres et Pérot; 

 '■''' des électro-aimants du type Weiss modifié par 

 I rniploi de bobines supplémentaires. Quels sont les 

 avantages et les inconvénients de ces diverses 

 solutions? Comment peut-on les perfectionner pour 

 obtenir les champs intenses et étendus que l'on 

 désire? Telles sont les questions que nous nous 

 poserons à propos des divers appareils. 



I. 



Aimants permanents. 



En entassant des aimants d'acier de forme con- 

 venablement choisie, on pourrait certainement 

 obtenir des champs magnétiques intenses. Mais ce 

 procédé n'est pas pratique; il ne permet pas en 

 effet de faire varier commodément et rapidement le 

 champ magnétique. Il a pourtant un avantage 

 théorique considérable que les autres procédés ne 

 présenteront pas : c'est le seul qui ne donne lieu à 

 aucune dépense en régime permanent. Une fois les 

 barreaux aimantés, une fois qu'on les a rapprochés 

 pour former un faisceau, le champ produit se 

 maintient de lui-même et ne coûte plus rien. 



II. 



Bobine sans fer. 



Une bobine parcourue par un courant donne un 

 champ proportionnel à ce courant. 11 est donc très 

 facile, avec un tel instrument, de faire varier le 

 champ à son gré. D'autre part, le fait que le champ 

 est rigoureusement proportionnel au courant est 

 précieux dans certains cas, la mesure du champ 

 en valeur relative étant ramenée à celle du courant. 

 Enfin, on peut tliéoriquement obtenir par ce pro- 

 cédé des champs aussi intenses qu'on le veut. 

 Mais, cette fois, la bobine présentant une certaine 

 résistance, il faudra dépenser constamment de 

 l'énergie pour entretenir le champ ; de plus, cette 

 énergie, en régime permanent, se transforme en- 

 tièrement en chaleur : ces deux considérations 

 limitent les valeurs des champs pratiquement réa- 

 lisables. L'étude des bobines sans fer doit donc 

 être faite à deux points de vue : il faut d'abord 

 examiner la forme à donner à la bobine, la façon 

 de l'enrouler, calculer l'énergie nécessaire pour 

 produire un champ connu dans l'intérieur; il faut 

 étudier ensuite le moyen d'enlever la chaleur ré- 

 sultant de l'effet Joule. 



SI. — Caractéristique d'une bobine sans fer. 



Considérons le premier problème. L'énergie dé- 

 pensée dans la bobine étant proportionnelle au 

 carré de l'intensité du courant r, et le champ H en 

 un point quelconque étant proportionnel à /, il est 

 d'abord évident que la puissance nécessaire pour 

 produire un champ H variera proportionnellement 

 au carré du champ. 



Une seconde remarque, qui est un cas particulier 

 de la règle de similitude de Lord Kelvin, est que, 

 pour une bobine de forme donnée, l'énergie néces- 

 saire pour produire un champ H varie proportion- 

 nellement à la première puissance des dimensions 

 linéaires. On retrouve sans peine ce résultat' en 

 considérant les actions élémentaires des diverses 

 parties du circuit en des points correspondants de 

 l'instrument primitif et de l'instrument agrandi 

 honioHiétiquenii'nt, en multipliant toutes les dimen- 

 sions linéaires (de la bobine, du fil, de l'iso- 

 lant, etc..) par un même rapport X. 



La courbe caractéristique donnant en un point 

 quelconque de la bobine le champ en fonction de 

 la puissance électrique dépensée est donc une pa- 

 rabole dont le paramètre varie proportionnelle- 



' Pour avoir le même champ, il suffit que le courant 

 dans chaque spire devienne ). fois plus grand. Or, la résis- 

 tance de chaque spire est devenue ), fois plus petite, ri' est 

 donc simplement multiplié par>. Notons que, la section de 

 chaque spire ayant été multipliée par X', la densité de cou- 

 rant ô {nombre d'amprres par millimètre carré de cuivre) 

 devient X fois plus petite lorsque la grande bobine donne 

 le même champ que la petite. 



