A PROPOS DE L'ENSEIGNEMENT DE L'ÉLECTRICITÉ
CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES
L'enseignement de l'électricité dans les Col-lèges techniques doit permettre de donner une explication élémentaire, mais correcte, des prin-cipes du fonctionnement des machines élec-triques en usage courant dans l'industrie mo-derne. Pour certains élèves, ces notions repré-sentent les seules connaissances qu'ils acquer-ront en électricité; pour d'autres, ces premiers éléments seront complétés p a r des études de niveau plus élevé, sous une forme plus ou moins scolaire : il importe, dans tous les cas, que les notions d'électricité acquises au Collège tech-nique soient élémentaires, claires, correctes. Ces qualités sont difficilement conciliables; l'évolu-tion depuis cinquante ans de l'aspect de quelques questions fondamentales ne fait qu'augmenter la difficulté. Les prescriptions légales et les ten-dances qui se dégagent actuellement dans les milieux scientifiques obligent le professeur à modifier le mode de présentation de plusieurs chapitres des lois de l'électricité. E n particulier, les définitions des unités de courant et de flux ont gêné de nombreux collègues.
En ce qui concerne le courant, la définition électromagnétique de l'ampère ne peut pratique-ment pas être donnée à des débutants. Un cou-rant constant établi dans deux conducteurs pa-rallèles produit une force proportionnelle au carré de son intensité : les élèves ne sont habitués à faire connaissance avec de nouvelles grandeurs que par des considérations de pro-portionnalité directe. La définition de l'ampère p a r le coulomb électrochimique est beaucoup plus commode; l'exposé reste parfaitement cor-rect à condition de mentionner le caractère pro-visoire de cette définition.
En ce qui concerne le flux magnétique, le problème est plus complexe. Nous avons tous été victimes du système C.G.S.E.M. dont le mé-rite est immense puisqu'il a permis l'édification de la science et de la technique modernes, mais qui ne se prête pas à une étude élémentaire. Les anciens manuels de Collèges techniques donnent
du champ et de l'induction magnétique des notions confuses qui laissent supposer que ces grandeurs sont de même espèce; c'est inaccep-table en 1952. Evitons de perpétuer à leur sujet les fautes pédagogiques commises à propos du poids et de la masse. La solution raisonnable ne semble devoir être trouvée que dans un boule-versement de l'exposé traditionnel de l'électri-cité. « Il est loisible d'imaginer que les phéno-mènes d'induction aient été étudiés avant les phénomènes électro-chimiques et les phénomènes électromagnétiques. S'il en avait été ainsi, les questions qui se posent au physicien ne seraient évidemment pas présentées dans l'ordre où d'or-dinaire on les examine et, peut-être, y a-t-il quelque intérêt, particulièrement lorsqu'on dé-sire avant tout se pénétrer des principes sur les-quels s'appuie l'industrie actuelle à envisager les choses du côté qui nous paraît aujourd'hui le plus rationnel, en dehors de toute considéra-tion historique. » (Lucien Poincaré, l'Electri-cité, 1910).
Dès que la notion de force électromotrice est acquise, il n'y a plus de difficulté scientifique n i pédagogique à étudier la f.é.m. d'induction, donc le flux magnétique, et à définir le weber (loi du 14 janvier 1948). Le circuit magnétique, dont les bases théoriques telles que le théorème d'Am-père et le potentiel magnétique sont des plus solides, conduit naturellement aux notions d'in-duction magnétique et d'aimantation p a r les courants. Les aimants permanents ont un rôle très effacé. La force électromagnétique termine le chapitre : l'étude de la machine à courant continu est préparée.
Il serait très intéressant que cette méthode, ou toute autre équivalente, reçoive la consécra-tion de l'expérimentaconsécra-tion pédagogique; c'est-à-dire que des collègues, professeurs de Collèges techniques, aussi nombreux que possible, mo-difient leur enseignement de l'électricité dans le sens indiqué et communiquent les résultats commentés. Nous proposons, à titre indicatif, quelques plans détaillés de leçons.
B I B L I O G R A P H I E
1° L'Electricité, Lucien P O I N C A R É . Flamma-rion, 1910;
2° Loi du lk janvier 1948, décret du 28
fé-vrier 1948, Journal officiel du 7 mars 1948, p. 2365;
3° Electricité, Y. R O C A R D , directeur du Labora-toire de physique de l'Ecole normale supé-rieure, professeur à la Faculté des sciences de Paris. Masson, 1951. Pri x : 2.200 f r a n c s ; Remarque capitale, p . 109. — Chapitre IX,
Unités, p . 517;
4° Bulletin de la Société française des électri-ciens, n° 10, octobre 1951. Gauthier-Villars.
Prix : 275 francs.
a) Page 614 : « La rationalisation dans
le système d'unités Giorgi et l'enseignement élémentaire de l'électrotechnique », p a r M.-G. D A R R I E N S , membre de l'Institut;
b) Page 630 : « Apologie d u système M.K.S. Giorgi», par M. P. G R I V E T , professeur à la Faculté des sciences de Paris;
c) Page 644 : Vœu émis p a r la commis-sion des unités et symboles de l'Association française d e normalisation le 22 février 1951 (à l'unanimité).
Exemples de leçons sur rElectromagnétisme
P R E M I È R E L E Ç O N LE FLUX MAGNÉTIQUE
I. — Expérience fondamentale (étude qualitative). 1° Champ magnétique (fig. 1) :
a) Lorsque b est placé dans le voisinage de B,
chaque manœuvre de k provoque une déviation temporaire de l'ampèremètre A2 : la bobine b
est dans le champ magnétique de la bobine B ;
b
F I E . 1 .
b) Pour chaque position du centre de b, i l
existe une orientation de b pour laquelle la ma-nœuvre de k provoque la déviation temporaire maximum;
c) Si b est placé en un endroit tel que, quelle que soit son orientation, il n'y ait pas de dévia-tion perceptible de l'ampèremètre, b est hors du champ magnétique de B.
2° Définitions:
a) Ce phénomène s'appelle induction
électro-magnétique;
b) Le courant induit dans la bobine b est
dû à une force électromotrice induite. Le cir-cuit comprenant la bobine b et l'ampèremètre A est le circuit induit (en abrégé : b est l'induit) ; c) Le circuit comprenant la bobine B est l'inducteur. Le courant i mesuré par AÏ est le cou-rant inducteur;
d) L'inducteur et l'induit n'ont pas de
liai-son matérielle n i électrique visible : ils liai-sont cependant liés p a r u n flux magnétique envoyé
par B à travers b. 3° Conclusions :
a) L'existence d'un courant induit
causé par une force électromotrice in-duite est liée à une variation de flux; si le flux magnétique est invariable, il n'y a pas de phénomène d'induction; b) Le flux magnétique nous appa-raît comme u n e grandeur dont on peut déceler les variations grâce au phénomène d'induction.
II. — Le flux est une grandeur mesurable. 1° Mesure de la f.é.m. induite.
Elle est rapidement variable; il est intéres-sant de connaître sa valeur à chaque instant. La précision donnée p a r une photographie de l'écran de l'oscilloscope est suffisante : l'induit b est un générateur à circuit ouvert connecté à un oscilloscope à balayage « l i n é a i r e » . 2" Expérience :
a) Principe (fig. 2). On provoque le
déplace-ment du spot de l'oscilloscope en déplaçant le
curseur du rhéostat p o t e n t i o m é t r i q u e de en C2 p a r exemple;
b) Influence de la durée de la m a n œ u v r e entre deux mêmes positions Ci et C2 (fig. 3).
Constatation : les aires h a c h u r é e s sont toujours égales;
+ »
Fie. 2.
c) Conclusions :
1° La polarité de la f.é.m. i n d u i t e varie avec le sens du m o u v e m e n t du c u r s e u r qui provoque la modification du flux : les bobines ont le même
III. — Unité de flux.
Les unités sont choisies de telle sorte que, lorsque e = 1 volt, et / = 1 seconde, l'aire de la figure p r é c é d e n t e r e p r é s e n t e une unité de flux à laquelle on a d o n n é le n o m de weber (wb). Le w e b e r est le flux magnétique qui,
traver-s a n t u n c i r c u i t d'une seule spire, y p r o d u i r a i t une force électromotrice égale à 1 volt si on l'a-menait à zéro en une seconde p a r dé-croissance uniforme-jRemarque. — On emploie encore le maxwell q u i vaut 10 w b (non légal). IV. — La mesure d'un flux est délicate.
1° En p r i n c i p e , l'aire relevée à l'oscilloscope suffit ! P r a t i q u e m e n t la m é t h o d e ne peut être d'application courante, m ê m e au laboratoire.
écran d < z l'oscillosco p e
Fie. 3. sens d ' e n r o u l e m e n t ; la variation du flux est une g r a n d e u r algébrique dont le signe est opposé à celui de la f.é.m. i n d u i t e ; il est celui de la va-riation du c o u r a n t i n d u c t e u r ;
2° Les conditions géométriques et électriques sont restées invariables d ' u n essai à l'autre, nous convenons que la variation du flux de B à tra-vers b est restée la m ê m e quelle qu'e n soit la durée, et qu'elle a p o u r mesur e l'aire h a c h u r é e sur l'oscillogramme;
3° Calcul d'une petite variation de flux (fig. 4).
E n t r e les instants très voisins t' et t' + A t, c'est-à-dire p e n d a n t A t secondes, la f.é.m. a conservé une valeur p r a t i q u e m e n t constante = e'. La variation de flux A $ qui l'a provoquée est au signe près, l'aire du rectangle h a c h u r é .
A<J> = — e x A '
2° Un fluxmètre est un apparei l à lecture directe dont la c o n s t r u c t i o n est voisine de celle des a m p è r e m è t r e s et voltmètres dits « à cadre
fi Y' t + A t h2
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P / ^
if
e '
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^ ^ : A I - Fie. 4.
m o b i l e » . Il est g r a d u é en w e b e r s (ou en max-wells). On le monte dans le circuit à la place de l'oscilloscope.
(A suivre.)
POINSARD,
Professeur au Collège Diderot.
