HAL Id: jpa-00241239
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00241239
Submitted on 1 Jan 1907
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Les détecteurs magnétiques et l’action des oscillations électriques sur l’aimantation
Ch. Maurain
To cite this version:
Ch. Maurain. Les détecteurs magnétiques et l’action des oscillations électriques sur l’aimantation. J.
Phys. Theor. Appl., 1907, 6 (1), pp.5-25. �10.1051/jphystap:0190700600500�. �jpa-00241239�
JOURNAL
DE
PHYSIQUE
THEORIQUE ET APPLIQUÉE.
LES DÉTECTEURS MAGNÉTIQUES ET L’ACTION DES OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES
SUR L’AIMANTATION ;
Par M. CH. MAURAIN.
~1. Le détecteur magnétique de Rutherford-Marconi a donné lieu à de nombreux travaux dont les résultats paraissent au premier abord
très complexes et parfois même contradictoires. Je voudrais, dans la première partie de ce mémoire : 1° montrer comment, chaque fois
que les oscillations électriques agissent sur l’aimantation dans des conditions nettes, on peut prévoir le sens de leur action ; 2° indiquer
de quoi dépend quantitativement cette action. Dans une deuxième
partie, je m’occuperai des détecteurs magnétiques où l’on observe
une action des oscillations électriques sur l’énergie d’hystérésis dans
un champ tournant. Je m’appuierai sur les conclusions d’un travail antérieur (1) est sur de nouvelles expériences quantitatives.
PREMIERE PARTIE.
2. Je rappelle d’abord ceux de mes résultats antérieurs qui seront
(1) J. de Phys., 46 série, t. III, p. 4~i’~; juin 1904; - et Soc. /r. de Physique,
11 juin 1904. - Je saisis cette occasion d’indiquer une omission involontaire dans les indications bibliographiques données dans ce mémoire : M. GEROSA, qui
a étudié avec M. FINZI la réduction de l’hystérésis magnétique par l’action d’un courant alternatif parcourant le noyau magnétique, a aussi étudié avec lui. MAI
(C. R. de l’Inst. L01nb., 1891, 2e série, p. 95~.) la réduction de l’hystérésis par un
champ alternatif de même direction que le champ magnétisant (travail cité par M. RICCARDO ARNO, Eclairage électrique, t. XXXIX, p. 4t’1 ; 1904).
M. DUHEM a appliqué dans différents mémoires ses théories des modifications permanentes à l’hystérésis magnétique et aux actions réductrices de l’hystérésis.
Voir, en particulier : Mém. de l’Acad. de B?~y~M, t. LXII ; 1902 ; - C. R. de l’Acad. des Sciences, t. CXXXVIII, p. ~1022; ’1903; et t. CXLI, p. 1216 et 1310 j i905 ;
- Rev. gén. des Sciences, 15 et 30 janvier 1906.
Article published online by EDP Sciences and available at
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:0190700600500
6
utiles ici : Soit un noyau magnétique soumis à l’action d’un champ magnétique qu’on peut faire varier à volonté ; dans les conditions ordinaires, on obtient des cycles d’hystérésis dont la forme dépend
des limites entre lesquelles varie le champ magnétisant; la fig. 1 re- présente de tels cycles symétriques pour un fil de fer-qui a servi aux expériences dont il sera parlé plus loin ; les abscisses figurent les
valeurs en gauss du champ màgnétisant Il, et les or??nÍ1é~s figurent,
~
Fio. 1.
~
_ ~ z
en unités arbitraires, les valeurs de l’intensité d’aimantation 1. Si maintenant on fait parcourir au champ magnétisant un cycle quel-
conque, mais en superposant à son action, après chacune de ses
Variations, celle d’un champ magnétique oscillant d’amplitude
décroissante, produit par des oscillations électriques assez puissantes
pour que leur action pénètre, avec une intensité convenable, dans
toute la masse du noyau, on obtient une seule courbe d’aimantation,
la même à champ magnétisant croissant ou décroissant.
Cette courbe d’aiszantation est unique, pour un noyau magnétique
donné et pour des c~c~~’o~ électriques de (orme donnée ; par
7
exemple, pour le fil de fer indiqué et pour les oscillations électriques
dont il sera parlé plus loin, elle est représentée par la courbe M de la
flg, i : Supposons que, faisant varier le champ magnétisant à la
manière ordinaire, en l’absence des oscillations, on l’ait amené à une
certaine valeur h ; le point représentatif de l’aimantation est alors
sur la droite d’abscisse h, par exemple en l’un des points A, A2 ..., où
cette droite coupe les cycles figurés; faisons maintenant agir un flot
d’oscillations électriques d’amplitude initiale suffisante, et produi-
sant un champ magnétique oscillant de même direction que le champ magnétisant; l’amplitude des oscillations décroît progressivement jusqu’à zéro ; par suite, le champ magnétisant total, après avoir
oscillé de part et d’autre de h entre des limites de plus en plus res- treintes, reprend la valeur h ; or, l’aimantation, qui a varié pendant
l’action des oscillations, se fixe toujours à la même valeur représen-
tée par le point B, où la droite d’abcisse h coupe la courbe unique S dont je viens de parler. Si le point représentatif avant l’action des
oscillations était au-dessous de B, il s’est relevé jusqu’en B ; s’il était
au-dessus de B, il s’est abaissé jusqu’en ce point. J’ai supposé, pour
plus de clarté, qu’on faisait agir un seul flot d’oscillations ; si on en
fait agir plusieurs, le point obtenu est naturellement encore B (~ ) .
Voilà ce qui se passe quand le champ magnétique oscillant est
assez intense pour que son action réduise complètement l’hystérésis ;
c’est ce qu’on réalise en faisant passer de fortes oscillations élec-
triques dans une bobine bien isolée et d’un nombre de spires suffi-
sant, placée autour du noyau magnétique. Je rappelle encore qu’à
cause de la localisation superficielle du champ magnétique oscillant
dans le noyau magnétique, il faut, si on veut obtenir une réduction complète de l’hystérésis, employer des fils très fins ou des lames très
minces.
(1) Dans le travail indiqué, j’ai employé tous les procédés électromagnétiques
de réduction de l’hystérésis à intensité décroissante, c’est-à-dire que, s’il s’agis-
sait d’un courant alternatif, j’en faisais décroître progressivement l’amplitude jusqu’à zéro, et que, s’il s’agissait d’oscillations électriques, j’en faisais décroître
progressivement la distance explosive jusqu’à zéro ; cette précaution est indis- pensable pour obtenir des résultats définis avec un courant alternatif, puisque
la valeur finale du champ magnétisant doit être la même que la valeur initiale ; elle est inutile quand on emploie des oscillations électriques obtenues avec le dispositif de Tesla, parce que chaque décharge qui se produit à l’interrupteur
donne lieu à un flot d’oscillations dont l’amplitude décroît spontanément jusqu’à zéro; mais on ne doit lire l’indication du magnétomètre qu’après avoir
arrêté les oscillations.
8
3. Supposons maintenant que les oscillations électriques employées
ne soient pas assez intenses pour réduire complètement l’liystérésis,
c’est-à-dire pour amener le point représentatif de l’aimantation au
point limite B. Comme je l’ai muntré dans le travail indiqué, on ob-
tient alors une réduction partielle de l’hystérésis d’autant plus faible
que l’intensité maximum des oscillations est elle-même plus faible ;
cette réduction partielle se fait dans le sens qui correspondrait à la
réduction complète, c’est-à-dire que le point représentatif est déplacé
vers le point correspondant de la courbe E ; si par exemple le point représentatif était primitivement en A,, au-dessous de B, l’action des oscillations le relève ; s’il était en A,, au-dessus de B, l’action des oscillations l’abaisse.
4. C’est cette action qui se produit dans les détecteurs magné- tiques ; les oscillations y sont trop faibles pour produire la réduction
complète de l’hystérésis, et produisent seulement une variation de l’aimantation vers la valeur qui correspond au point de la courbe E dont l’abscisse est la valeur du champ magnétisant au moment où agissent les oscillations. Cette action des oscillations se traduit parun relèvement ou un abaissement du point représentatif initial, suivant
que celui-ci est au-dessous ou au-dessus de la courbe E ; on voit que,
suivant les cas, la valeur absolue de l’intensité d’aimantation croit
ou décroit, et que le sens de l’àimantation peut être changé ; ce cas
se présente si le point représentatif a primitivement une ordonnée de
signe contraire à celle du point correspondant de la courbe ~, et si l’action des oscillations est assez intense pour que, dans son dépla-
cement, le point représentatif franchisse l’axe des abscisses.
La courbe E coupe chaque cycle d’hystérésis en deux points : en ces
deux points, l’action des oscillations est nulle.
Dans le cas particulier où on fait agir les oscillations sur l’aiman- tation rémanente, on observe toujours une diminution de l’aimanta-
tion ; en effet, cela revient à considérer le cas H == 0; la courbe
passe par l’origine, le point B est alors en 0, et le déplacement du point primitif vers le point 0 correspond à une diminution de l’ai- mantation. Il peut cependant arriver qu’on paraisse observer dans
ces expériences une augrnentation de l’aimantation, si l’aimantation permanente employée est très faible; en effet, le noyau magnétique
se trouve en réalité presque toujours soumis à une composante du champ magnétique terrestre ; si la valeur de l’aimantation permanente
se trouvait inférieure à l’ordonnée de la courbe E correspondant à la,
9 valeur de cette composante, l’action des oscillations provoquerait, en rapprochant le point représentatif actuel du point correspondant de
la courbe 1, une augmentation de l’aimantation ; j’ai réalisé ce cas
facilement.
5. Action qutintitative des osc’t"llat’ions. -- Ainsi, les considérations
précédentes permettent de prévoir le sens de l’action des oscillations
sur l’aimantation. La chose n’est pas si simple pour l’intensité même de cette action. Le premier, M. Wilson) a indiqué que l’action
paraît la plus intense aux points du cycle où la variation de l’intensité d’aimantation I est la plus rapide, p c’est-à-dire où dH dH a la plus grandep valeur. M. Tissot (2), dans le travail où il a montré que les oscillations
agissent sur l’hystérésis magnétique, indique que l’action est la plus
intense dans deux secteurs de la courbe d’hystérésis, secteurs qui comprennent P bien les points p où dl dH a la plus grande P g valeur. M. Lori (3)()
relie à un galvanomètre balistique quelques spires entourant le noyau magnétique; les déviations du galvanomètre, au moment où agissent
les oscillations, mesurent l’action de celles-ci ; il trouve que le maxi-
mum de l’action des oscillations coïncide à peu p près p avec celui de didR
M. Piola (1) arrive à la même conclusion en utilisant, pour déceler les variations de l’aimantation, le pinceau de rayons cathodiques d’un
tube de Braun, ce qui lui permet d’opérer sur des cycles d’aimanta-
tion parcourus rapidement (42 cycles par seconde). M. Eccles (5)
mesure l’action quantitative des oscillations par la méthode magné- tométrique ; il donne des courbes représentant la variation de cette action et la variation de dH dHaux différents points d’un même cycle ;
ses expériences portent sur des cycles de différentes amplitudes
obtenus avec une même tige de fer doux ; les deux courbes corres-
pondant à un même cycle ont à peu près la même allure, mais leurs
maximums sont cependant loin de coïncider ; Ici. Eccles, tout en signa-
(1) E. WlLSO~t, P~°oc. Roy. Soc., 1902, t. LXX, p. 341.
(2) C. TISSOT, Soc. f~~. de Physique, 20 février 1903; - et J. de Ph~s., 4e série,
t. I I, p. 342; 1903.
(~) F. LORI, Il Nuovo Cimento, 56 série, t. X, p. ~91 ~ 1905.
(4) F. PIOLA, Rendiconti della R. Accad. dei Lincei, t. XV, p. 222 ~ -, 2e se- mestre 1906.
(~) W.-H. ECCLES, Phil. Mag., 6e série, t. XII, p. ~09 ; août 1906,
10
lant les divergences, considère l’ensemble de ses mesures comme
favorable à la correspondance entré l’action des oscillations et la valeur de dl
H- s
n
6. Or il est facile de se convaincre qu’il est tout à fait insuffisant
d’essayer de déduire l’intensité de l’action des oscillations de la valeur de dl ’ supposons en effet qu’on emploie des oscillations assez
intenses pour réduire complètement l’hystérésis, et qu’on les fasse agir aux deux points C et D du plus petit cycle de la /~7. ’1; dans
chacune de ces expériences le point représentatif sera amené, par l’action des oscillations, au point E de la courbe l1, et l’action des oscillations, mesurée par les distances CE ou DE, qui sont sensible-
ment égales, est sensiblement la même dans les deux expériences;
or les valeurs de dI dH sont cependant p très différentes aux points C et D.
7. Le résultat obtenu dans ce cas particulier conduit à faire inter-
venir, pour prévoir l’intensité de l’action des oscillations, la distance D qui sépare le point représentatif de l’aimantation du point correspon- dant de la courbe E. La courbe E peut être considérée comme repré-
sentant des valeurs stables de l’aimantation; par exemple, le point B (fig. 1) représente la valeur de l’aimantation stable correspondant au champ magnétisant la ; dès lors, la distance D entre ce point B et un point représentatif correspondant à la même abscisse, AI par exemple,
mesure la quantité dont l’aimantation actuelle diffère de l’aimantation stable correspondante; il est naturel de penser que cette distance doit intervenir parmi les conditions qui fixent l’intensité de l’action des oscillations.
Les expériences suivantes manifestent en effet l’intervention de la distance D ; elles montrent aussi que ni la distance D seule, ni le
coefficient angulaire dl dH seul, ni même ces deux quantités, q ne per-p mettent de prévoir l’intensité de l’action des oscillations, mais que celle-ci dépend de l’ensemble de l’histoire magnétique du noyau au
moment où on fait agir les oscillations.
,
r. d 1 ,
.
,
8. Expériences sur un fil de fer de de millimètre de diamètre.. - Ces expériences sont disposées exactement comme celles décrites dans le mémoire déjà cité ; l’aimantation est mesurée par la méthode
11
magnétométrique unipolaire ; le fil de fer est placé suivant l’axe de
deux longues bobines concentriques, la bobine. magnétisante et une
bobine à une seule couche, à isolement soigné, où on peut envoyer
des oscillations électriques obtenues par la méthode de Tesla ; la
bobine de Ruhmkorff est alimentée par un courant alternatif de 48 périodes par seconde.
Les courbes de M. Eccles représentent l’action d’oscillations d’in- tensité donnée aux différents points de plusieurs cycles d’aimantation
d’amplitudes variées. Les expériences dont je vais parler d’abord sont
d’un genre différent : opérant toujours sur le même cycle d’aimanta- tion, j’ai mesuré en ses différents points l’action d’oscillations assez
fortes, puis d’oscillations plus faibles, enfin d’oscillations très faibles.
Pour faire une expérience, on fait décrire à l’aimantation le cycle
d’aimantation S (fig. 2), puis, arrêtant la variation au point choisi,
on fait agir les oscillations; pour faire une nouvelle expérience, on
décrit le cycle complet une ou plusieurs fois, de manière à bien retrouver le cycle S ; on arrête la variation au nouveau point choisi,
on fait agir les oscillations, et ainsi de suite.
9. Les courbes en pointillé de la /çg. 2 représentent : l’une, S, le cycle d’aimantation sur lequel ont été faites ces séries d’expériences;
l’autre, ~, la courbe unique obtenue en réduisant complètement l’hys-
térésis par l’action d’oscillations électriques assez intenses, que j’ap- pellerai la courbe d’aimantation stable ; les courbes en trait plein se rapportent à l’action des oscillations aux différents points de la
branche inférieure du cycle d’aimantation S ; les abscisses sont les
mêmes pour toutes les courbes de la figure, de sorte que les points
se correspondent sur une même parallèle à l’axe des ordonnées. La courbe 1 représente la distance D existant entre chaque point de la
branche inférieure de S et le point correspondant de la courbe d’ai- mantation stable S ; cette distance est comptée positivement pour la région 011 l: est au-dessus de la branche inférieure de S, négati- vement pour la région où E est au-dessous de cette branche ; remar-
quons que la courbe 1 représente encore l’action d’oscillations assez
intenses pour supprimer complètement l’hystérésis. La courbe II représente l’action d’oscillations insuffisantes pour supprimer cor- plètement l’hystérésis, mais encore assez fortes ; la courbe 1 II
représente l’action d’oscillations plus faibles : la courbe 1 BT, celle d’os- cillations très faibles. Pour toutes ces courbes, l’action des oscil-
lations est domptée positivement quand cette action est de relief
12
ver le point représentatif, négativement quand elle abaisse ce point.
De l’examen de ces courbes on déduit les résultats suivants : pour toutes ces oscillations, l’action est nulle au point M où i coupe S ;
Fi&.2.
’
elle est positive à droite de M, négative à gauche ; les maximums
sont tous compris entre le maximum de la courbe 1 (courbes des dis-
tances D), qui correspond à environ H == 10 gauss, et le maximum d dl
l b d,... d,.
de di pour la courbe d’aimantation, qui correspond à environ
H -19 gauss; plus les oscillations agissantes sont faibles, plus le
maximum de leur action s’éloigne du maximum de la courbe des dis-
tances D et se rapproche du maximum de 1 dH En somme, la consi-
dération de la distance D à la courbe d’aimantation stable, qui
permet déjà de prévoir le sens de l’action des oscillations, est
13
importante également pour prévoir l’intensité de cette action, et cela d’autant plus que les oscillations sont plus intenses.
10. Cette considération de la distance D permet d’interpréter dif-
férents résultats : par exemple M. Eccles mesure l’action d’oscilla-
tions d’intensité donnée sur l’aimantation rémanente d’une tige de
fer et trouve cette action d’autant plus grande que l’amplitude de
l’aimantation induite à laquelle a été soumise la tige est elle-même plus grande; en se reportant à la fig, ~., on voit que cela revient à
mesurer l’action des oscillations aux points R1, R2, R3; en ces points
les valeurs de 2013 dH sont peu p différentes, mais les distances à la
courbe d’aimantation stable, c’est-à-dire au point 0, sont d’autant plus grandes que l’amplitude du cycle correspondant est elle-même plus grande.
De même M. Eccles mesure l’action des oscillations en des points
de cycles de différentes amplitudes correspondant à une même
valeur du champ magnétisant, et trouve que cette action augmente
avec l’amplitude du cycle; la figue 1 montre qu’en effet la distance au
point B des points A1, A2, A3 augmente avec l’amplitude du cycle.
~
FIG. 3.
Je dois cependant ajouter que M. Eccles ne signale pas dans son mémoire de renversement dans le sens de l’action des oscillations ;
14
j’indiquerai plus loin une divergence d’un autre genre entre ses
résultats et les miens. ’
1~.. Dans d’autres expériences, j’ai cherché comment varie l’action
des oscillations aux différents points de petits cycles d’aimantation
greffés sur le grand. Par exemple, si, ayant amené le point repré-
sentatif au point A. du cycle S (~~. 3), on fait décroître progressive-
ment le champ magnétisant jusqu’à zéro, puis qu’on le fasse croître
de nouveau jusqu’à la valeur correspondant au point A, le point représentatif décrit un cycle très étroit ABCDEA qui le ramène sen-
siblement au point A (en toute rigueur, un peu plus haute) ; si alors
on continue à augmenter le champ, le point représentatif décrit
sensiblement la courbe S ; ce fait semble indiquer qu’après le par-
cours du cycle ABCDEA le noyau est revenu sensiblement au même état magnétique que celui qu’il avait primitivement en A. z
Or, en mesurant l’action des oscillations aux différents points d’un .
tel cycle, voici ce qu’on observe : en un point B extrêmement voisin
de A, l’action est très sensiblement la même qu’en A, très peu plus faible ; cependant , dl dH est très faible en ce point, beaucoup plusp p p faible qu’au point A du cycle S, et, d’autre part, la distance D est sensiblement la même qu’en va. Quand on s’avance sur le petit cycle,
l’action des oscillations diminue rapidement, jusqu’à devenir presque
nulle; la courbe MP représente ses variations ; puis, à mesure qu’on
s’avance sur la branche de retour, l’action reprend une valeur de plus en plus grande, cette valeur étant très sensiblement la même
qu’au point correspondant à 1,’aller; revenu au point A, on retrouve
la même action qu’au début (mesurée par MN). Bien entendu, entre
deux expériences on fait parcourir à l’aimantation le reste du petit cycle, le grand cycle, et la partie convenable du petit.
Ces résultats montrent que l’intensité de l’action des oscillations
ne peut être fixée d’après les éléments géométriques actuels de la courbe d’aimantation (coordonnées du point, coefficient angu-
laire, etc.), et dépend en réalité de l’ensemble de l’histoire magné- tique du noyau ; nous voyons en effet que l’action est sensiblement la même aux points très voisins A et B, malgré la différence des valeurs de dH ’ di or, l’histoire magnétique g aux deux points p A et B ne diffère que par le parcours du très petit arc AB, c’est-à-dire est
sensiblement la même ; à mesure qu’on s’avance sur le petit cycle
15
vers le point D, l’arc de ce cycle parcouru à partir de A devient de
plus en plus important, et son influence se fait sentir de plus en plus sur l’action des oscillations jusqu’à devenir prépondérante ; lorsque le point représentatif décrit la branche de retour DEA et revient en A, le noyau paraît reprendre à peu près son état magné- tique initial, puisque le point représentatif se déplace ensuite sur le grand cycle primitif; de même l’intensité de l’action des oscillations
augmente suivant DEA et reprend en A sensiblement sa valeur initiale.
12. Un fait caractéristique relativement à l’action quantitative des
oscillations est le suivant : la valeur de l’action des oscillations ne
présente pas de discontinuité au sommet d’un cycle d’hystérésis.
J’ai constaté ce fait pour les différentes variations représentées
~g. ~ ; si on construit les courbes représentant l’action des oscilla- tions sur la branche descendante TR du cycle S, on trouve qu’elles aboutissent, pour le sommet T du cycle, aux mêmes points que les courbes représentant l’action des oscillations sur la branche mon-
tante ; ces courbes correspondant à la branche TR sont identiques,
avec changement de signe, aux parties des courbes de la fig. 2
situées à gauche de P ; on ne les a pas figurées pour ne pas com-
pliquer.
, J’ai vérifié le même fait pour un cycle d’amplitude plus faible, qui
est le plus petit cycle de la ~~. ï ; ici, les valeurs de dI sont extrê-
mement différentes sur les deux branches ; malgré cela, aucune
discontinuité dans les valeurs de l’action des oscillations ne se
révèle au sommet T du cycle, comme le montrent les nombres sui- vants qui mesurent l’action des oscillations en fonction du champ magnétisant autour du point T : -.
Ainsi, en deux points extrêmement voisins dusomm et d’un cycle,
et situés l’un sur la branche montante, l’autre sur la branche descen-
dante, les actions des oscillations sont sensiblement les mêmes,
malgré la différence des valeurs de2013,j; dH) or ces deux points, étant
