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Courants dérivés. —Corollaires de M. Bosscha et applications

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(1)

HAL Id: jpa-00236845

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Submitted on 1 Jan 1873

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Courants dérivés. -Corollaires de M. Bosscha et applications

J. Raynaud

To cite this version:

J. Raynaud. Courants dérivés. -Corollaires de M. Bosscha et applications. J. Phys. Theor. Appl.,

1873, 2 (1), pp.233-246. �10.1051/jphystap:018730020023300�. �jpa-00236845�

(2)

233

COURANTS DÉRIVÉS. 2014 COROLLAIRES DE M. BOSSCHA ET APPLICATIONS

(1);

PAR M. J. RAYNAUD.

1. La considération des

équations générales,

données par M.

Kirchholi,

pour la résolution des

problèmes

relatifs aux courants

dérivés,

a conduit M.

Bosscha (de Leyde)

à formuler

quelques corollaires,

dont

l’application simplifie beaucoup

le calcul dans un

grand

nombre de cas.

Dans tout

système

de courants

dérivés, indécomposable

en sys- tèmes

indépendants,

les relations de la forme

E i = o, pour les

points

de concours,

1: (ir - e)

= o, pour les

figures fermées,

fôurnissent toutes les

équations

nécessaires à la détermination des intensités dans les diverses branches. Par

suite,

toute modification dans la résistance des divers conducteurs composant le

circuit,

ou

dans les forces électromotrices y contenues,

qui n’apportera

au-

cun

changement

dans les

équations précédentes,

n’altérera en rien l’intensité des courants

qui

les traversent; d’où les deux remarques suivantes :

« Toutes les fois que l’intensité est nulle dans une des

branches,

les intensités dans les autres branches sont

indépendantes

de la résistance du conducteur dans

lequel

il

n’y

a pas de cou-

rant. »

Car

si,

pour un

conducteur, i

- o, le

produit ir

sera aussi nul.

« En

chaque point

de concours de

plusieurs conducteurs,

on

peut

ajouter

ou

supprimer,

dans tous les

conducteurs,

des forces

électromotrices

égales,

pourvu

qu’elles

soient toutes

dirigées

dans

le même sens par rapport au

point

de rencontre », c’est-à-dire pourvu que les courants

qu’elles

tendent à

produire s’éloignent

ou se

rapprochent

tous de ce

point.

Les forces électromotrices n’entrant pas dans Si = o, il suffit de

montrer que ce

changement

n’altère pas les

équations

des

figures

(1) BosscHA, Annales de Poggendorff (1858), et Communications de l’Académie des Pays-Bas.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018730020023300

(3)

fermées E(ir - e)

= o. En

enet,

toute

figure

fermée

simpl e

dont

le

point

considéré forme un des sommets renferme deux conduc-

teurs passant par ce

point :

l’introduction dans chacun des fils d’une force e, commune en

grandeur

et en

direction,

ne

changera

pas la

relation;

car, en

parcourant

la

figure

dans un sens déter-

miné, la direction de la force dans un des conducteurs sera néces- sairement

opposée

à celle de la force

égale

située dans l’autre con-

ducteur.

Les

équations

fournies par le

système primitif

et le

système

mo-

difié sont donc

identiques

et nécessairement satisfaites par les mêmes valeurs de i.

Si entre deux sommets se trouvent, par

exemple,

n

conducteurs,

et que n- i d’entre eux renferment une force électromotrice -I- e,

dirigée

vers le sommet M

(fig. i),

on pourra, par l’introduction

Fig. 1. Fig. 2.

d’une force commune - e, dans les n

fils,

substituer aux n-1

forces + e une force

unique -

e dans le nième conducteur

(fig. 2)., qui précédemment

n’en renfermait pas. Les

systèmes (1)

et

(2)

sont

équivalents.

De

même,

le

système (fig. 4)

est

équivalent

au

système (fig. 3).

Fig. 3. Fi g. 4.

Dans ces

figures,

les flèches

représentent

non la direction réelle des courants, mais celle des courants que les forces e, dont il est

question,

tendent à

produire.

(4)

235

2. Cela

posé,

les corollaires de M. Bosselia peuvent se ramener à deux

propositions,

dont l’une résulte des remarques

précédentes

et

peut

être

envisagée

d’ailleurs comme une

conséquence

directe de

la loi de distribution des

potentiels

aux divers

points

d’un circuit.

La seconde est une déduction des

propositions

de M.

Kirchhofl’,

énoncées aux n°S 8 et 9 de

l’Étude

de la résolution

générale

des

problènzes relatifs

aux circuits délives

( même Journal,

t.

II.,

p. 170 et

171).

Corollaire I. - « Si l’intensité du courant est nulle dans un

conducteur faisant

partie

d’un

système

contenant des forces élec-

tromotrices,

on ne

changera

pas les intensités du courant dans les

autres branches :

» 10 Si l’on

interrompt

ce conducteur et

qu’on

le

supprime

du

circuit avec les forces

qu’il contient;

» Dans le cas ce conducteur ne renferme pas de forces

électromotrices, si, après

sa

suppression,

on réunit directement

( par

un circuit sans

résistance)

les deux

points qu’il joignait pré-

cédemment ;

» 30 Mais s’il renferme une force

électromotrice,

on ne pourra faire cette dernière modification

qu’à

la condition

d’ajouter

dans

tous les

conducteurs,

aboutissant à l’un ou à l’autre des deux

points,

une même

force, égale

et

dirigée,

par

î-,alypo7-t

au

point co7isidé7,é,

en sens contraire de la force que renfermait le conduc-

teur

proposé ( ou

de même sens que cette

dernière,

en parcourant, dans une direction

déterminée,

une

figure

fermée contenant à la

fois le conducteur

supprimé

et l’un des autres

conducteurs).

»

Il faut montrer que ces modifications n’altèrent pas les

équations

en faisant i = o, le

produit ir

est

nul, quel

que soit 1"; si l’on a à la fois i = o et r == 00, ii-

prend

la forme

°-,

mais la valeur de cc

0

produit

est

toujours nulle ;

car, dans le

système primitif,

i ne sera

nul,

pour une valeur finie de n, que si le numérateur de sa valeur

est nul. Or ce numérateur ne renferme pas r,

qui

est contenu, au

contraire,

dans le

dénominateur; donc,

en faisant 1 = oc , le pro-

(5)

duit ir devient

proportionnel

au

numérateur, lequel

est

toujours

nul pour i = o . ,

Si i - o et si r = 00, il faudra

supprimer

e dans les

équations

du

système primitif;

car, dans le numérateur des

expressions qui

donnent les

intensités,

e est

multiplié

par un

polynôme qui

ne con-

tient pas r, tandis que r entre au

dénominateur;

donc la

partie

du

courant

qui provient

de e est nulle dès que r - 00 .

Si i = 0, sans que r = 00, la force e subsiste

toujours

dans les

équations 2 (ir e)

= o; mais la seconde remarque du 1 permet de ramener ce cas à celui oü le conducteur ne renferme pas de force

électromotrice, puisqu’on

peut

ajouter

une force commune - e

dans tous les conducteurs aboutissant au même sommet, d’où ré- sulte la troisième

partie

de l’énoncé.

3.

Quelques

considérations

très-simples permettent

d’ailleurs la démonstration immédiate de ces

conséquences.

L’état permanent étant établi dans le

système proposé,

on pourra faire subir au

système

tout

changement qui

n’altérera pas la gran- deur relative des

potentiels

des divers

points.

Si,

dans le conducteur

joignant

deux sommets, le courant est

nul et si ce conducteur ne renferme pas de force

électromotrice,

ces deux sommets auront le même

potentiel ;

on ne

changera

donc

pas les

potentiels

des autres

points

de concours, en

supprimant

ce

conducteur,

ou en faisant

confondre, après

cette

suppression,

les

deux sommets

qu’il

réunissait auparavant.

Si le conducteur

MN,

dans

lequel

le courant est

nul,

renferme

une force électromotrice + e

(fig. 6),

il faudra que les poten- tiels en 1B1 et N soient

égaux respectivement

aux

potentiels polaires

ui et zc2 de la

pile intercalée;

on pourra

donc,

sans

changer

ces

potentiels, supprimer

le conducteur 3’IN et la force

qu’il contient;

ou donner à ce conducteur une résistance

différente,

mais à la con-

dition alors de

placer quelque part,

entre M et

N,

une force

qui

maintienne entre ces deux

points

la différence u1 - u2,

qu’ils

av aient antérieurement.

Enfin,

si les deux

points

M et N sont

confondus,

ils

prennent

le méme

potentiel;

pour que cette modification n’entraine aucun

changement

dans les intensités du courant dans les autres

branches,

on transportera cette force dans tous les conducteurs aboutissant

(6)

237 soit en

M,

soit en

N,

et le

système (fin. 6)

sera

identique

au sys- tème

(fin. 5);

car les

équations

des

figures

fermées contenant le

Fig. 5. Fig.6.

conducteur MN == r, en y faisant 1 = o, deviendront

identiques

à

celles du nouveau

système

et les forces introduites se détruiront dans les

figures fermées, qui

antérieurement ne renfermaient pas r.

4. Application.-Considérons

trois conducteurs a,

b,

c

(fig. 7),

renfermant des forces électromotrices ce,

b,

y

dirigées

vers le même

Fig. 7.

point M,

et soient

A, B,

C les intensités

correspondantes (les

flèches donnent la direction des

courants). Supposons

le courant

nul dans

b,

on

peut supprimer

ce conducteur et l’on a de suite

On peut aussi réunir directement M et

N,

en transportant

b,

en

sens contraire par

rapport

à

M,

dans a et c; alors

(fig. 8)

Pour que les

expressions (i) et (2)

soient

identiques,

il faut que

(7)

Cette relation

exprime,

en

effet,

la condition nécessaire pour que B == o, déduite des

équations

et

3. Pont de

Wheatstone (fig. 9).

- Si le courant est nul dans

la

branche g,

on a

immédiatement,

par la

suppression

de ce con-

Fig. 8. Fig. g. Fig. io.

ducteur (g

=

oo),

la résistance P du

quadrilatère

formé par a,

b, c, d,

Si l’ 011 réunit directement les

points

entre

lesquels

se trouvait

g (g

=

0),

on

a (fig. 10)

L’intensité dans

f

est donnée par

Les

expressions (i)

et

(2)

sont

identiques

si

ac = bd;

or les

équations

obtenues en faisant i = o dans les

équations

de 31. Kirclihoff

appli-

quées

à la

fig.

9, donnent

précisément

la condition ac = bd.

(8)

239 On peut donc remarquer que : « En rendant le conducteur dans

lequel

il

n’y

a pas de courant nul ou

infini,

on est conduit à deux

expressions

différentes de la même

intensité ; mais,

en identifiant

ces deux

expressions,

on obtient la relation

qui exprime,

dans les

deux cas, que l’intensité est nulle dans ce conducteur. »

6. Mesure de la résistance d’U1Z

galvanomètre

par la

simple

d éviation de son

aiguille (1).

- Si le courant est nul dans la

branche g (fig. 11)?

les intensités dans les autres branches seront

indépendantes de g

et, par

suite,

si

ac = bd,

un

galvanomètre

Fig. 11.

placé

en c donnera la même

déviation, g

pouvant avoir toutes les valeurs de zéro à l’infini.

Donc,

pour obtenir la résistance x d’un

galvanomètre

formant

l’une des

quatre

branches du pont, on

établira,

entre R et

Q,

une

dérivation

susceptible

d’être ouverte ou fermée à l’aide d’un inter-

rupteur, et, d

ayant une valeur

déterminée,

on fera varier la résis-

a

tance

b, jusqu’à

ce que le

galvanomètre

donne la même

déviation,

que le contact soit établi ou non; alors

ou

bien,

b ayant une valeur

déterminée,

on fera varier le rap-

port d

d dans les mêmes conditions.

a

(’ ) Sir W. THOMSON, Philosophical Magazine (juin 1871).

(9)

7. ivesure de la résistance d’un conducteur dans

lequel

se

trouve une

force

électromotrice inconnue + E’

( 1).

- Dans le côté

inconnu c, se trouve une force électromotrice

E’, dirigée,

par Fig. 12.

exemple,

en sens contraire du courant

qui

circule dans c

( fi,2. I 2 ) ;

déterminons

b,

résistance du

rhéostat,

de telle sorte que le courant

qui

traverse le

galvanomètre

soit

nul,

G = o.

Le

conducteur g pouvant

être

supprimé,

les

équations

de

Kirchhoff’ donnent

d’où l’on tire

Si le

rapport Ê

était connu, on obtiendrait c par

l’équation

Si E’ = o, on retombe sur

l’expression

connue c =-

b d.

a

E’,

étant

E

inconnu,

on

peut

avoir la valeur de c ou x, par deux

expériences

faites en

changeant

le sens de la

pile

E du

pont

et en

1’) ROBERT SABINE, Tlae electric Telegraph (1867).

(10)

24I

notant les résistances R/ et R"

qu’il

faut donner au rhéostat b pour obtenir

l’équilibre galvanométrique.

On a alors

En

ajoutant,

E’

E

se trouve

éliminé,

et l’on a

Faisant le pont à branches

égales a

=

d,

on a

si la résistance

f’

de la

pile

E était

négligeable,

on

pourrait

encore

simplifier,

mais tel n’est pas le cas en

général.

La résolution des

équations (i)

et

( 2 )

donne

et si

Ces formules sont un peu

compliquées ; mais,

dans la mesure des

résistances des

lignes télégraphiques

aériennes ou

sous-marines,

ce cas se

présente continuellement,

par suite des courants naturels

ou de ceux provenant de la différence des conditions des

plaques

de

terre et de leur

polarisation

par la

pile

du pont, on peut

simplifier

comme il suit.

Soit R’ la

plus petite

des deux valeurs

trouvées,

on aura facile-

ment la différence R" R’ = p,

qui

est la résistance à

ajouter

dans

le

rhéostat,

pour’ rétablir

l’équilibre quand

on envoie le courant

(1) WINTER, Philosophical Magazine (mars 1872).

(3) Formule de Schwendler (CLARK et SABINE, Electrical Tables and Formule, 1870).

(11)

inverse. Calculons j

l’équation (2)

devient

d’où

et si p est

négligeable devant 2 A,

ce

qui

a lieu

quand

on

emploie

une

pile

de 15 à 20 éléments

Daniell,

et

qu’on

mesure

rapidement

R’ et R" cn renversant

brusquement

le sens de la

pile

entre les

deux

observations,

La valeur de x

comprend

d’ailleurs la résistance du conducteur c,

plus,

s’il y a

lieu,

celle introduite par les

plaques

de terre

qui

constituent l’élément E’.

8. Corollaire II. - «

Lorsque,

dans un

système quelconque

de conducteurs

linéaires,

il se trouve deux conducteurs a et

b,

tels

qu’une

force électromotrice

placée

en a n’envoie aucun courant

en

b,

on ne

changera

pas l’intensité du courant en

b,

soit en ou-

vrant le conducteur a, soit en réunissant

directement, après

sa

suppression,

les deux sommets entre

lesquels

il se trouvait.

»

Réciproquement,

on ne

changera

pas l’intensité dans a, en

agissant

de même pour b. »

Il

résulte,

en

effet,

de la forme méme des

expressions

des inten-

sités

(Résolution

des

équations fournies

par les lois de

Kirchhoff,

nos 8 et

9,

même

Journal,

t.

II,

p. 170 et

171) :

« i °

Que

l’intensité du courant

envoyé

dans un conducteur a, par une force électromotrice située en

b,

est

égale

à celle

qui

serait

envoyée

en b par une force électromotrice

égale placée

en a ;

» go

Et,

par

suite,

que si l’intensité en a est

indépendante

de la

force électromotrice située en

b,

l’intensité en b sera

indépendante

de la force électromotrice

qui

se trouve en a. »

La démonstration de la

réciproque

étant donc

comprise

dans

celle de la

première partie

du

corollaire,

il suffira d’établir que l’intensité en b est

indépendante

de la résistance du conducteur a.

(12)

243

Reprenons

les notations

employées

dans l’article

précité,

pour les

expressions

des intensités.

Si la force électromotrice el n’envoie aucun courant dans i-k, on aura

(n° 9, Résolution, etc.)

Supposons

que el soit la seule force électromotrice du

système, ik

sera évidemment nul et les intensités dans les autres conducteurs

seront

mais, ik

étant

nul,

on peut

(n° 2) supprimer

le fil rA sans

changer

en rien les intensités dans les autres branches et, par

suite, Ctl,..., Cll’,..., Cnl

sont

indépendants

de rA.

Mais

(n°

8 de l’article

précité)

on a, en

général,

donc

Or

Ctl, ..., Cnl

sont les coefficients des forces électromotrices ei,

e2,... , en dans la formule

qui

donne l’intensité

il.

Donc cette in-

tensité est

indépendante

de rk; elle l’est aussi de ek,

puisque

dans

il

le coefficient

de ek

est

nul;

et, par

suite,

en réunissant directe-

ment les deux sommets antérieurement reliés par rk, il ne sera pas nécessaire de tenir compte de ek.

9.

Application

au

pont

de Wheatstone. - Si l’on a, entre les branches du pont, la relation arc o

bd,

une force électromotrice

E,

placée

dans la

diagonale f,

n’enverra aucun courant dans l’autre

diagonale

g.

Donc,

s’il existe d’autres forces électromotrices dans le

système, l’intensité-G

ne sera pas

changée

par la

suppression

de

f

ou la réu-

nion directe des sommets IVI et N.

Considérons une force électromotrice E’ dans le côté c et la rela- tion ac = bd

établie ;

on pourra

supprimer f,

et la valeur G du

(13)

courant

qui

fait dévier le

galvanomètre

se déduira des relations

d’où

En réunissant directement NI et

N (f = o),

le calcul est

plus compliqué;

mais on

simplifie,

en

remarquant

que l’intensité en-

Fig. 13. Fig. 14. Fig. 15.

voyée

en g par une force

E’,

située dans c, est

égale

à l’intensité

envoyée

en c par une force

égale

en g

( fig. 14

et

15).

Alors

expression identique

à la

précédente (f = 00)

si arc = bd.

On peut remarquer que «

l’application

de cette

proposition

con-

duit à des

expressions

différentes pour la valeur d’une méme inten-

sité,

en faisant le conducteur

f

nul ou

infini,

mais

qu’en égalant

ces deux

expressions

on obtient la relation

exprimant

que la force électromotrice située dans

f

n’envoie aucun courant dans l’autre conducteur. »

10. Mesure de l’extra-courant par M.

Rijke.

-

Plaçons

(fig. 13)

une force électromotrice E dans

f,

une autre E’ en c et

(14)

245

un

galvanomètre

dans g. Il suffira d’établir entre les résistances a,

b,

c, d la relation ac =

bd,

pour que E n’envoie aucun courant

dans le

galvanomètre,

et alors le courant

envoyé

dans ce même ap-

pareil

par E’ ne variera pas, que le circuit

f

soit ouvert ou fermé.

Si donc E’ est la force électromotrice des courants d’induction en-

gendrés

par l’ouverture ou la fermeture du courant

envoyé

par E dans une bobine formant le conducteur c, les déviations du

galv a-

nomètre en g permettront de mesurer les intensités des extra-cou- rants

qui

prennent alors naissance.

11. Mesure de la résistance d’un

conducteur,

ou d’une

pile,

ou d’une

ligne télégraphique influencée

par des courants de terre

inconnus, par la

simple

déviation d’ un

galvanomètre

de résis-

tance

également

inconnue

(1).

-

Supprimons

la

pile

E en

f (fig. 13)

et

plaçons

une

pile

E’ en c; si ac =

bd,

le courant en-

voyé

par E’

imprimera

au

galvanomètre placé

en g une déviation

constante, f

pouvant avoir toutes les résistances

possibles

de zéro

à l’ infini .

Fig. 16.

Si donc on

place

en c une

pile quelconque,

soit

seule,

soit

jointe

à un

conducteur,

en établissant entre cz et d un rapport déterminé et, faisant varier b

jusqu’à

ce

qu’un galvanomètre g

donne la même

déviation,

en ouvrant ou fermant

f,

à l’aide d’un

interrupteur (fig. 16),

la relation c

= d

b fera connaître c, c’est-à-dire la ré-

a

sistance de la

pile,

ou celle de la

pile plus

celle du conducteur dans

lequel

elle est située.

On pourra

également

laisser b constant et faire varier dans les (1) H. Mn,NCE, Phi losophical Magazine ( avril 1871).

(15)

mêmes conditions le

rapport d

des deux

parties

de la dérivation

a

a + d établie entre les bornes du

galvanomètre.

Enfin c pourra être une

ligne télégraphique

influencée par un

courant

inconnu,

et

alors,

sans introduire d’autre

pile

dans le sys-

tème,

on obtiendra de même la résistance de cette

ligne

ou, du

moins,

comme dans la méthode du

7,

la résistance de cette

ligne plus

celle introduite par l’élément inconnu E’.

Cette méthode a sur celle du 7

l’avantage

de ne pas faire in- tervenir une nouvelle

pile

E

susceptible

de

polariser

E’.

On peut enfin remarquer que cette

disposition

est

identique

à

celle que l’on obtiendrait par l’intervention mutuelle de la

pile

et

du

galvanomètre

dans la

fig. 11,

6.

12. En

résumé,

les diverses

propriétés

du pont, obtenues comme

application

des

propositions

de MNI. Kirchhoff et

Bosscha,

peuvent

se résumer comme il suit : Si ac = bd :

La pile étant lacëe

{

1° Dans l’autre

diagonale,

courant nul.

La pue

étant

placée

dans

une des diagonales.

Dans les

côtés,

courant

indépendant

de la résistance de l’autre

diagonale.

La pile étant

placée {

Le courant dans une des

diagonales dans

un

des côtés

... est

indépendant

de la résistance de

l’autre

diagonale.

DE LA FLUORESCENCE

(SUITE ET FIN);

PAR M. E. GRIPON.

Influeizee

de l’état dit corps. - Tous les

platinocyanures

ne

sont fluorescents

qu’à

l’état

solide

leurs dissolutions sont com-

plètement

inactives. On trouverait de même que les

composés

d’uranium sont

plus

fluorescents à l’état solide

qu’à

l’état de disso-

lutin. D’un autre

côté,

le curcuma, le sucre de

malt,

l’anthracène

sont très-actifs sous les deux

états; l’esculine,

le sulfate de

quinine,

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