Eld5-1 - Galvanomètre de Nobili
Fonction
Détection d’un courant, d’une tension ou d’une force électromotrice faibles.
Description et fonctionnement
Une bobine fixe peut être parcourue par un courant d’intensité i à détecter. Elle produit un champ magnétique : B = G i u où u est un vecteur unitaire parallèle à l’axe de la bobine. À l’intérieur de la bobine, on place un aimant formé d’aiguilles à coudre aimantées de 5 à 6 cm de long, de moment magnétique m, fixé à une tige suspendue à un fil de torsion.
Mais, il faut tenir compte du champ magnétique terrestre B’ qui exerce sur m un couple m ˄ B’. Nobili eut alors l’idée d’introduire un second aimant de moment magnétique m’ = - m, extérieurement à la bobine (donc soumis au seul champ terrestre B’) et fixé sur la même tige que le premier aimant. Les deux aimants forment un équipage astatique.
L’équipage est alors soumis à la somme des couples électromagnétiques exercés sur m et m’ :
m ˄ (B + B’) + m’ ˄ B’ = m ˄ B.
Comme il est difficile de réaliser exactement la condition m’ = - m, le physicien italien Melloni a proposé d’ajouter au galvanomètre de Nobili un aimant compensateur produisant dans la région des aiguilles un champ magnétique B’’ sensiblement opposé à B’ (B’ + B’’ = 0)
Plus tard, William Thomson (Lord Kelvin) reprendra ces idées mais utilisera un système de quatre bobines créant des couples magnétiques de même sens sur m et m’ (voir Eld5-3).
Histoire
Leopoldo Nobili, physicien italien (1787-1835), créa le galvanomètre astatique en 1826. Il inventa aussi la pile thermoélectrique sensible au rayonnement infra-rouge. Macedonio Melloni, physicien italien (1798-1854), améliora ces deux inventions.
Histoire
L'expérience que nous venons de décrire est due à Arago Dominique Franco (dit François, 1786-1853). Arago, bien qu'ayant préparé seul l'École Polytechnique, fut reçu premier à l'âge de dix-sept ans, après avoir été interrogé (sans complaisance ! ) par Monge. Sa carrière fut brillante : secrétaire du bureau des longitudes, puis professeur (pendant vingt ans) d'analyse et de géodésie à l'École Polytechnique, il entre à l'Académie à l'âge de vingt-cinq ans. Nommé directeur de l'Observatoire, il fit des cours d'astronomie célèbres. Il fut aussi directeur du bureau des longitudes et devint en 1830 secrétaire perpétuel de l'Académie où il succéda à Fourier. Ce fut aussi un homme politique : après 1830, il siégea à l'extrême gauche comme député des Pyrénées Orientales, département dont il est natif En 1841, il fait partie du gouvernement provisoire (ministères de la Marine et de la Guerre) et fait abolir l'esclavage dans les colonies françaises. Il quitte la vie politique après le coup d'état du 2 décembre 1851.
La mesure du méridien par triangulation, de Dunkerque à Barcelone fut commencée par Delambre (1749-1822) en 1792 et poursuivie avec Méchain (1744-1804) qui fut victime d'un grave accident en Espagne. Delambre et Méchain avaient calculé 90 triangles pour lesquels la somme des angles ne différait de 180 degrés que de moins de 5 secondes Le premier prototype du mètre, présenté le 22 juin 1799 fut déclaré égal à 0,5131 toise. Delambre écrivit en 1810 : « La base du système métrique décimal ».
Lorsqu'il fut question de reprendre en Espagne les triangulations commencées par Delambre et Méchain, Monge fit désigner Arago ainsi que Jean-Baptiste Biot (1774-1862), professeur au Collège de France. Les opérations durèrent de 1806 à 1807. Biot rentra à Paris avant Arago, lequel, pris pour un espion (guerre avec l'Espagne), dut s'enfuir, fut emprisonné puis regagna Alger. Il s'embarque alors pour Marseille mais fut pris par un corsaire espagnol ! Le Dey d'Alger obtint sa libération, mais à nouveau de retour vers la France, une tempête le déporta jusqu'à Bougie. Déguisé en Bédouin il revint à Alger, mais ce n'était plus le même Dey; finalement le Consul de France obtint son rapatriement en France en juillet 1809.
Des médaillons de bronze (135), portant le nom d'Arago, et la direction S-N jalonnent le méridien de Paris. Ces renseignements et la photographie ci-dessous sont dus à M. Delarue, inspecteur général, le médaillon photographié est situé vers le bassin du Luxembourg.
De retour à Paris Arago reprend l'expérience de Malus et observe la polarisation chromatique, il observe la polarisation de la lumière du ciel bleu. Il soutient Fresnel et la théorie ondulatoire de la lumière, fait des mesures de photométrie, étudie la chromosphère solaire, mesure les densités des gaz et la réfraction. En astronomie, il calcule des diamètres de planètes, s'intéresse à l'électromagnétisme (magnétisme de rotation : cette fiche), à l'acoustique (vitesse du son) etc. ... C'est lui qui présenta l'invention du daguerréotype à l'académie de sciences le 19 août 1839 (notice « Opt4-1 »).