Eld5-10 - Balance de Cotton
Fonction
Mesures du champ d’induction magnétique.
Description et fonctionnement
Cet appareil applique la loi de Laplace : un élément MN de conducteur filiforme rectiligne de longueur ℓ placé dans un champ magnétique uniforme, perpendiculaire au conducteur, d’intensité B, est soumis à une force f normale à la fois au champ et au conducteur lorsqu’il est traversé par un courant d’intensité I : f = I MN ˄ B f = I ℓ B
La balance de Cotton
Cette force, s’exerçant à l’extrémité d’un fléau de balance, est équilibrée par un poids m g ; si les bras de levier sont d1 et d2, on a, à l’équilibre : I ℓ B d1 = m g d2 ; ℓ, d1 et d2 sont des constantes d’appareil, g est connu, B se déduit des mesures de m et de ℓ. Ces mesures, répétées pour d’autres valeurs de I, permettent d’éliminer la constante d’appareil d2/ ℓ d1.
Cependant, il faut n’avoir pas à tenir compte des forces exercées sur le reste du circuit. Pour cela, on donne aux conducteurs autres que MN et qui sont dans le champ la forme d’arcs de circonférence centrées sur l’axe de rotation O de la balance de telle sorte que les forces qui s’exercent sur eux aient un moment nul par rapport à cet axe. Les connections avec le reste du circuit se font près de O et leur action mécanique sur le fléau doit être négligeable (conducteurs souples).
Histoire
Cet appareil n’est pas très ancien, il figure encore sur les catalogues d’appareils didactiques. Pour les mesures du champ magnétique, on lui préfère des appareils électroniques utilisant l’effet Hall mais on peut inverser son usage et l’utiliser pour vérifier la loi de Laplace.
Son inventeur, Aimé Cotton (1869-1951), ancien élève de l’École Normale Supérieure, fut successivement Maître de Conférences à Toulouse et à l’École Normale Supérieure, professeur titulaire à la Sorbonne de la chaire de physique théorique et de physique céleste puis il succéda à Lippmann (1921) dans la chaire de physique générale. Il entre à l’Institut en 1923. Il étudia la dispersion rotatoire anormale et le dichroïsme circulaire (thèse de 1896).
Avec H. Mouton, il réalisa un dispositif d’ultramicroscopie et étudia la biréfringence magnétique des liquides. Avec P. Weiss, il étudia l’effet Zeeman et calcula e/m. Ils établirent les règles de construction des électroaimants (voir Eld3-1)