Eld5-3 - Galvanomètre à aimant mobile de Kelvin
Fonction
Détecter (comme pour tout galvanomètre) une intensité ou une tension (ou une force électromotrice) aussi faible que possible. Ce galvanomètre très sensible est une amélioration du galvanomètre de Nobili (Eld5-1).
Description
L'armature mobile se compose de deux aimants fixés sur une tige T qui porte aussi en son milieu un petit miroir M et une lamelle de mica (pour amortir les oscillations). L'armature mobile est suspendue à un fil de torsion mis en position verticale à l'aide des vis calantes du support.
L'ensemble des deux aimants forme, autant qu'il est possible, un système astatique, c'est à dire qu'il est insensible à un champ magnétique extérieur uniforme tel que le champ magnétique terrestre.
Par contre, chacun des deux aimants est, indépendamment, soumis à un champ magnétique uniforme crée par deux paires de bobines b1, b'1 parcourues par une première intensité I pour le premier aimant, et b2, b'2 parcourues par le même courant I (mais en sens inverse) pour le second aimant. Il en résulte des couples de même sens dont la somme appliquée à l'équipage mobile provoque une rotation d'angle α repérée optiquement par le déplacement de l'image L' d'un filament incandescent L, sur la réglette translucide R. L'angle de la rotation α est sensiblement proportionnel à l'intensité I. Les bobines peuvent être changées : pour cela, b1 et b2 sont associées par un même support, avec une ouverture entre les bobines pour laisser passer les faisceaux lumineux. De même pour b'1 et b'2. Les couples b1 et b2 d'une part, b'1 et b'2, peuvent être mis en place et fixés par vis sur la boîte du galvanomètre.
Comme l'ensemble des deux aimants n'est jamais parfaitement astatique, on réduit le couple dû au champ magnétique d’origine externe (champ magnétique terrestre) en opposant au champ magnétique extérieur le champ d'un aimant compensateur situé au-dessus de l'appareil, pouvant glisser et tourner au-dessus d'une tige verticale fixée à la boîte qui contient le galvanomètre. La plus petite intensité détectable est de l'ordre du picoampère.
Lorsque l'on veut détecter une force électromotrice très faible, le maximum de sensibilité du galvanomètre est obtenu quand sa résistance est égale à celle du reste du circuit. C'est ce qui justifie l'utilisation de bobines interchangeables (de même volume) contenues dans la boite Eld5-4.
Histoire
Lord William Thomson Kelvin (1824-1907), physicien anglais, s’est illustré dans de nombreux domaines de la physique (voir Est1-4). L'équipage astatique a été introduit antérieurement par Nobili (1784-1835). Voir Galvanomètre de Nobili (Eld5-1). L'aimant compensateur a été ajouté au galvanomètre de Nobili par Melloni (1798-1854).
Sir William Thomson (1824-1907) fut anobli en 1892 et devint Lord Kelvin (nom d'une petite rivière qui serpente au pied de l'Université de Glasgow où il enseigna). Il créa, perfectionna et industrialisa de multiples appareils. En thermodynamique, après avoir lu La puissance motrice du feu de Carnot, il fit un énoncé du deuxième « principe », il conçut l'existence du « zéro absolu » et découvrit le phénomène thermoélectrique connu sous le nom d'effet « Thomson ». On lui doit l'utilisation de câbles sous-marins pour la transmission des signaux Morse. Lors de son jubilé en 1896, ses amis lui adressèrent un télégramme de félicitations de Glasgow à Glasgow via Terre-Neuve, Chicago, San Francisco, Los Angeles, La Nouvelle Orléans et Washington. Le message mit sept minutes pour faire ce périple.
