Bobine de Ruhmkorff
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La bobine de Ruhmkorff est un générateur électrique permettant d'obtenir des tensions très élevées (plusieurs milliers ou dizaines de milliers de volts) à partir d'une source de courant continu. Elle a été conçue vers 1850 par Heinrich Daniel Ruhmkorff mécanicien de précision parisien d'origine allemande. Auparavant Charles Grafton Page aux États-Unis et Antoine Masson (Antoine Philibert Masson est un physicien français, né à Auxonne le 23 août 1806, et décédé en 1858.) en France avaient réalisé des appareils similaires. Ruhmkorff apporta à la bobine de Masson les perfectionnements nécessaires pour répondre aux besoins, à la fois du milieu médical et des physiciens, d'une source de courants à très haute tension (La très haute tension (THT) est une ancienne dénomination de la classe des tensions utilisées pour le transport longue distance de l'électricité. Cette classe concernait les tensions supérieures à 100 000 volts.).

Fonctionnement

Le principe de la bobine de Ruhmkorff (La bobine de Ruhmkorff est un générateur électrique permettant d'obtenir des tensions très élevées (plusieurs milliers ou dizaines de milliers de volts) à partir d'une source...) est celui d'un transformateur élévateur de tension (La tension est une force d'extension.) constitué d'un enroulement (Un enroulement en électrotechnique est un conducteur électrique isolé bobiné (enroulé autour d'un support). Cet enroulement peut n'être constitué que d'une seule spire (tour du...) primaire P et d'un enroulement secondaire S. Le primaire est constitué de quelques dizaines de spires de fil de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses surfaces...) isolé d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre...) assez gros (de l'ordre du millimètre) tandis que le secondaire est constitué de plusieurs dizaines voire centaines de milliers de tours de fil très fin (quelques dixièmes de mm). Les deux enroulements sont bobinés autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) d'un noyau magnétique N constitué de fils de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou...) doux réunis en faisceau. Le fait de diviser le noyau permet de limiter les pertes fer par courants de Foucault (On appelle courants de Foucault les courants électriques créés dans une masse conductrice, soit par la variation au cours du temps d'un champ magnétique extérieur traversant ce milieu (le flux du champ à travers le milieu), soit par...). Les spires de l'enroulement secondaire doivent être soigneusement isolées entre elles pour éviter le claquage de l'enroulement par surtension (En électrocinétique, la surtension désigne le fait pour un élément particulier d'un dipôle électrique d'avoir à ses bornes une tension supérieure à celle aux bornes du dipôle complet....) suivi de la destruction de l'isolation des spires et formation d'un court-circuit.

Si l'enroulement primaire P est parcouru par un courant variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une variable peut aussi...) (un courant continu (Le courant continu est un courant électrique indépendant du temps ou, par extension, un courant périodique dont la composante continue est d'importance primordiale) produit par un accumulateur et commandé par un interrupteur (Un interrupteur (dérivé de rupture) est un dispositif ou organe, physique ou virtuel, permettant d'interrompre ou d'autoriser le passage d'un flux. Il ne faut pas confondre l'interrupteur qui permet d'éteindre ou...) Int), la variation de champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction, définie en tout...) induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) dans l'enroulement secondaire S une tension dont la valeur est proportionnelle au rapport du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de spires de S par le nombre de spires de P. Ce rapport de transformation est très grand pour la bobine de Ruhmkorff, ce qui permet d'obtenir des tensions de plusieurs kilovolts. C'est à la coupure du courant (ouverture du circuit primaire) que la tension induite est la plus élevée et produit une étincelle entre les bornes sphériques de l'éclateur Ec.

La formation de l'étincelle se traduit par la formation dans le circuit d'une série d'oscillations électriques amorties dont la période fut calculée en 1853 par William Thomson. Cette décharge oscillatoire s'accompagne de l'émission d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de...) électromagnétiques amorties qui furent étudiées par Hertz (Le hertz (symbole : Hz) est l’unité dérivée de fréquence du système international (SI). Elle est équivalente à une oscillation par seconde (s-1 ou 1⁄s).) en 1887.

Le trembleur

Pour produire des étincelles en permanence il a suffit à Ruhmkorff de découper le courant circulant dans l'enroulement primaire à l'aide d'un trembleur, un système interrupteur mis au point (Graphie) par l'Allemand Christian Ernst Neef. Le principe est le même que celui de la sonnette (Une sonnette est de façon générale, un petit timbre, ou clochette, manipulée à la main, ou au bout d'une ficelle, pour donner un avertissement.) électro-magnétique :

  • premier temps : le courant fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus...) par l'accumulateur accu passe par le contact c et traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des...) la bobine P.
  • deuxième temps : un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique se forme dans le noyau qui se comporte alors comme un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des propriétés particulières...) et attire la palette (La Palette est un café-restaurant situé dans le 6e arrondissement de Paris, au croisement de la rue de Seine et de la rue Jacques-Callot. Ses propriétaires sont...) magnétique m fixée à l'extrémité d'une lame-ressort r fixée au point o.
  • troisième temps : la lame ressort s'écarte du contact C et la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) du courant dans le primaire s'interrompt brutalement. L'étincelle de l'extra-courant de rupture est absorbée par le condensateur (Un condensateur est un composant électronique ou électrique dont l'intérêt de base est de pouvoir recevoir et rendre une charge électrique, dont la valeur est proportionnelle à la...) cond. Le champ magnétique dans le noyau disparaît.
  • quatrième temps : la palette m n'est plus attirée par le noyau, la lame-ressort r revient en contact avec c, le courant peut passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) à nouveau.

Le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) séparant deux coupures du circuit est appelé période de découpage. Il dépend de nombreux paramètres (attraction du noyau, raideur du ressort...) et peut être ajusté à l'aide de la vis de réglage V. Il est de l'ordre de la milliseconde, ce qui correspond à une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi...) de découpage de 1000 Hertz.

L'ajout du condensateur aux bornes du contact C a été proposé en 1853 par Hippolyte Fizeau (Armand Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896) est un physicien français qui travailla notamment sur la lumière.). Les principes décrits ici sont ceux utilisés par la bobine d'allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une élévation de température permettant de porter une partie de sa masse au-dessus de sa température...) d'un moteur à explosion (Le moteur à explosion est un type de moteur à combustion interne, il est principalement utilisé pour la propulsion des véhicules de transport (avion à...) pour produire l'étincelle au niveau des bougies d'allumage.

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