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Etablissement :	Lycée Saint-Sernin (31)
Ville :	Toulouse

Discipline :	Electricité dynamique
Typologie :	Utile

BOBINE DE RUHMKORFF

Fonction :

Obtenir par induction une succession régulière de variations importantes de tension.

Description :

Cet appareil est composé de deux bobines (voir la fiche « Bobine double de Faraday » ou « Bobine d’induction »).
La première bobine est formée par l’enroulement d’un fil de cuivre rouge autour d’un cylindre creux de bois ou de carton. Cette bobine comprend de quelques dizaines à une centaine de spires de ce fil de diamètre compris entre 2 et 2,5 mm de longueur comprise entre 40 et 50 m. Elle est enveloppée d’un manchon de verre ou de caoutchouc isolant. Dans le cylindre creux est placé un noyau de fer doux (A), légèrement plus long que la bobine. Cet ensemble constitue un électro-aimant (voir les fiches correspondantes).
La seconde bobine (induite) s’enroule autour du manchon. Son fil de cuivre est plus fin que le premier (son diamètre est compris entre 0,25 et 0,33 mm) et beaucoup plus long. Par exemple, pour les plus grandes bobines, la longueur de ce fil peut atteindre 120 000 m, ce qui représente quelques centaines de milliers de spires.
Les bobines sont horizontales, fixées sur un support en bois qui porte d’un côté les bornes (a et c) pour relier la bobine à un générateur ainsi qu’un commutateur (C) (décrit en remarque), de l’autre côté les borniers (m) et (n) ainsi que l’interrupteur à marteau (oo’A) (également décrit en remarque).
Sur la surface supérieure de la bobine induite sont fixés des borniers qui peuvent recevoir des pointes, plateaux ou boule métalliques.
Afin d’obtenir des variations régulières et importantes de tension, il est nécessaire d’avoir un dispositif qui fournit un courant inducteur s’établissant et cessant très rapidement et de manière répétitive (voir la fiche «Bobine d’induction») ; c’est le rôle de l’interrupteur à marteau (oo’A). La lame (K) en cuivre relie cet interrupteur à la borne (c).

Mode Opératoire :

Constructeur : RADIGUET et MASSIOT

On branche d’une part les bornes (a et c) respectivement aux pôles positif et négatif d’un générateur et d’autre part les fils (P et P’) à un appareil électrique que l’on souhaite alimenter.
Le courant inducteur traverse le commutateur (C) puis la borne (b) pour circuler dans la première bobine. Il en sort par un fil pour gagner la borne (c) via l’interrupteur à marteau et la lame (K) lorsque l’interrupteur est fermé (voir les principes de fonctionnement du commutateur et de l’interrupteur à marteau dans les remarques).
Il est donc possible d’obtenir un courant induit de fréquence très élevées et qui varie très rapidement. La tension aux bornes de la bobine est proportionnelle aux variations d’intensité du courant qui traverse la bobine en fonction du temps. La tension aux bornes de la bobine peut donc être très importante.
Un autre paramètre permet d’augmenter la tension délivrée par la bobine. Il s’agit du rapport de transformation c’est-à-dire du rapport entre le nombre de spires de la bobine induite et celui de la bobine inductrice. Plus il est important et plus la valeur de la tension délivrée sera élevée.
Du fait de l’emploi de l’interrupteur marteau, les tensions sont périodiques.
Lorsque la tension délivrée atteint une certaine limite, des étincelles éclatent entre elles, ce qui illustre l’effet de pointe (voir par exemple les fiches « Conducteur pour effet de pointe », « Tige avec pointes »). On montre ainsi qu’il est possible d’obtenir des décharges, comme en électrostatique. De même si un plateau ou une boule et une pointe métallique ont été installés.

Remarque :

Remarque : Le prix Volta, créé par l’empereur Napoléon III fut décerné en 1864 à Ruhmkorff. J.B Dumas, chimiste français de l’Académie des Sciences déclara « L’appareil de Ruhmkorff réunit des conditions très rares, qui en font un instrument fécond en découvertes de tout genre, ouvrant à l’électricité une voie nouvelle et inattendue ». Utilisée pour les décharges à travers les gaz raréfiés, la bobine de Ruhmkorff a contribué au développement de l’analyse spectrale et permis l’étude des rayons cathodiques, l’alimentation des premières ampoules à rayons X ou des tubes de Crookes (voir les fiches correspondantes).

Principe de fonctionnement du commutateur de Ruhmkorff (gravure gauche du bas) : son rôle est d’interrompre brusquement le courant inducteur ou encore d’en changer à volonté le sens. Il s’agit d’un parallélépipède en cuivre dont le cœur (A) est en buis. Sur les deux contacts (C et C’) en cuivre s’appuient deux lames élastiques en laiton, liées aux bornes (a et c) qui reçoivent les fils d’alimentation du circuit. Le courant arrive en (a), circule dans la vis verticale, atteint la borne (b) puis la bobine (B). Le courant revient au commutateur via la lame (K). Il traverse la vis verticale puis le contact (C’) et enfin la borne (c) reliée au pôle négatif (N) de la pile.
On tourne le bouton (m), le commutateur tourne également. Lorsque le commutateur a été tourné de 90°, on constate que le courant ne circule plus. En effet, dans ce cas, les lames élastiques ne s’appuient plus sur les contacts (C et C’). Lorsque le commutateur est tourné de 180°, le courant circule dans le sens opposé à celui décrit ci-dessus.

Principe de fonctionnement de l’interrupteur marteau (gravure droite du bas) : dès que le courant électrique circule dans le gros fil, le noyau de fer doux (A) s’aimante. Le marteau (o) est alors attiré et le contact entre (o) et l’enclume (h) est aussitôt rompu. Le courant ne circule alors plus dans le circuit, l’aimantation cesse et le marteau (o) se détache du noyau de fer doux, pour retomber sur l’enclume. Le courant circule alors à nouveau et ainsi de suite. Le marteau (o) oscille alors très rapidement entre les deux états ouvert et fermé.