Roue de Barlow
La roue de Barlow est le nom de l'une des toutes premières démonstrations de machine électrique.
Elle fut imaginée et mise en œuvre par le mathématicien et physicien anglais Peter Barlow en 1822[1]. Son intérêt n'est qu'historique, compte tenu de son manque de puissance.
Description
Cet appareil est constitué d'un disque (ou, comme sur la figure ci-contre, d'une roue dentée) en cuivre qui peut tourner verticalement autour d'un axe horizontal en contact avec un pôle d'une pile électrique, tandis que la périphérie du disque est en contact avec l'autre pôle de la pile électrique parce qu'il plonge légèrement dans une petite cuvette contenant du mercure (mais tout autre procédé permettant de faire circuler un courant suivant un rayon entre l'axe et la périphérie du disque peut être utilisé).
Pièce essentiel du dispositif, un aimant, en forme de fer à cheval, est disposé de telle sorte que les extrémités de ses deux pôles soient situées de part et d'autre de la périphérie du disque. Ainsi le rayon dans lequel le courant circule est soumis à un champs magnétique.
Sur la figure on voit également, à droite, un plateau portant des masses soutenu par un fil passant par une poulie et qui s'enroule autour de l'axe. Cette partie du dispositif n'est pas essentielle mais sert à quantifier la force de la roue.
Fonctionnement
Il s'agit d'un dispositif permettant la mise en évidence des mouvements de rotation continus créés par les forces électromagnétiques.
La force électromagnétique qui s'exerce sur la partie du disque parcourue par le courant se trouve dans le plan même du disque, sur un rayon perpendiculaire à la ligne magnétique de l'aimant et perpendiculaire au rayon du disque parcouru par le courant : elle entraine donc le disque vers l'extérieur (sur le schéma ci-contre, vers la droite ou vers la gauche selon le sens du courant), tendant ainsi à le faire tourner. Ensuite, un autre rayon du disque succède aussitôt au précédent et le mouvement de rotation devient continu.
Cet appareil constitue un moteur électrique élémentaire fondé sur les actions électrodynamiques du courant.
Peter Barlow a démontré, d'après les théories de Faraday, que les forces qu'exercent les champs magnétiques sur les courants peuvent amener la rotation continue des conducteurs. L'expression de la force de Laplace qui s'applique dans la roue de Barlow est , où B est la valeur du champ magnétique (mesurée en Tesla), I celle du courant (en Ampère), et l la longueur de la tige, exposée. Mais comme B est faible avec les aimants dont disposait Barlow (de l'ordre de 0,01 Tesla au mieux), et que cela ne peut pas être compensé par un ampérage ou des longueurs importantes, la force est une fraction de Newton, c'est à dire pratiquement inutilisable. Cependant cela reste la base du fonctionnement des moteurs électriques utilisables, dans lesquels le problème est résolu en multipliant le nombre de segment soumis au champ magnétique par enroulement d'un fil en bobinages.
Utilisation pédagogique
La roue de Barlow n'ayant pas d'usage pratique, elle est ensuite devenue un dispositif pédagogique, permettant de démontrer le principe des moteurs électriques.
Aujourd'hui, elle n'est plus utilisée dans les établissements scolaires à cause de la dangerosité du mercure et de ses vapeurs. En effet, la rotation de la roue dans la cuvette peut provoquer des éclaboussures sur les personnes manipulant le dispositif.
Notes et références
- (de) « Das Barlowsche Rad », sur uni-flensburg.de, Europa-Universität Flensburg – Institut für mathematische, naturwissenschaftliche und technische Bildung – Abteilung für Physik und ihre Didaktik und Geschichte, (consulté le ).
