Historique
La bobine de Ruhmkorff est un générateur
électrique permettant d'obtenir des tensions très
élevée (plusieurs milliers ou dizaines de milliers
de volts) à partir d'une source de courant continu à
basse tension : un accumulateur 12 volts, par exemple. Elle a
été conçue vers 1850 par Heinrich
RUHMKORFF, mécanicien de précision parisien
d'origine allemande. Auparavant Charles Grafton PAGE aux USA et
Antoine MASSON
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.Sur la photo ci-contre on remarque les deux bornes de sortie "HT" placées sur le dessus de la bobine.
1831 - FARADAY réussit à induire dans un courant dans un circuit électrique secondaire.
1832 - Joseph HENRY observe l'étincelle se produisant à l'ouverture d'une circuit électrique et nomme ce phénomène extra-courant de rupture. C'est la découverte de l'aut-induction.
1835 - Charles Grafton PAGE expérimente un auto-transformateur.
1837 - Nicholas Joseph CALLAN réalise le premier transformateur composé d'un primaire et d'un secondaire.
1838 - PAGE construit une bobine d'induction qui peut être considérée comme l'ancètre de la bobine de Rhumkorff.
1845-1850 Antoine Masson et Louis Bréguet fabrique une bobine d'induction à ace verticale.
1851-1856 Heinrich RUHMKORFF met au point la bobine qui porte son nom en se basant sur les travaux des ses prédécesseurs et en fait un instrument scientifique performant qu'il commercialise.
Fonctionnement
Le principe de la bobine de Ruhmkorff
est celui d'un transformateur élévateur de tension
constitué d'un enroulement primaire '''P''' et d'un enroulement
secondaire S. Le primaire est constitué de quelques
dizaines de spires de fil de cuivre isolé d'un 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 d'un
noyau magnétique N constitué de fils de fer doux
réunis en faisceau. Le fait de diviser le noyau permet
de limiter les pertes fer par courants de Foucault. Les
spires de l'enroulement secondaire doivent être soigneusement
isolés entre eux pour éviter le claquage
de l'enroulement par surtension 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 (un courant continu produit par un accumulateur et commandé par un interrupteur Int), la variation de champ magnétique induit dans l'enroulement secondaire S une tension dont la valeur est proportionnelle au rapport du nombre 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 production 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 électromagnétiques amorties qui furent étudiées par Rudolf Hertz en 1887.
Le trembleur
Pour produire des étincelles
en permanence il a suffi à Ruhmkorff de découper
le courant circulant dans l'enroulement primaire à l'aide
d'un trembleur, un système interrupteur mis au point
par l'Allemand Christian Ernst NEEFF. Le principe est le même
que celui de la sonnette électro-magnétique :- premier temps : le courant fourni par l'accumulateur accu passe par le contact c et traverse la bobine P.
- deuxième temps : un champ magnétique se forme dans le noyau qui se comporte alors comme un aimant et attire la palette 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 du courant dans le primaire s'interrompt brutalement. L'étincelle de l'extra-courant de rupture est absorbée par le condensateur 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 à nouveau.
Le temps 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 de découpage de 1000 hertz.
L'ajout du condensateur cond aux bornes du contact C a été proposé en 1853 par Hippolyte Fizeau.
Les principes décrits ici sont ceux utilisés dans un moteur à explosion pour produire l'étincelle au niveau des bougies d'allumage.