Une conséquence de l`effet Rowland : Le champ

Jean de Climont
Une conséquence
de l’effet Rowland :
Le champ magnétique
intrinsèque de l’électron
n’est pas un dipôle.
April 2016
1 PRESENTATION
Le champ magnétique d'un conducteur, traversé par un courant de 0 à
2.5 A, en rotation entre 100 et 260 tours par seconde est de cinq à quinze
fois plus élevé que celui produit par un courant de la même intensité
dans le même conducteur immobile.
Les électrons sont mis en rotation avec le conducteur. Le champ
magnétique résulte de l’effet Rowland. Mais si ce champ magnétique des
électrons en rotation était assimilé au champ d'une spire de courant, il ne
pourrait pas être détecté par les bobines de mesure qui sont parallèles au
conducteur.
Ce champ magnétique ne peut donc résulter que du champ magnétique
intrinsèque des électrons orientés dans l’axe du conducteur par effet de
précession.
Mais la position des bobines par rapport au conducteur ne permet pas
de détecter des champs de dipôle. Les bobines peuvent mesurer le
champ magnétique rotationnel d’un courant variable, mais elles ne
peuvent pas détecter un champ variable de dipôle.
Il est nécessaire que le champ magnétique des électrons ait une structure
rotationnelle pour être mesuré par les bobines.
2 DISPOSITIF
Le conducteur est un tube en cuivre de 4 mm de diamètre fixé à ses
extrémités à deux barres en acier de 3 mm de diamètre. L'une des barres
a une longueur d'environ 700 mm et est guidée par trois roulements à
billes insérés dans un tube support de 10 mm de diamètre. Un moteur
électrique de 12 VDC, 25 A en charge, est fixé à l'autre extrémité de cette
barre et rendu solidaire du tube support. L'autre barre, de 50 mm de
longueur, est guidée par deux autres roulements à billes. Les deux
barres d’acier sont fixées au tube de cuivre par des raccords isolants.
Le courant est délivré au conducteur par des contacts carbone maintenus
par des ressorts. Les alimentations sont situées à plus d’un mètre du
dispositif. Le moteur lui-même est à 700 mm du capteur situé au milieu
du tube en cuivre en rotation.
La vitesse du moteur est mesurée par une porte UV : 12.81Hz pour 20
ondes soit 256 Hz.
3 CAPTEUR
Le champ magnétique du courant pulsé à 100 Hz passant dans le tube en
cuivre est de l’ordre de grandeur de 10E-7 Tesla. Il est mesuré par un
capteur à deux bobines en série situées de part et d’autre du tube en
cuivre et contenus dans son plan.
Les deux bobines du capteur sont constituées
d’environ 1200 tours de fil de cuivre de 0.1 mm.
Le signal du capteur est envoyé sur un
amplificateur linéaire intégré AD 820. Le gain est
de 200. L’offset n’est pas corrigé. L’amplificateur
est alimenté en 15 V régulé monopolaire.
Le tube en cuivre est alimentée en 9 V alternatif
redressé mais non filtré. Il en résulte une pulsation
à 100 Hz de l'intensité dans le tube. Cette pulsation
induit une tension dans les bobines du capteur. Le
capteur ne peut pas distinguer le sens du champ
magnétique puisque la variation du courant
inducteur change de signe à chaque demi période.
L’amplificateur ne laisse passer que les variations positives pour
permettre la mesure au voltmètre.
Le signal amplifié est mesuré par un voltmètre digital. Il est également
envoyé sur un convertisseur analogique digital connecté à un port USB
d’un ordinateur équipé d’un oscilloscope numérique.
Cette courbe présente la tension délivrée par les bobines mesurée après
amplification en fonction de l’intensité dans le conducteur immobile.
4 MESURES
La tension est mesurée après l’amplificateur pour des intensités de 0, 5 à
2A. Les mesures ont été reproduites des dizaines de fois dans chaque
sens de rotation et chaque sens du courant dans le conducteur.
En l’absence de courant, la rotation ne produit aucun champ magnétique.
La mise en route et l'arrêt du moteur de même que la mise en route des
alimentations nécessaires à l’expérience ne provoquent aucune tension
mesurée après l’amplificateur lorsque le conducteur n'est traversé par
aucun courant.
La chute d'intensité dans le conducteur résultant de la rotation est de
0.5 A environ qui correspond à l’augmentation de la résistance des
contacts.
Au lieu de baisser en proportion de la baisse d’intensité du courant
passant dans le tube en cuivre en rotation, on observe une élévation très
importante du champ magnétique mesuré par le capteur.
Le champ est cinq plus élevé que le champ d’un courant identique dans
le conducteur immobile.
La longueur du conducteur rotatif a été ramenée à 140 mm afin de
réduire les vibrations et permettre de mesurer la vitesse de rotation. La
vitesse de rotation est beaucoup plus élevée que dans la configuration
précédente. Elle atteint 256 tours par seconde. Le champ est quinze fois
plus élevé que le champ d’un courant identique dans le conducteur
immobile.
Dans cette configuration, la fréquence
sonore du dispositif est plus du double de
celle avec le conducteur d’origine de 300
mm de long. La vitesse devait alors être le
quart ; soit 90 tours par seconde. Cette
vitesse est confirmée par le fait que
l’intensité dans le moteur passe de 10 à 20
ampères. Dans ces conditions, le champ
magnétique serait bien proportionnel à la
vitesse de rotation du conducteur.
Les vibrations étaient encore importantes en sorte qu'il n'a pas été
possible de vérifier de manière systématique l'effet de la vitesse de
rotation sur le champ magnétique avec cet appareil.
5 ANALYSE DES CAUSES DE CETTE AUGMENTATION DU
CHAMP MAGNETIQUE
L'effet Tolman et Stewart qui se produit au moment de la mise en
rotation ne peut pas être à l'origine du phénomène observé puisqu’il est
permanent. D’ailleurs, le champ magnétique qui serait créé par la
rotation des électrons avec le conducteur peut être assimilé au champ à
l’extérieur d’un solénoïde de longueur infini, il est donc pratiquement
nul.
Le tube conducteur est en cuivre et n’est donc pas magnétique. Il ne peut
donc pas s’agir d’un effet Barnett.
En outre, dans l’effet Tolman Stewart comme dans l’effet Barnett le
champ magnétique se trouve être dans l’axe du conducteur. Le capteur
ne peut pas détecter un tel champ.
Il ne peut donc s’agir que d’un effet Rowland. La rotation des électrons
autour de l’axe du conducteur provoque un champ magnétique. C'est ce
phénomène qui est la cause de l’augmentation très importante du champ
magnétique du conducteur.
Cet effet dépend évidemment du sens de rotation, mais le courant dans
le conducteur étant redressé deux phases et l’amplificateur du capteur
étant alimenté en monopolaire, on constate toujours une augmentation
de même signe.
Ce phénomène résulterait de la rotation des électrons avec le conducteur
comme une spire de courant assimilée à une suite de petites translations
provoquant à ce titre un champ magnétique.
Or, cette explication de l’effet Rowland par translation des électrons est
impossible. Le champ serait coaxial au conducteur et ne pourrait pas être
détecté par le capteur.
Il s’agit donc d’un phénomène de précession de l’axe de rotation des
électrons qui résulte de l’accélération de Coriolis. Un corps tournant
autour d’un axe entraîné en rotation voit son axe de rotation tendre vers
l’axe de la rotation imposée.
Mais dans le cadre des théories actuelles, le champ magnétique de
l’électron a une structure de dipôle.
Or, la position des bobines par rapport au conducteur ne permet pas de
détecter des champs de dipôle. Selon l’orientation du dipôle, les lignes
de champ traversent les bobines soit en sens inverses et les courants
induits s’annulent soit elles ne les traversent pas du tout.
Il est donc nécessaire que le champ magnétique des électrons ait une
structure rotationnelle pour être mesuré par les bobines.
.
L’effet Rowland ne peut pas résulter de la translation des électrons
comme nous avons vu. La translation des électrons ne peut donc pas être
la cause du magnétisme des courants électriques
Le champ magnétique des courants électriques résulte donc directement
du champ magnétique intrinsèque des électrons. Leur champ est orienté
dans les conducteurs sous tension en sorte que le conducteur produise
un champ magnétique résultant.
L'approche ancienne de la théorie électromagnétique, tentant de justifier
la loi de Biot et Savart par une analogie formelle avec la loi de Coulomb
ne pouvait cacher l'absence de preuve expérimentale.
La démarche axiomatique a donc été clarifiée. Les exposés les plus
récents prennent comme point de départ le postulat de la force
magnétique entre deux charges en mouvement.
Par malheur, non seulement ce postulat n'a évidemment aucune
justification expérimentale, mais il apparaît aujourd'hui comme
entièrement contraire à l'expérience.
6 AIMANTS
En conséquence, le champ magnétique des électrons ne peut pas être
directement la cause des champs des aimants.
Le
champ
magnétique
des
corps
paramagnétiques,
diamagnétiques,
ferromagnétiques,
antiferromagnétiques
et
ferrimagnétiques a une topologie globalement
orthogonale au champ des conducteurs. La seule
structure permettant de constituer une telle
topologie avec des moments magnétiques
élémentaires est le tore d'Helmoltz. On obtient
une structure semblable avec une spire ou un
solénoïde dans le cas des conducteurs.
Il faut donc en conclure que le magnétisme des
aimants et des corps mentionnés ci-dessus, résulte de l'existence dans la
matière des aimants de telles structures dont les conditions d'orientation
permettent de rendre compte des différents types de magnétismes.
Il est nécessaire que les électrons soient organisés en structures toriques
dans la matière des aimants.
Les électrons des aimants inclus dans de telles structures génèrent un
champ magnétique semblable à celui des aimants.
7 MAXWELL
L'équation de MaxwellAmpère est donc fausse.
Il n'y a en aucun cas un
lien vectoriel entre le
champ magnétique des
électrons dans un champ électrique, donc en translation, et le vecteur
courant volumique J. Il n'y a qu'une coïncidence formelle du fait que le
champ magnétique des courants est proportionnel au moment
magnétique moyen des électrons lui-même proportionnel au champ
électrique dans le conducteur.
Or le courant volumique est lui-même proportionnel à ce même champ
électrique. Mais les grandeurs n'ont, en elles-mêmes, rien à voir entre
elles et principalement, un changement de repère de référence galiléen
n'affecte en rien les champs magnétiques intrinsèques des électrons, ni
d’ailleurs les moments cinétiques.
Si la charge doit bien évidemment se conserver, même en régime
variable, la relation directe entre le champ magnétique et le vecteur
courant est fausse comme nous venons de le voir. Le champ magnétique
des courants électriques est la somme géométrique des champs
magnétiques des électrons contenus dans le conducteur. Sans différence
de potentiel, donc sans champ électrique dans le conducteur, les champs
magnétiques des électrons sont répartis au hasard et le conducteur n’a
aucun champ magnétique.
Un champ électrique dans le conducteur oriente le champ magnétique
rotationnel des électrons en sorte que le conducteur ait lui-même un
champ magnétique rotationnel. En dissociant ainsi le lien direct entre le
vecteur courant et le champ magnétique, on introduit la possibilité de
faire apparaître un champ magnétique par variation du champ
électrique, sans que la conservation de la charge soit mise en cause. Le
problème posé par l’équation d’Ampère en régime variable ne se pose
donc plus.
Le courant de déplacement ajouté par Maxwell à l’équation d’Ampère
pour annuler la divergence mathématique du courant en régime variable
et satisfaire à la conservation de la charge, trouve une explication
physique très simple. Il s’agit simplement du champ magnétique
résultant du champ magnétique d’électrons qui ne rentrent pas dans le
courant J. Par exemple, c’est le cas des électrons qui se déplacent
transversalement dans l’élargissement brusque d’un conducteur. Ils
produisent un champ électrique transversal qui oriente en conséquence
leur champ magnétique. D’ailleurs, les équations sont très voisines dans
le cas de l’élargissement brusque d’une conduite en mécanique des
fluides.
C’est le cas aussi des champs magnétiques qui
apparaissent lors du chargement des
condensateurs. Le champ électrique dans les
plaques elles-mêmes est nul, et donc ne
produit aucun champ magnétique. Mais lors
de la charge, les électrons qui viennent
s’accumuler dans les plaques provoquent un
champ électrique supplémentaire momentané qui oriente leur champ
magnétique intrinsèque.
Le champ magnétique des courants électriques résultant directement du
champ magnétique rotationnel des électrons, ce champ est totalement
invariant dans un changement de repère galiléen. C’est la réponse au
problème posé par Poincaré au sujet des équations de Maxwell.
8. REFERENCES
Baigrie, B.
Electricity and Magnetism: A Historical Perspective.
Greenwood Press. (2006).
Bernard Pr. M.Y. Initiation à la mécanique quantique
Editions Hachette (1960)
Hennequin Pr. J.
Electromagnétisme et relativité restreinte.
Editions Dunod (1970)
Keithley, J.F.
The Story of Electrical and Magnetic Measurements:
From 500 B.C. to the 1940s
IEEE Press. (1999).
Landau Pr. L.
Théorie des champs
Editions Mir, Moscou (1966)
Liboff Pr.R.L.
Introductory Quantum Mechanics
Holden-Day Inc (1908)
Mach Pr. E.
De la connaissance et de l'erreur
Editions Flammarion (1908)
Pérez Pr.J.P.& alt Electromagnétisme
Editions Masson (1997)
Tonnelat Pr. M.A. Histoire du principe de relativité
Editions Flammarion (1971)