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 Maxwell-Ampère 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)