Substance» avec lesquelle* on produit la rotation

— Toutes les substances solides ou liquides essayées par Faraday lui présentèrent le pouvoir rotatoire magnétique, mais avec une intensité qui variait d’un corps à l’autre d’une manière inattendue. Ainsi le borosilicate de plomb, qui est un verre pesant jaunâtre jouissant d’une dispersion remarquable, est éminemment propre à l’observation du phénomène; la rotation y est six à sept fois plus grande que dans l’eau ; dans ce liquide elle l’est plus que dans l’alcool et l’éther. Faraday n’a pu rattacher ces faits ni aux propriétés magnétiques ou diamagnétiques, ni à aucun caractère des substances.

M. de la Kive lit remarquer que les substances dont le pouvoir rotatoire magnétique est ie plus grand sont fortement réfringentes.

%fi LEÇONS SUR L'OPTIQUE.

Cette remarque résultait fies observations de Faraday sur le verre pesant et de M. Berlin sur le biclilorure d’étain et le sulfure de carbone; elle est vraie en général, mais il n’y a point parallélisme des pouvoirs dans les deux séries de corps où on les a mesurés.

M. Edm. Becquerel observa que certaines dissolutions de sulfate de fer ont un faible pouvoir rotatoire magnétique, tandis qu’on voit des dissolutions de nickel avoir une action considérable. Cela semblait exclure tout rapprochement entre cette action et les propriétés magnétiques. Il vil aussi ce fait très- remarquable, que c’est seulement suivant l’axe que les phénomènes sont sensibles dans les cristaux à un axe. On n’a rien ajouté à cette observation. Le quartz, le spath peuvent servir à la vérifier; mais le spath offre des phénomènes peu intenses et qui disparaissent par suite de la moindre erreur sur la direction de l’axe.

L’action de l’aimant ne semble pas modifier la biréfringence dans les cristaux qui jouissent de cette propriété.

544. Loi empirique de M. Berlin. — En i 848. M. Berlin publia un mémoire contenant un grand nombre de mesures de rotations produites par diverses substances. Ces mesures, faites avec l’appareil de M. Ruhmkorffque possède l’Ecole Normale, lui parurent propres à donner la loi élémentaire du phénomène: mais le point de vue restreint sous lequel il envisagea l’action d’un électro-aimant ne lui permit d’arriver qu’à une loi empirique : il crevait les surfaces terminales de l’électro-aimant de M. RubmkorfT assimilables aux pôles d’un aimant, ce qui est inexact, car ces surfaces ont des dimensions sensibles et leur action n’est pas réductible à celle d’un point.

M. Berlin ôta une des branches de l’appareil de M. Ruhmkorff, et plaçant les corps transparents, verre, sulfure de carbone, etc., à diverses distances delà surface qu’il assimilait à un pôle, il mesura les rotations correspondantes et trouva que les rouillons décroissent en pro/p-esswn fréoméirujuc si les distances croissent en progression arithmétiijue.

Si telle était la loi du phénomène, on pourrait calculer l’action des deux branches dans l’appareil complet. Soient en effet A, B t fig. üaq) les surfaces polaires ; décomposons la substance Irans-

POLARISATION ROTATOIRE MAGNÉTIQUE. %7

parente en tranches d’épaisseur infiniment petite dl-, appelons/ la distance de la tranche considérée mn au point milieu 0 de la sub

Fig. 3>s-

stance, x la distance de ce milieu à la surface A, et a la distance AB des deux surfaces. La rotation produite sous l’action de A par la tranche dl peut être représentée par

— m lx — l )

<; die ;

car x — l est la distance de dl à A; m est la raison de la progression, raison que donne l’expérience faite avec une seule branche de l’appareil; C est une constante dépendant de la nature de la substance et du magnétisme libre sur une branche.

La rotation produite par la meme tranche dl sous l’action de B est de même

Cdle

a étant la distance des deux surfaces polaires.

Si donc aLest la longueur de la substance transparente, l’action totale est

J C.dl[e +e J.

L’accord de cette formule avec l’expérience est satisfaisant.

Mais il est impossible de regarder chaque surface polaire comme un point unique, car l’espace qui les sépare est souvent moins long qu’elics ne sont larges; la loi précédente n’est donc qu’un résultat empirique, ce n’est pas une loi élémentaire. Les phénomènes qui se représentent par une progression géométrique décroissante sont assimilables à la propagation de la chaleur dans une barre , c’est-àdire sont tels que l’action en un point résulte des actions développées sur les points voisins et peut être regardée comme pro-

duitc par eux. Or, ici rien de pareil n’a lieu : si l'on met entre les surfaces polaires une série de substances transparentes, l’action produite par chacune d’elles est indépendante de celle des autres, et la même, <|uel que soit l’ordre dans lequel on dispose ces substances. Ces phénomènes ne résultent donc pas d’une transmission graduelle, et l’on est par cela seul conduit à douter de la formule de M. Berlin.

545. Action mngnétique. — Ces doutes sont fortifiés par cette autre remarque, que les phénomènes très-divers produits par un électro-aimant et un courant fermé sont proportionnels entre eux et ne dépendent que d’une constante unique qui ne lient qu’aux conditions de l’expérience.

Soit en effet (lig. 33o) un électro-aimant E, agissant sur le pôle austral A Kie Mo- d’une aiguille aimantée dont les dimen-

sions sont assez, petites relativement à celles de l’élertro-aimant et à la distance qui l’en sépare pour qu’on puisse réduire l’action de ce dernier à celle de deux pôles, ce qui est possible.

L’action sur A est déterminée en grandeur et en direction, c’està-dire que, si l’on met en A une sphère de fer doux, les fluides magnétiques s’y sépareront parallèlement à la direction AB de celte résultante, et les quantités de fluides séparés seront proportionnelles à lu grandeur de celte ligne; elles seront telles que leur attraction réciproque fasse équilibre à l’action qui tend à les séparer, c’est-à-dire à AB. Ainsi l’action magnétique de l’éleclro-aimanl sur un point dépend uniquement de l’action exercée sur une molécule aimantée située en ce point.

Si en A se trouve un élément de courant, l’action de l’éleclroaimanl sera une force perpendiculaire au plan de l’élément et de la ligne AB; elle sera proportionnelle à AB et au sinus de l’angle de AB avec l’élément de courant ; si donc la résultante AB de l'action sur un pôle est connue, on connaît par cela même l'action sur un élément de courant dirigé comme on voudra.

Enfin, si en A se trouve un élément de conducteur dont on fasse

POLARISATION ROTATOIRE MAGNÉTIQUE

varier la distance à l’électro— aimant , il en résulte une action inductrice que MM. Neumann et Weber ont appris à évaluer par la seule connaissance de AR.

Ainsi, lorsqu'on a déterminé la grandeur et la direction de la résultante des actions de l’électro-aimant sur une molécule de magnétisme libre, on en conclut son action sur un corps quelconque, sur un élément de courant, et enfin son action inductrice sur un conducteur.

Etant donné un phénomène produit en A par l'électro-aimant. toute modification de cet électro-aimant qui n’altère pas AR ne sera pas constatée par l’observation. Donc les phénomènes observés dépendent en chaque point uniquement de la résultante des actions de l’électro-aimant sur une molécule magnétique située en ce point. Pour abréger, nous appellerons cette résultante action magncliijuc en un point donné.

5 AG. Relation entre l'action magnétique et l’aetion optique. — D’après cela, on peut à priori prévoir que l’action optique d’un électro-aimant ne pont dépendre que de son action magnétique, qu’elle est une fonction de cette action et qu’elle varie de la même manière avec la distance.

Cherchons à vérifier celte hypothèse. Pour cela il faudra :

t° Mesurer l’action optique;

a” Mesurer l’action magnétique ;

3° S’arranger pour que celle-ci puisse être regardée comme constante en grandeur et en direction dans toute l’étendue de la substance transparente.

Celte dernière condition est importante, car si l’on place la substance de telle sorte que dans sa masse l’action magnétique varie en grandeur et en direction, il est probable que les actions optiques des couches de la substance perpendiculaires au rayon lumineux sont différentes; on n’observe donc que le résultat d’un ensemble d’actions inégales et on ne peut point chercher de loi. C’est ainsi qu’on avait remarqué que l’action optique diminue à mesure que le milieu du fragment transparent est approché du milieu de la base de l’aimant; cela n’est point étonnant si l’on considère les variations

de l’action magnétique aux différents points; en représentant grossièrement celte action par les répulsions AR, AR', AR" (fig. 33 1) d’un pôle unique A, la symétrie des forces indique que l’action parallèlement au rayon est nulle. En réalité, les choses sont beaucoup plus compliquées, et si on laisse ainsi l’action optique variable on ne pourra rien conclure.

C’est ce qui est arrivé à M. Matthiessen : ce physicien, cherchant si la rotation est proportionnelle à l’épaisseur de la substance, écartait ou rapprochait les électro-aimants comme si c’était chose indifférente, et il conclut que la rotation ne croît pas aussi vile que l’épaisseur. Dans son travail il est difficile de distinguer le vrai du faux, et le mieux est de n’en point tenir compte dans une discussion sérieuse.

Il est nécessaire que les diverses tranches de la substance exercent des actions égales sur le rayon lumineux; on peut constater que cette condition est remplie en se servant d’un fragment du corps de dimensions moindres que celles qu’on emploiera, et le transportant en divers points de la région où l’action magnétique est constante: si la rotation mesurée reste la même, on en conclura que l’action optique ne change pas lorsque l’action magnétique est elle-même invariable; le phénomène sera simple et élémentaire, et c’est alors seulement qu’il y aura lieu de chercher une loi liant l’action optique h l’action magnétique.

5A7. Champ magnétique d'égale intenaité. — Pour rendre l’action magnétique constante dans une région assez étendue. Faraday usa d’un artifice qui consiste à surmonter les deux branches de son électro-aimant de deux cubes en fer doux CC' (fig. 33a), terminés par deux plaques carrées qu’on peut rapprocher plus ou moins. Le magnétisme accumulé sur ces grosses pièces est distribué assez uniformément, et il est facile de voir qu’entre elles l’action magnétique varie peu en intensité et en direction. Considérons, en effet, un point M de cette région; l’action magnétique en ce point diffère peu de la résultante des actions des deux forces placées en regard.

Kig. 33 1.

POLARISATION ROTATOIRE MAGNÉTIQUE. !>71

Pour un point voisin M' situé sur la même ligne perpendiculaire à deux faces des cubes , les actions des molécules de la face A , plus voisine, sont plus grandes, mais elles font des angles plus grands avec la direction de la résultante que les molécules de la face B , de sorte qu’il s’établit une compensation Irès-approchéc; de même les composantes dues à l’autre face sont plus petites mais moins obliques sur la résultante.

Ainsi, un déplacement de M en M' fait varier deux causes qui agissent en sens inverses, et on conçoit que dans une certaine région iNP l’action magnétique ne change pas sensiblement de valeur. Il en est de même si l’on s’élève en M,: l’action des points plus voisins de M, que de M augmente en même temps que l’angle qu’elle fait avec la résultante; la compensation peut donc s’établir dans un espace fini. On a ainsi une région où l’action magnétique est constante en grandeur et en direction.

Faraday attachait une grande importance ù cette constance dans l’élude des phénomènes diamagnétiques, surtout lorsqu’il était question de l’influence des plans de clivage dos cristaux sur ces phénomènes. C’est qu’en effet cette condition est nécessaire : dans une masse sphérique homogène, placée sur la ligne des pôles, la distribution du magnétisme est symétrique par rapport au diamètre parallèle à cette ligne; dans une sphère cristalline, on conçoit qu’il en soit autrement : la distribution du magnétisme dépend du diamètre que l’on met suivant la ligne des pôles; et pour être sùr que dans la comparaison de ces diamètres on n’attribue pas à la structure un effet qui peut être dû à des changements de distance des divers points de la masse aux pôles, il faut que l’action magnétique sur un point reste constante quand on déplace un peu la sphère.

Pour constater l’égale intensité de l’action dans une région déterminée, Faraday employa les deux procédés suivants : 1° Sur une feuille de papier ou de bois disposée dans celte région, il projetait de la limaille de fer : si elle se disposait en lignes droites parallèles, comme la direction de ces lignes est parallèle à l’action magnétique.

F»ir. 3J*.

il était assuré de la constance de cette action quant à la direction. •j° Pour reconnaître la constance en intensité, il promenait dans la région une spirale plate de lil de fer S (fig. 333), en rapport avec un

Fig. 333.

galvanomètre G; ce système ayant une certaine position déterminée, si on le déplace parallèlement à lui-même entre les plaques, l’action inductrice est nulle lorsque l’action magnétique est constante. En effet, plaçons le point du conducteur fermé perpendiculairement aux actions magnétiques : les actions électro-magnétiques sont toutes dans le plan même du courant, et l’on n’a pas de composante perpendiculaire à ce plan; donc un déplacement quelconque perpendiculaire au plan du courant ne peut donner aucun courant induit.

On mettra donc le plan de la spirale parallèle aux plaques, on la déplacera parallèlement à l’axe de la région qu’elles limitent : s’il n’y a pas de courant induit, la constance d’intensité est certaine.

Voyons l’application de ces dispositions à l’appareil de M. Ruhnikorff.

Il a suffi de remplacer les petites armatures des électro-aimants par des armatures F, F' (fig. 3a8) de ia centimètres de diamètre mises en regard.

Pour reconnaître la constance de l’action magnétique dans l’intervalle. on y dispose une substance transparente et l’on tourne l’analyseur jusqu’à ce qu’on ait la teinte de passage. On déplace alors la substance, et on peut parcourir ainsi 3o à /io millimètres sans que la teinte varie; il suit de là que les armatures étaient assez grandes pour que les diverses tranches du fragment eussent une action optique constante.

On peut encore procéder autrement : supposons que l’on ait un moyen de mesurer l’action magnétique, et qu’aux divers points du

POLARISATION ROTATOIRE MAGNÉTIQUE. ‘J?.J

champ on ln trouve la même, sauf îles différences de l’ordre des quantités négligeables; il est clair que ces opérations auront le double résultat de faire connaître la valeur de l’action magnétique et d’en vérifier la constauce. C’est ce procédé que l’on a suivi.

548. mesure de l’aetion magnétique. — Pour mesurer l’action magnétique, on pouvait songer à se servir d’une aiguille d’acier fortement trempé, aimantée assez énergiquement. Le carré du nombre de ses oscillations, dans un temps donné, mesurerait l’action magnétique, à la condition toutefois que le magnétisme de l’aiguille fôt invariable, et par suite qu’elle ne fût soumise qu’à des actions faibles; or l’énergie des électro-aimants de M. Huhmkorff modifierait profondément l'état d’une telle aiguille, surtout si elle avait de petites dimensions longitudinales et lors même qu’elle serait très-fortement trempée. Il faut donc rejeter ce procédé. Il semble que l’on puisse avantageusement substituer à l’acier un fer parfaitement doux; eu admettant que le magnétisme qui y est induit soit proportionnel à l’action qui le développe, on voit que l’action de l’électro-aimant sur le barreau est proportionnelle au carré de l'action magnétique; il suffirait donc de mesurer la première par les oscillations. Mais la loi de proportionnalité cesse lorsque la force inductrice est intense.

Si l’on emploie, au lieu de fer doux, de la stéarine, du phosphore, du plomb, du bismuth, ou toute autre substance diamagnétirpie, on pourra obtenir de meilleurs résultats, car le pouvoir diamagnétique est proportionnel à l’action de l’électro-aimant entre des limites étendues. Mais, en comptant les oscillations, on n’arrive à aucune précision parce qu’elles sont très-lentes.

On pourrait encore disposer entre les branches de l’électro-aimant un petit sol énoïde suspendu par deux fils conducteurs, comme le fait M. Weber; ce solénoïdc est parcouru par un courant invariable dont la direction est telle que l’élerlro-aimant tende à renverser ses pilles : la grandeur de la force qui le dévie de sa position d'équilibre est proportionnelle à la tangente de l’angle qu’il fait avec cette position. Ce procédé est très-exact, mais le faible espace où l’on devrait disposer le solénoïde en rendrait l’emploi incommode. Voici une méthode plus simple.

974 LEÇONS SUH L'OPTIQUE.