NOMBRE DES SECTIONS
FORCES
FORCES
diamétrales à égale distance
t\o ^C%Ttl\{Yt\
rapportées à celle du disque
entre elles.
entier prise pour unité.
Disque continu ou
» îx
Lorsqu'un disque semblable était placé à la hauteur de 10 millimètres des pôles de Télectro-aimant, les nombres trouvés étaient les suivants :
Tableau N"
NOMBRE DES SECTIONS diamétrales.
FORCES de torsion.
FORCES
rapportées à celle du disque entier prise pour unité.
Disque continu ou » 1 » 2
» Ix » 8 » 16
A70 Tllx Zl8 13àlZ|
Il était important de répéter ces expériences sur des disques de cuivre très-minces et d'un plus petit diamètre ; nous verrons dans la prochaine leçon l'application de ces expériences. J'ai coupé sur unelamedecuivreaussipureque
iSù COURS SPÉCIAL 80R L*INDUGTIOR, ETC.
j'ai pu la trouver dans le commerce et qui avait f de millimètre d' épaisseur, six disques que j'ai rendus très-minces en les tenant un certain temps dans Tacide Bitrique. Les six disques de 21 millimètres de diamètre ne pesaient plus que 626 milligrammes ; j'ai couvert ces disques d'une couche d'un mastic résineux et je les ai réunis ensemble en les chauffant légèrement. Le disque composé pesait l8f,120 et on s'assurait de sa pureté avant de le soumettre à l'action de l'aimant tournant en agissant sur lui avec le pôle d'un électro-aimant fixe, Voici les rapports des forces développées dans ce disque suspendu à la hauteur de 12 millimètres des pôles à un fil simple de cocon, en mesurant la durée de ses révolutions.
Tableau N* III.
NOMBRE DES SECTIONS diamétrales du disque.
RAPPORT des forces.
Les nombres rapportés dans les trois tableaux précédents, dont l'accord avec ceux trouvés par MM. Babbage et Herschel sur des disques de dimensions et de métaux différents de ceux que j'ai employés, permet la généralisation des résultats obtenus, font voir que l'effet de la première section diamétrale pour diminuer la force tangentielle est très-petit; la diminution devient ensuite proportionnelle au nombre de ces divisions jusqu'à une certaine limite, au delà de laquelle la diminution augmente dans une proportion plus rapide ; ces variations se manifestent
TROISIÈME LEÇOIV. 131
plus tôt lorsque les disques sont formés de lames métalliques plus minces.
Il nous serait impossible, avant de posséder la théorie physico-mathématique des phénomènes du magnétisme par rotation, d'expliquer rigoureusement ces résultats. Évidemment la diminution de la force tangentielle produite par les sections diamétrales des disques ne pouvait être due à la petite quantité de métal enlevée. Dès que la masse métallique soumise à F aimant tournant n'est plus continue, la forme de la portion soumise à F induction varie à chaque moment, et la distribution des états électriques et des courants en reste troublée. Il n'est donc plus vrai pour le disque coupé que les systèmes électrodynamiques développés par induction, restent fixes et de forme invariable relativement à l'aimant inducteur, ce qui doit donner lieu à une grande diminution dans l'action réciproque de l'aimant et des courants induits.
Nous allons voir en dernier lieu ces conséquences confinnées par les résultats qu'on obtient en étudiant avec le galvanomètre les courants du disque coupé tournant sur les pôles d'un aimant placés à égale distance de son centre. En se représentant le fil du galvanomètre comme un circuit dérivé appliqué sur deux points du disque, on pouvait s'attendre à trouver une faible diminution dans ces courants par les sections diamétrales du disque ; les courants étant empêchés par ces sections de se décharger dans le disque, auraient dû prendre en plus grande quantité la voie du galvanomètre. Cette conséquence est bien confirmée par l'expérience : si, au lieu d'un disque continu, je prends l'anneau extérieur de ce disque réuni par un seul fil de cuivre à un petit disque laissé au centre, j'obtiens encore des courants très-forts en touchant l'an-
132 COURS SPÉCIAL SUR l'iNDUCTION, ETC.
neau et le disque central avec les extrémités du galvanomètre, et je ne trouve pas que ces courants augmentent sensiblement en mettant deux ou trois fils de cuivre au lieu d'un.
Mais je ne devais pas me borner à cette expérience, et il fallait étudier les courants du disque coupé en un certain nombre de secteurs, comme je Tai fait pour le disque continu.
Rappelez-vous ici qu'en tenant une extrémité du galvanomètre fixe au centre du disque tournant, et l'autre sur les points de ce disque appartenant à une ligne circulaire qui passe normalement sur les centres des pôles inducteurs, les courants sont nuls, tandis qu'ils sont très-forts et de signe contraire en tenant cette seconde extrémité du galvanomètre en dedans ou en dehors de la ligne neutre. Si l'on remplace le disque continu par le disque divisé en un certain nombre de secteurs égaux, on ne trouve plus de ligne neutre, et entre l'extrémité fixe au centre et l'autre qui touche successivement les différents points d'un rayon placé dans le même plan de la ligne polaire, on a des courants qui augmentent d'intensité en allant vers les bords, et qui sont dans la même direction des courants obtenus sur le disque continu entre le centre et la région extérieure de la ligue neutre. En comparant les courants obtenus sur les deux disques, on trouve qu'ils sont moins forts pour le disque coupé en huit secteurs dans les points correspondants à la région intérieure, et plus forts que ceux du disque continu dans les points rapprochés des bords. La forme et l'intensité continuellement variables des systèmes des courants induits, qui passent en contact des extrémités fixes du galvanomètre, nous obligent à considérer les indications de cet instrument dans le cas du disque coupé,
comme des résultats moyens des états électriques variables des points touchés par ces extrémités.
Pour achever cette leçon, je n'ai plus qu'à vous montrer les effets de la réaction que les courants induits, dévelopl)és dans les masses métalliques tournant en face d'un aimant, exercent sur les forces magnétiques de l'aimant.
L'appareil le plus puissant et le plus propre à ces expériences est le grand électro-aimant [fig. l/i), sur lequel je fais fonctionner séparément les deux spirales qui l'entourent. Une des spirales conduit le courant d'une pile de 10 à 20 éléments de Grove ; le circuit de l'autre spirale, qui est l'induite, comprend un très-bon galvanomètre à fil court. Je ferme le circuit de la pile, et je laisse passer quelques secondes avant de fermer le circuit de la spirale induite. Remarquez qu'en fermant le circuit induit, même après soixante ou soixante-dix secondes, il y a encore un courant induit dans le même sens que j'aurais obtenu si le circuit induit eût été fermé avant celui de la pile. C'est là la preuve du temps employé par les 100 kilogrammes de fer doux à prendre toute l'aimantation dont ils sont susceptibles. Ce courant est en sens inverse en fermant le circuit induit, après avoir ouvert celui de la pile.
Laissons l'aiguille du galvanomètre revenir à zéro, ce qui ne tarde pas à arriver si les deux spirales sont bien isolées entre elles et si tout est bien en repos autour de r électro-aimant. Pour vous montrer toute la puissance et la sensibilité de cet appareil, j'approche de l'électro-aimant une aiguille de fer doux de la longueur d'une aiguille à coudre, et vous voyez tout de suite l'aiguille du galvanomètre poussée à 90 degrés, et dans le même sens qu'en fermant le circuit. C'est qu'en effet la présence de l'aiguille de fer doux augmente le magnétisme
iSii COURS SPÉCIAL SUR L*INDUGTION, ETC.
de Taimant, et cette variation donne lieu à un courant induit inverse.
Cet appareil est si puissant, que nous avons des effets très-distincts d'induction en approchant de Télectro -aimant une bouteille remplie de colcothar ou d'une solution ferrugineuse. Notez encore ce qui arrive en approchant de Télectro-aimant un petit barreau d'acier aimanté. Si le pôle approché «st de nom contraire, on a un courant comme avec le cylindre de fer doux; mais si l'on approche doucement le pôle de même nom , le courant est en sens contraire d'abord, et il faut approcher davantage le barreau pour voir disparaître la première déviation et repa* raître le même courant qu'on avait avec l'autre pôle ou avec le fer. C'est qu'en présence d'une force magnétique si grande, l'aimantation du petit barreau ne tarde pas à être, du moins temporairement, renversée.
Vous concevrez sans peine, d'après la description de cet appareil, comment on peut augmenter notablement les effets de l'induction au moyen de la rotation du corps magnétique en face de l' électro-aimant. Il n'y a pour cela qu'à monter sur Taxe de rotation un commutateur qui comprend le circuit du galvanomètre, et à l'aide duquel le circuit reste fermé pour les deux angles droits dans lesquels le corps soumis à l'induction magnétique s'approche de l'aimant, et ouvert dans les deux angles où il s'éloigne, ou vice versa. Avec cette disposition, les courants qui entrent dans le galvanomètre pendant la rotation du corps sont dans le même sens, et les déviations sont considérar blement augmentées et deviennent fixes. £n faisant ces expériences avec un barreau de fer doux, on trouve l'effet déjà remarqué, c'est-à-dire que le magnétisme acquis par le fer doux n'arrive à son maximum qu'en prolongeant
TROISIÈME LEÇOW. 136
l'action inductrice pour un certain temps. Ainsi la position favorable du commutateur pour obtenir les courants induits les plus forts n'est pas celle dans laquelle le circuit reste fermé jusqu'à ce que le barreau de fer soit juste dans la ligne polaire ou normalement à cette ligne : il faut pour cela que le commutateur fasse outrepasser un peu ces positions. M. Verdet, qui a faitdernièremeutdesexpériences sur ce sujet, a bien démontré l'influence du temps dans ces pliénomènes d'induction magnétiques.
Mais qu'arriverait-il si à la lame de fer doux on substituait une lame de cuivre ou de tout autre métal conducteur et non magnétique? Quoique, par les connaissances acquises, nous soyons dans le cas de répondre à cette question, laissons néanmoins parler l'expérience.
J'approche une lame de cuivre de V électro-aimant et j'obtiens un courant induit d'une direction opposée à celle du courantquej'avais avec la lame de fer; je l'éloigné et le courant induit est dans le même sens que celui du courant qu'on avait en approchant la lame de fer : une lame d'étain, de plomb, d'antimoine, de bismuth, etc., donne aussi des courants dans le même sens que la lame de cuivre, mais beaucoup plus faibles. Si l'on emploie la lame de cuivre après l'avoir fendue en plusieurs sens , on voit ces courants diminuer notablement; ce qui est encore une preuve que ces effets dépendent de la réaction des courants induits sur le magnétisme de l' électro-aimant,
On peut se convaincre encore mieux de cette explication en approchant de l'électro-aimant une spirale plane formée d'un gros fil de cuivre; dans ce cas, si la spirale est ouverte, il n'y a rien ou presque rien au galvanomètre, mais si elle est fermée, le courant produit dans la
irale induite de l'éiectro-aïmant est très-fort, M. Verdet
I,i(\ i.wim HVT^vAAi SUR l'induction, etc.
^ obloiui ilos olVolH anulo^nos sans employer rélectro- <^UUxUU 01 on «)aul ivoours î\ un solénoïde parcoura par uu ovuuHUi xohHùjuo; liaus cocas, les courants induits, \vt\|cuuH ou ivjHMiUU los uu'^uios expêrieuces, ont été da wuMuo 5ioU5^* u\s^is lH\iuooup plus ùùbles que ceux obtoios ^\\v Vv^Uvuv Vuu^^nu iv qui pn>uw aussi que la cause ^^^ UKn jsAto vK^ Ia plus ^rAUvie iuteasitê de ces sïw^ À ïs^ i\wvA>ii o,;^ cvHir;icy.s i^iuîis sar T;
\ .Vv* AXCJ v?à s\v;r;vvc;v.:v derjk cMaELOwaî ces ctîŒraircs V!^,^^^.^ xw^C'V^* si."c^:Nrc l>f'« * .*e> ^xriazï^as ius jak ôarce A*^ : 4iJt>\tv^; ^wv*;>^ <*fC2s.\e> VOLT ifcî icttTioox oninais
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lignes qui n'ont pas une grande épaisseur et qui tournent en présence des pôles, n'est plus si simple que quand il s'agissait du rapprochement et de Féloignement des grosses lames ; il faut, pour la compléter, se rappeler les systèmes de courants induits sur le disque d'Arago, et prendre en considération leurs déplacements, à mesure que la rotation devient plus rapide.
Je terminerai cette leçon en vous montrant la différence remarquable qu'il y a entre les effets d'un appareil d'induction, suivant qu'on place dans l'intérieur de la bobine ou un cylindre de fer massif ou un faisceau de fils de fer. Cette différence, observée premièrement par M. Bachhoffner et M. Sturgeon, fut analysée plus tard par deux savants physiciens de Berlin, Magnus et Dove. Ce dernier a employé dans cette recherche uninductionomètre différentiel, semblable à celui que nous avons déjà décrit dans la leçon précédente {fig, 7 bis) ; on place dans une des bobines un cylindre de fer et dans l'autre un certain nombre de fils de ce métal jusqu'à obtenir l'équilibre des deux courants ou des deux décharges induites. Voici les résultats principaux auxquels M. Dove est parvenu. En opérant avec le courant voltaïque, tous les effets des courants induits augmentent avec un cylindre massif ou avec un faisceau de fils de fer qu'on place dans la bobine; lorsqu'on emploie la décharge électrique de la bouteille de Leyde l'action physiologique des décharges induites diminue avec le cylindre, tandis qu'elle augmente avec le faisceau de fils ; étant parvenu avec un certain nombre de fils de fer à produire un courant induit qui donne la même déviation au galvanomètre que le courant obtenu dans l'autre bobine avec le cylindre de fer, dont le poids est toujours plus grand que celui de fils, ces deux courants formés d'une
138 CODRS SPÉCIAL SDR L*IIIDUCTION, ETC.
qoantité ^le d'électricité sont néanmoins trës-difiérents ponr les eflFets physiologiques et pour la propriété d'aimanter ; poiïr faire cesser cette différence il faut diminuer davantage le nombre des fils de fer.
Nous n'aurons pas de difficulté à expli€[uer ces résultats. Je vous ai montré dans cette leçon qu'une masse métallique introduite dans une bobine d'induction ou qu'on fait tourner devant les pôles d'un électro-aimant, est traversée par des courants induits qui réagissent sur l'ai* mant et sur la spirale induite et produisent un effet con* traire à celui qu'on aurait, en substituant une masse de fer ou d'une matière magnétique quelconque. Lorsqu'on a un cylindre de fer dans un appareil d'induction il faut donc s'attendre à trouver que les courants induits dépen-
dront: 1* des variations de l'état magnétique du cylindre, 2* des courants induits développés sur la couche extérieure du cylindre, et qui, malgré leur durée très-courte, agiront, à cause de leur direction, soit au commencement soit à la fin de l'induction, pour retarder la variation de l'état magnétique du fer et auront aussi une action semblable à celle d'une lame métallique qu'on place en contact d'une spirale induite. Si, au lieu du cylindre, on emploie un faisceau de fils de fer, les courants induits ne peuvent plus exister, et les variations de Tétat magnétique du fer cessent d'être contrariées par ces courants.
Il y a encore une autre cause de la différence trouvée entre le cylindre et les fils de fer. Nous avons déjà vu que si Ton ferme avec le galvanomètre la spirale induite d'un électro-aimant, même longtemps après avoir fermé le circuit voltaïque, on a encore des signes du courant induit négatif, et qu'on obtient le même résultat ou le courant positif plus ou moins fort, en fermant la spirale induite après
aToir ouvert le circuit de la pile. Cet intervalle de temps, qui est nécessaire pour que Tétat magnétique du fer arrive à son maximum, est de plusieurs secondes et augmente avec la quantité du fer à aimanter. Or, il est très-facile de s'assurer en faisant Texpérienoe avec la même bobine et avec le même courant, qu'un faisceau de fils de fer atteint Fétat d'équilibre magnétique beaucoup plus rapidement qu'un cylindre de fer : dans quelques expériences, j'ai trouvé que le premier s'aimantait huit à dix fois plus vite que le second.
Rappelons encore les principes déjà exposés dans la première leçon en parlant de l'influence des lames métalliques interposées entre les deux spirales d'un appareil d'induction. Nous avons remarqué alors, en se fondant sur l'analogie qui passe entre la décharge de la bouteille de Leyde et les courants induits, que la neutralisation de quantités égales de fluides électriques peut exciter des secousses musculaires et des aimantations plus ou moins fortes, suivant la durée de cette neutralisation. On a vu aussi que si l'on imagine un circuit métallique parcouru par un courant induit, dans lequel se succèdent presqu'en même temps deux courants induits égaux d'un ordre supérieur, mais dont le premier est plus intense et dirigé en sens contraire, l'action galvanométrique et électrolytique de ce circuit restera la même, comme si ces deux courants n'existaient pas, caria somme de l'électricité transmise n'a pas changé; au contraire, la secousse et l'aimantation seront affaiblies, parce que la durée delà neutralisation de Télectricité induite est devenue plus longue.
Il faut donc que la secousse et l'aimantation des courants induits développées avec un faisceau de fils de fer dans la bobine soient plus intenses que celles de ces
1^0 COURS SPÉCIAL SUR L'iNDUCTION, ETC.
mêmes courants obtenus en remplaçant le faisceau par un cylindre massif. On conçoit également pourquoi, lorsque le courant inducteur n'est qu'instantané, comme la décharge de la bouteille, l'effet des courants induits dans le cylindre de fer l'emporte sur celui de la variation de son état magnétique, ce qui fait qu'on ne gagne pas d'intensité dans les courants induits en plaçant ce cylindre dans l'intérieur de la bobine.
De raction de l'aimant tournant sar les corps magnétiques et sur ceux qui ne
sont ni magnétiques ni conducteurs.
Je me propose de vous montrer, dans la première partie de cette leçon, que l'induction de Taimant tournant sur les corps magnétiques donne lieu à des effets semblables à ceux que nous venons d'étudier, et qui résultent de l'action réciproque entre un aimant inducteur et les courants induits dans les masses métalliques.
Rappelons d'abord, le plus sommairement possible, les propositions fondamentales et les définitions élémentaires de la science du magnétisme.
Nous appelons corps aimanté celui qui, étant suspendu par son centre de gravité et libre de tourner autour de ce point, n'est jamais en équilibre que lorsqu'une certaine ligne qui le traverse, généralement dans le sens de sa longueur, est dirigée par l'action de la terre dans un plan déterminé; ce corps flottant sur l'eau n'acquiert par cette action aucun mouvement horizontal et n'éprouve la moindre variation dans son poids s'il est attaché au plateau d'une balance. On appelle axe magnétique là ligne
iJi'2 COURS SPÉCIAL SDR L'INDUCTION, ETC.
de r aimant qui obéit au magnétisme de la terre et qui trace la direction de la force magnétique totale à laqiielle est assujetti chaque point de la surface terrestre. Dans un aimant de forme allongée et dont Taxe magnétique est dans la direction de sa longueur, les extrémités de cet axe sont appelées pôles magnétiques, qui rappellent ceux des pôles terrestres vers lesquels ils se dirigent : suivant l'usage des auteurs français, je me suis servi dans ces leçons des mots pôle sud on austral pour celui qui se dirige vers le nord, et pôle boréal ou nord pour celui qui se tourne vers le sud. Lorsqu'on approche deux barreaux aimantés uniformément dans le sens de la longueur, les forces qui se développent et qui paraissent émaner des pôles, varient réciproquement avec les carrés des distances de ces pôles, et les mouvements qui en résultent sont attractifs si les pôles approchés sont de nom contraire, et répulsifs s'ils sont de même nom. Un aimant ou un courant électrique agissent par induction sur certains corps, parmi lesquels le fer occupe la première place, et coiûmuniquent aux corps ainsi magnétisés par induction toutes les propriétés de l'aimant. L'intensité du magnétisme développé par induction augmente, jusqu'à une certaine limite, avec celle de la force ijiductrice, et dépend de la nature du corps induit. On dit que l'acier a une force coer» citive très-grande et que le fer doux n'en a pas, parce que ces deux corps, soumis à la même action inductrice, ac^ quièrent et conservent des états magnétiques différents ; l'acier est magnétisé à un degré moindre que le fer doux, mais celui-ci perd entièrement son magnétisme, une fois soustrait à l'action de l'aimant. L'induction magnétique n'est pas développée instantanément, et le temps nécessaire pour qu'un corps acquière ou perde le degré de mar
OUATBIÈUE LEÇON. Ui3
gnétisme dont il est stiaceptible sous l'action d'une force inductrice donnée, pavait varier avec la force coercilive.
Suivant Coulomb, cliaque molécule d'un corps magnétique contient deux matières ou fluides viagnlliques qui, lorsqu'ils sont libres, se repoussent ou s'attirent mutuellement, suivant qu'ils sont de la même nature et de même nom ou de nom contraire. L'induction sépare les fluides contraires combinés dans chaque molécule, et oblige ces fluides à se transporter aux exii'émités des molécules sans jamais en sortir. La tlttiorie mathématique du magnétisme, qui est fondée sur l'hypoibèse de Coulomb, a pu être ensuite appliquée aux corps isolants sujets à l'induction électrique, ce qui nous prouve que l'induction moléculaire éiecU'ique et l induction magnétique, malgré tes gi'andes diiïérences des circonstances physiques dans lesquelles ellts se pruduiaeut, ont des analogies intimes dans leur mécanisme. Dans l'hypothèse d'Ampère, l'état magnétique d'un corps est dû à des courants électriques moléculaires, et un aimant n'est qu'un assemblage régulier de ces courants ayant la même action qu'un solénoïde.
Ces principes rappelés, passons maintfinant à étudier les elTets de l'aimant tournant sur ies corps magnétiques.
Imaginons d'avoir un aimant placé veriicalement avec son pûle su|)érieur à proximité d'une lame très-étendue, formée d'une matière magnétique. Le pûle de l'aimant développe par induction, dans les points les plus rapprochés de la lame, un état magnétique contraire, dont le maximum se trouve immédiatement dans le prolongement de l'axe de l'aimant, et répand autour de ces points une zone annulaire d'un magnétisme plus faible du même nom. Supposons que l'aimant soit mis en mouvement
14/i COURS SPiclAL SUR l'INDUGTION, ETC.
horizontalement, restant toujours à la même distance de la lame. Comme Tinduction magnétique exige un certain temps pour se développer, il en résulte que les différents points de la lame, qui successivement correspondent verticalement au pôle, n'arrivent pas au maximum du magnétisme contraire dont ils sont susceptibles au moment de leur plus grand rapprochement. De la même manière, les points de la lame que le pôle laisse derrière lui dans son mouvement, ne pouvant perdre leur état magnétique qu après un certain temps, conservent le maximum de cet état, même après que ce pôle s'en est éloigné d'une très-petite distance. Ces deux causes réunies contribuent à former sur la lame, derrière le pôle en mouvement, une zone plus étendue et d'un état magnétique contraire plus intense que celle qui existe au devant de ce pôle, et font que le maximum du magnétisme induit dans la lame ou le pôle contraire, n'est pas verticalement sur l'autre, mais un peu en arrière. Il en résulte donc entre les deux pôles une force oblique dont la composante parallèle sollicite la lame magnétique à suivre l'aimant, si cette lame est libre de se mouvoir dans son propre plan.
Pour vous montrer cette action de l'aimant en mouvement sur une lame de matière magnétique, je suspends un disque de cette matière par son centre à un fil de cocon sur r électro-aimant (fig. 12), que nous avons employé dans la leçon précédente. Comme le temps nécessaire pour que les états magnétiques développés par induction se détruisent est toujours très-court, ce qui rend très-petit l'espace du disque possédant la polarité contraire au pôle inducteur, l' électro-aimant tournant avec une vitesse modérée sollicitera continuellement le disque dans la direction de la tangente à la courbe qu'il décrit, et l'obligera à
quathiëue leçon. 1/j5
ler autour du centre môme de sa rotation. Évidemment ces mêmes considérations s'appliquent à un disque de matière magnétique qui tourne sous une aiguille aimantée et l'entraîne avec lui.
Pour mesurer la force qui se développe dans un disque de matière magnétique soumis à l'aimant tournant, nous pouvons employer la balance de torsion, comme nous l'avons fait pour le disque de cuivre. Voici un disque formé d'un mélange homogène de parties égales de cire et de colcothar, suspendu horizontalement par son centre au fil d'argent qui coïncide avec l'axe de rotation de l'électroaimant. En donnant à l' électro-aimant une rotation uniforme, il faut tourner le micromètre de la balance d'un certain nombre de degrés pour ramener le disque en équilibre à sa position primitive. Dana cette situation, la force tangentielle qui s'exerce entre les pôles de l' électro-aimant et les pôles contraires continuellement développés par induction dans les différents points du disque, fait équilibre à la force de torsion qui tend sans cesse à ramener le disque à son point de départ,
Un disque ou une sphère de fer doux se comportent ijQiQe le disque de colcothar, mais avec une intensité grande.
faut rapporter à celle même classe de phénomènes ceux découverts par M. Barlow très-peu de temps après les premières expériences d'Arago sur le magnétisme par rotation. Dans les expériences de M. Barlow, c'est la terre qui est l'aimant inducteur, et le corps induit est une sphère de fer doux, qui tourne autour d'un axe incliné d'une manière quelconque avec l'aiguille d'inclinaison. Quand la sphère est eu repos, nous savons que le magnétisme de la terre y développe par induction deux pôles de
l&d COURS SPÉCIAL SUR L'iNDUGTIOIV, £TG.
nom contraire placés aux extrémités d'un diamètre parallèle à l'aiguille d'inclinaison. La position de ces pôles ne serait pas altérée en faisant tourner la sphère avec une certaine vitesse, si Tinduction magnétique n'exigeait pas un certain temps pour se développer ; mais, comme il n'en est pas ainsi, on conçoit que les pôles doivent se déplacer dans le sens du mouvement de la sphère, que la quantité de ce déplacement sera la plus grande possible lorsque l'axe de rotation est perpendiculaire au méridien magnétique, et qu'elle deviendra nulle en faisant tourner la sphère autour d'un axe parallèle à l'aiguille d'inclinaison*
Nous déduisons facilement des principes exposés, l'explication des effets produits par un disque d'acier plus ou moins trempé qu'on fait tourner sous une aiguille aimantée. M. de Haldat a trouvé que la déviation de cette aiguille diminuait à mesure que la trempe de Facier était plus dure. Ce physicien avait cru que l'aiguille ne ressentait plus l'influence de l'acier trempé au plus haut degré. Il faut dire que cette influence n'est que diminuée ; car, en employant un électro-aimant, on peut faire tourner un disque d'acier d'une trempe très-dure et qui n'a aucune action sensible lorsqu'il est réduit à un disque tournant sous une aiguille aimantée. A mesure que la force coercîtive augmente dans la matière soumise à l'aimant tournant et que la vitesse de rotation de l'aimant devient plus grande, les états magnétiques développés par induction doivent nécessairement s'affaiblir; alors chacun des pôles ne trouve plus devant lui des points du disque retournés à l'état naturel et ne laisse plus derrière lui un pôle contraire; il peut même arriver que, pendant une révolution entière de l'électro-aimant, l'induction dans chaque
QUATRIÈME LEÇON. i/t?
* point du disque n'ait eu le temps ni de se développer ni de cesser entièrement. Je puis vous montrer une expérience qui rend ces déductions évidentes. Je suspends & un fil de cocon un disque de carton sur la périphérie duquel j'ai fixé des aiguilles d* acier avec leur axe vertical Bt ayant les pôles de même nom dirigés du même côté. Si je fais tourner rapidement un disque de fer doux au-des- Bus du disque de carton, l'action est nulle ou très-faible. On conçoit également, à Taide des principes que nous avons appliqués à l'explication des phénomènes du magnétisme par rotation des corps ferrugineux, qu'il peut exister de ces corps incapables d'éprouver l'action de l'électro-aimant tournant par défaut du pouvoir coercitif : tel est le cas des dissolutions concentrées de protosulfate et de protochlorure de fer et de ces composés à Tétat solide. En effet, des boules de verre remplies de ces dissolutions ou de ces composés solides, suspendues à un fil de cocon Burl' électro-aimant tournant, n'acquièrent aucun mouvement de rotation et font seulement quelques oscillations dont l'amplitude diminue en donnant à Télectro-aîmant une plus grande vitesse de rotation. De même j'ai trouvé, en faisant osciller une aiguille aimantée horizontale sous. une couche d'une de ces dissolutions, que le nombre des oscillations faites pour diminuer l'amplitude d'un certain arc était le même que sous une couche d'eau pure* Nous verrons tout à l'heure des mélanges formés d'acide stéarique et d'une très -petite quantité de colcothar, fortement doués du pouvoir de tourner avec T électro-aimant, quoique leurs propriétés magnétiques fussent nulles ou très-faibles. Au contraire, les boules de verre remplies de sulfate ou de chlorure de fer sont fortement magnétiques. n est facile de vous montrer que ces sels ferrugineux n'ont
iA8 COURS SPÉCUL SUR L*INDUCnON, KTC.
pas un pouvoir coercitii sensible, tandis que F oxyde de ' fer en est doué. Je prends un tuyau de plume d'oie que je remplis de colcothar, et je le suspends horizontalement entre les pôles d'un électro-aimant. J'emploie, pour fermer le circuit, un commutateur à l'aide duquel je puis iatervertii- très-promptement le sens du courant, et, par conséquent , les pôles. Aussitôt que le circuit est fermé, on voit l'aiguille de colcothar fortement attirée dans la ligne polaire. Si alors je tourne promptement le commutat^eur, l'aiguille éprouve d'abord un mouvement de répulsion, s'arrête de nouveau dans la ligne polaire, et, dans le plus grand nombre de cas, la position de ses extrémités relativement aux pôles se trouve renversée. Une aiguille formée d'un mélange de cire et de colcothar se comporte de la même manière, et Ton trouve, après plusieurs jours, qu'elle a conservé la polarité acquise sous l'action de l'aimant. Les dissolutions ferrugineuses et les composés de fer que je vous ai nommés, n'offrent rien de semblable. Ainsi, des tubes de verre ou de plume d'oie remplis de ces dissolutions ou de corps solides obtenus par l'évaporation de ces dissolutions, sont fortement attirés dans la ligne polaire lorsque le circuit de F électro-aimant est fermé, mais ils ne donnent aucun signe de répulsion lorsqu'on renverse brusquement les pôles.
Je crois utile de vous faire remarquer ici qu'un aimant tournant avec une grande rapidité ne peut jamais produire un mouvement de rotation dans un autre aimant. En effet, imaginons une sphère d'acier qui ait été aimantée et qu'on approche de l'aiguille d'une boussole; nous savons que des mouvements différents se produisent dans l'aiguille, suivant les noms des pôles de la sphère et de l'aiguille qui sont rapprochés, et suivant la distance qui
QUATRIÈME LEÇOK. 1^9
existe entre ces pôles. Si nous donnons à celte sphère un mouvement très-rapide de rotation autour de son centre, on conçoit que les actions de ses pôles doivent se neutraliser; on verrait alors l'aiguille revenir à sa position naturelle, ou du moins ne s'en écarter que pour faire de petites oscillations dont les amplitudes diminuent i mesure que la sphère tourne plus vite, et deviennent insensibles quand on lui imprime une vitesse très-grande de rotation. Pour rendre évidente cette conclusion, dont nous verrons bientôt une application importante» je fixe un certain nombre de barreaux aimantés sur les contours d'un disque de bois horizontal, qui peut tourner rapidement autour de son centre. Je suspends au milieu de a champ magnétique une sphère de cire qui a été pré- 3n fixant, suivant les rayons de son grand cercle bi reste horizontal, de petites aiguilles d'acier fortement maniées. Nous pouvons faire l'expérience en disposant B pôles de ces aiguilles de deux manières différentes, Kt-à-dire que nous pouvons placer à l'extérieur de la Aère les pOles de même nom et h la même hauteur que !ux des barreaux du disque, ou bien mettre en présence ^es pôles de nom contraire ; nous pouvons aussi flxer les aiguilles seulement sur un demi-cercle ou sur un quart de cercle de la sphère. Avec ces différentes dispositions, lorsqu'on fait tourner rapidement le disque, on voit la sphère décrire de petites oscillations qui diminuent d'amplitude à mesure que la vitesse de rotation du disque devient plus grande.
J'appellerai maintenant votre attention sur les effets éprouvés par des mélanges composés avec des proportions différentes de cire ou d'acide stéarique et de ses- [tiioxyde de fer sous l'action de L'aimant tournant. Je fais
avec ces mélanges des sphères qui pèsent 1 gramme et qui sont suspendues, surTélectro-aimant (/îg. 12), à un fil de cocon. En mesurant les forces développées par l'aimant tournant avec les méthodes que nous avons décrites dans la leçon précédente, on est d'abord frappé de trouver que ces forces diminuent beaucoup moins rapidement que les quantités de colcothar qui entrent dans ces mélanges, par rapport au poids total des sphères.
En diminuant considérablement la quantité de colcothar mêlée à l'acide stéarique jusqu'à ^^ du poids de cet acide, ce qui ne laisse qu'un demi-milligramme répandu uniformément dans la sphère, on trouve néanmoins ce mélange doué de la propriété de tourner avec l' électroaimant. Si la sphère formée avec ce mélange est suspendue à un fil simple de cocon, et si son point inférieur n'est qu' à 3 ou 4 millimètres de hauteur de la surface des pôles, on la verra faire plusieurs révolutions dans le sens de la rotation de l'électro-aimant, qui fait cinq à six tours par seconde. J'ajouterai qu'en doublant, et même en triplant la quantité d'acide stéarique, le nouveau mélange jouit encore de la propriété de tourner avec l'électro-aimant.
Remarquez maintenant que ces derniers mélanges ne se comportent pas, en présence de l'aimant, comme des corps magnétiques; bien au contraire : si j'en forme une aiguille que je suspends entre les pôles d'un électro-aimant, ou si la sphère même est suspendue en face de ces pôles, étant fixée à l'extrémité d'une tige horizontale de bois , je vois que ces mélanges se conduisent comme des corps diamagné tiques. Vous comprendrez cette propriété, si je vous dis que l'acide stéarique est un corps repoussé par l'aimant, et que le pouvoir diamagnétique des quantités d'acide stéarique contenues dans nos sphères n'est
pas neutralisé par le pouvoir contraire de la petite quan* tité d'oxyde de fer avec laquelle l'acide est uniformément mêlé. Nous verrons dans la prochaine leçon qu'il faut mêler 300 parties d'acide stéarique à 1 de colcothar obtenu en calcinant le sulfate de fer, pour produire un mélange sensiblement indifférent à l'action de l'aimant. Concluons donc que l'aimant tournant peut agir sur certains corps qui sont isolants, et qui ne sont pas attirés par l'aimant, de la même manière que sur les corps conducteurs et sur les magnétiques.
Ajoutons encore une autre expérience, et cette conclusion sera encore plus claire. Je soumets à l'action de l'électro-aimant tournant une sphère formée d'acide stéa^rique chimiquement pur, ou une boule de verre très-mince remplie de phosphore, qui est un corps beaucoup plus diamagnétique que l'acide stéarique. Ni l'une ni l'autre de ces sphères ne tourne avec l' électro-aimant. J'ai répété ces expériences en employant un électro - aimant toui'nant très-puissant, dont les extrémités polaires en fer doux, tournaient avec l' électro-aimant. Les sphères d'acide stéarique et de phosphore, qui étaient suspendues à un fil simple de cocon dans un tube de verre entre les extrémités polaires, n'ont jamais fait une ré* volution entière lorsque l' électro-aimant était en rotation, et n'ont montré que de petites oscillations dont l'amplitude a diminué avec la rapidité de la rotation, et qui sont dues à quelque dissymétrie dans la distribution des forces magnétiques, ou dans la forme et l'homogénéité des sphères. Toutes ces expériences font voir que l'action de l'aimant tournant sur les mélanges d'acide stéarique et d'oxyde de fer ne s'exerce que sur la matière magnétique; que cette action a lieu également quand
cette matière est mêlée uniformément avec mi excès d'un corps diamagnétique donnant au mélange la propriété d'être repoussé par l'aimant, et qu'enfin le pouvoir diamagnétique ne communique pas au phosphore et à l'acide stéarique la propriété de tourner avec l' électro-aimant.
Passons maintenant à étudier les phénomènes du magnétisme de rotation développés dans des corps isolants et entièrement privés de toute matière magnétique.
C'est encore Arago qui, après la découverte de l'action du disque tournant sur l'aiguille aimantée, a fait osciller cette aiguille sur de l'eau, sur un plan de verre et sur l'eau gelée, et a trouvé que ces corps influent sur ces oscillations de la même manière, mais beaucoup plus faiblement que les métaux. Dans une expérience, la distance de la face inférieure de l'aiguille à l'eau gelée était de 0"",70, et, en descendant de 53 à â 3 degrés, l'aiguille a fait 26 oscillations. En augmentant successivement les distances, le nombre des oscillations est allé en augmentant, et, à la distance de 52"^™,2, l'aiguille a fait 60 oscillations.
Il est donc impossible de mettre en doute l'existence de l'action de l'aimant en mouvement sur des corps qu'on peut considérer purs de fer et non conducteurs.
M. Harris a répété les expériences d' Arago en faisant osciller l'aiguille dans un espace d'air raréfié, et il a trouvé que différents bois et le marbre statuaire agissent aussi d'une manière distincte sur les oscillations de l'aiguille. J'ai trouvé la même propriété dans la gomme laque, le soufre, l'acide stéarique et la gutta-percha.
Comment faut-il interpréter l'influence de ces corps isolants non magnétiques sur l'aiguille? Est-elle de la
même nature que celle qui est développée par le disque métallique tournant? Pourquoi certains corps isolants, qui sont fortement repoussés de F aimant, n'éprouvent-ils pas des effets analogues à ceux du magnétisme par rotation? Faut-il admettre dans les phénomènes diamagnétiques rinfluence d'un pouvoir coercitif analogue à celui des corps ferrugineux ?
Les expériences nous manquaient entièrement pour répondre à ces questions. Si Ton admet que, par la méthode des oscillations d'Arago, les effets de l'action très-faible qui se développe entre l'aiguille en mouvement et certains corps isolants et non magnétiques, peuvent s'accumuler et devenir sensibles, on devait chercher à obtenir sur ces corps les autres effets du magnétisme par rotation, soit en augmentant la puissance de l'aimant tournant, soit en variant convenablement leur composition.
J'ai réussi à faire tourner dans le sens de l'électro-aimant des mélanges homogènes qui étaient formés de poudres métalliques chimiquement pures à l'état de grande division et d'une matière isolante qui était ou la colophane ou l'acide stéarique. Pour obtenir des poudres métalliques dans cet état, je décompose avec un courant voltaïque très-fort les dissolutions salines de certains métaux qui ont été purifiées avec tous les soins possibles. Ainsi , pour avoir du cuivre très-divisé, je prends une dissolution de sulfate de cuivre qui a été purifiée en y faisant passer du chlore pour convertir en peroxyde le fer qui peut y exister; je la filtre après, j'ajoute un excès d'ammoniaque, je la filtre de nouveau, et enfin je la neutralise avec de l'acide chlorhydrique. Je décompose cette dissolution en employant pour électrodes des lames de platine ou de cuivre obtenu avec la galvanoplastique. De temps en temps, je re-
i5Â COURS SPÉCIAL SUR l'INDUGTION, ETC.
tire l'électrode négative du liquide pour faire tomber dans Teau la poudre de cuivre qui s* est déposée sans agrégation, La poudre ainsi obtenue est recueillie sur un filtre , lavée avec Teau et enfin chauffée avec la flamme de la lampe à alcool dans un tube de verre au milieu d'un courant de gaz hydrogène sec.
Je remplis un petit tube de plume d'oie de cette poudre et je le suspends à un fil de cocon entre les pôles de l'électro-aimant : en fermant le circuit, on voit le tube, repoussé des pôles, faire un certain nombre d'oscillations et s'arrêter comme le ferait une aiguille diamagnétique dans un plan perpendiculaire à la ligne polaire. De même, si je fixe à l'extrémité d'un levier très-léger en ivoire un petit flacon rempli de cette poudre de cuivre en face des pôles de l'électro-aimant, le flacon est repoussé au moment où l'action de l'aimant commence, et s'arrête en équilibre à une certaine distance des pôles.
J'ai fait mesurer par un habile micrographe les dimensions des particules de cette poudre de cuivre, et l'on a trouvé que les moins fines avaient xU de millimètre et les plus fines à peu près itô ; pour le plus grand nombre de particules, ces dimensions étaient de li? à liô de millimètre. On a remarqué que ces poudres étaient formées de petits solides de forme irrégulière, qui devenaient transparents après avoir été exposés à l'air pendant un certain temps, et présentaient alors dans leur caractère physique des analogies avec la poudre d'hydrocai'bonate de cuivre ou bleu de montagne.
Quand j'ai voulu séparer la poudre de cuivre ainsi obtenue en deux ou trois portions de finesse différente, formées de particules le plus semblables possible, j'ai appliqué à ces poudres le procédé de bocardage. J'ai préparé
la poudre d'argent en décomposant av^c la pile le nitrate dissous dans Teau. La poudre de bismuth a été obtenue en broyant ce métal dans un mortier de marbre et en le tamisant après avec des toiles très-fines. Voici maintenant comment je forme les sphères ou les disques avec des mélanges de ces poudres métalliques et de la colophane. Après avoir choisi de la résine pure et m* être assuré de son diamagnétisme, je la liquéfie dans une cuiller d'argent et j'y mêle promptement la poudre métallique. Pour rendre le mélange bien homogène, et pour le chauffer le moins possible, je le remue avec une lame d'argent qui a été chauffée. Le mélange étant bien formé, on le manie rapidement pour lui donner la forme de la sphère ou du.disque. Les sphères et les disques que j'ai généralement employés pesaient de 1 gramme à 18', 200 et avaient de 12 à 20 millimètres de diamètre ; j'employais pour les suspendre un fil simple de cocon de la longueur de 1 mètre et qui était rompu par un poids de 6 à 7 grammes.
Afin de m' assurer du pouvoir isolant des mélanges de résine et de poudre métallique, j'ai mis en contact des deux surfaces d'une lame très-mince de ce mélange les extrémités du circuit d'une pile de 10 éléments de Grove, dans lequel se trouvait un galvanomètre très-délicat. On obtenait cette lame aussi mince que possible en ramollissant le mélange avec la chaleur, et en le tirant avec les mains. Si l'expérience est faite avec soin, c'est-à*dire en tenant isolées de la terre toutes les parties métalliques de ce circuit, la déviation de l'aiguille est nulle.
Avant de soumettre ces mélanges à l'aimant tournant, je m'assure qu'ils sont diamagnétiques, avec les deux procédés que j'ai déjà décrits.
Quand les sphères ou les disques faits avec des mé-
156 COURS SPÉCIAL SUR l'INDUGÎION, ETC.
langes de résine et de poudre métallique ont été trouvés isolants et diamagnétiques, je les suspends au fil de cocon sur l'électro-aimant {fig. 12) à des distances entre leurs points inférieurs et la surface des pôles qui ont varié de 4 à 10 millimètres. De petits signes formés avec des morceaux de papier fixés sur ces sphères ou sur le bord des disques, sont observés avec une lunette. Après avoir mis en rotation Télectro-aimant, je ferme le circuit de la pile et je fais marcher le chronomètre. La rotation des sphères ou des disques ne tarde pas à se manifester, et Ton peut noter plusieurs révolutions, qui d'abord augmentent de rapidité, restent ensuite uniformes et enfin deviennent de plus en plus le»tes. En continuant la rotation de Télectro-aimant, la sphère se fixe et le fil de cocon reste tordu d'un certain nombre de circonférences ; en effet, si on cesse de tourner ou si on ouvre le circuit, on voit le corps suspendu faire un certain nombre de révolutions en sens contraire et s'arrêter à un point qui généralement ne coïncide pas tout à fait avec le point primitif d'équilibre et indique un certain déplacement du fil dans le sens de la torsion.
La force qui sollicite les sphères ou les disques à tourner avec l'électro-aimant est assez grande pour qu'on parvienne à détruire et à renverser le premier mouvement en donnant à l'électro-aimant la rotation contraire.
Pour dissiper toute espèce de doute sur l'existence de quelque trace de matière magnétique dont la présence aurait été cachée dans ces mélanges par le pouvoir diamagnétique de la résine, comme cela arrive avec les mélanges d'acide stéarique et de colcothar, j'ai oxydé les poudres métalliques de cuivre et de bismuth, et j'ai soumis les oxydes à l'électro-aimant tournant; l'action a été nulle et je n'ai observé que quelques oscillations sem-
blables à celles du phosphore et de Tacide stéarique.
Ainsi donc, nous pouvons tirer de toutes ces expériences, que j'ai cru nécessaire de vous décrire minutieusement, la conclusion suivante : des mélanges homogènes isolants et diamagnétiques^ formés de colophane et de poudre de cuivre, dont les particules ont à peu près jjj- de millimètre de dimension^ éprouvent faction de l'électro-aimant tournant^ comme les corps conducteurs et les corps magnétiques^ et n'en diffèrent que par des effets beaucoup plus faibles.
J'ai fait osciller des disques ou des sphères de ces mélanges, suspendus avec un fil de cocon, en présence des pôles d'un électro-aimant puissant, et j'ai trouvé, comme dans l'expérience fondamentale d'Arago, des différences marquées et constantes dans le nombre des oscillations que ces corps faisaient pour descendre d'un certain nombre de degrés.
L'influence sur les oscillations de l'aiguille et la propriété de tourner avec Télectro -aimant ont toujours été plus grandes pour le mélange de poudre de cuivre que pour celui de bismuth.
J'ai enfin recherché si, en faisant tourner ces mélanges en face de l' électro-aimant, on obtenait des phénomènes semblables à ceux produits par une lame métallique. Vous avez vu, à la fin de la leçon précédente, qu'en faisant tourner une lame de matière magnétique en face des pôles d'un électro-aimant, on obtenait des signes trèsforts d'induction, et qu'avec une lame de cuivre les courants induits étaient de sens contraire. J'ai donc fait tourner avec le même appareil une lame formée de fragments très-minces de cuivre obtenus par la galvanoplastique , isolés entre eux par une couche de résine ; le poids moyen
158 COURS SPÉCIAL SUn L^INDUGTION, ETC.
de chacun de ces fragments n'excédait pas 2 à -3 milligrammes. Le courant induit obtenu était constant et de 8 à 10 degrés au galvanomètre très-délicat déjà employé dans des expériences semblables sur des lames métalliques continues: ce courant était dans le même sens qu'avec ces lames et augmentait avec la vitesse de rotation. En remplaçant les morceaux de cuivre par des cylindres de bismuth qui avaient à à 5 millimètres de diamètre et de hauteur, j'ai obtenu encore des effets d'induction dans le même sens et très-distincts, quoique plus faibles. Je n'ai pu obtenir des signes constants et assez marqués d'induction en opérant avec les mélanges formés de poudre métallique très-fine et de résine.
Comment doit-on interpréter les phénomènes du magnétisme de rotation produits dans des corps isolants et privés de matière magnétique? quelle est 1 influence que l'état de division du métal qui entre dans ces corps exerce sur ces phénomènes? y a-t-il une relation entre la cause de ces phénomènes et celle du diamagnétisme, et si cette relation existe, quelle en est la signification physique?
Voilà les questions principales qui sont soulevées par les résultats des expériences que je vous ai décrites ; quoique préocupé depuis longtemps de leur solution, j'ai à peine l'espérance de pouvoir vous en donner les premiers éléments. L'idée qui se présente d'abord à l'esprit pour expliquer le magnétisme de rotation des mélanges de résine et de cuivre très-divisé, et qu'il fallait examiner premièrement, est celle de considérer les petites particules métalliques de ces mélanges sujettes à l'action de l'aimant tournant, comme les secteurs du disque coupé et produisant ainsi des effets dont l'intensité serait propor-
tionnelle à la quantité de la matière et au degré de sa division.
Je ne m'arrêterai pas dans cet examen à des remarques qui ne pourraient inspirer aucune confiance, sur les effets comparatifs des forces développées par l'aimant tournant dans des circonstances très-différentes, et mesurés dans un cas par la torsion du fil d'argent et dans l'autre par la durée des révolutions du corps suspendu au fil da cocon. Coulomb, dans un de ses célèbres Mémoires, a bien donné un nombre qui exprime la force de torsion d'un fil de cocon ; mais pour en déduire le rapport qui existe avec le nombre qui exprime la force de torsion d'un fil d'argent, il fallait supposer que les lois de la torsion trouvées sur les fils métalliques pussent s'étendre également aux fils de cocon, ce qui est loin d'être vérifié par les expériences même les plus élémentaires. On ne pourrait pas non plus se fier au résultat d'une expérience directe, que je n'ai cependant pas manqué de faire, en soumettant à l'action du même aimant tournant un petit disque de cuivre, suspendu, dans un cas à un fil d'argent très-long, et dans l'autre à un fil comme on l'obtient du cocon, mais pris très-court, afin d'obtenir dans ce disque deux déviations fixes et comparables. Le fil d'argent, qui est celui que j'ai employé dans ma balance de torsion, a 102 centimètres de longueur, et celui de cocon 4 millimètres ; les déviations fixes du disque ont été de 6 degrés { avec le premier fil et de 335 degrés avec le second. En appliquant la loi de la longueur des fils, ce qui ne peut pas se faire rigoureusement, comme nous l'avons déjà dit, la force de torsion trouvée dans le fil d'argent serait treize mille fois plus grande que celle du fil de cocon.
Voyons maintenant à quelle conséquence on arrive en tenant compte de l'influence de la division.
Un disque de cuivre qui pèse lg%400 et qui a 20 millimètres de diamètre suspendu au fil de torsion convenablement tendu par uu cylindre de soufre, est sollicité, sous l'action de l'aimant tournant, à la distance de 4 millimètres des pôles par une force mesurée par 8 degrés du micromètre. Si on fait sur ce disque des sections diamétrales, nous obtiendrons une diminution dans la force développée par r électro-aimant, et nous avons vu dans la leçon précédente que cette diminution varie avec le nombre de ces divisions jusqu'à une certaine limite, au delà de laquelle la diminution augmente dans une proportion plus rapide. Nous avons vu aussi que cette proportion est encore plus rapide si l'on opère sur des disques faits avec des lames métalliques plus minces. Prenons un disque formé d'un mélange homogène de poudre de cuivre très-divisée et de résine, suspendu à un fil simple de cocon à la même hauteur des pôles de l' électro-aimant tournant : ce disque, qui contient 700 milligrammes de poudre de cuivre,
c'est-à-dire la moitié du poids du premier disque, fait plusieurs révolutions ; et si l'aimant continue à tourner, il s'arrête à une nouvelle position d'équilibre dans laquelle son fil de suspension reste tordu de plusieurs circonférences. Si l'on réfléchit que les 700 milligrammes de cuivre sont formés de particules de fJo de millimètre, qui par conséquent sont distribuées au nombre de plusieurs millions dans ce disque, dont l'épaisseur est triple de celle du disque de cuivre, on est forcément conduit à la conclusion suivante : puisque les effets développés dans un disque de cuivre par l'aimant tournant diminuent, dans un certain rapport, avec le nombre de ses sections, si l'on admet qu'en poussant très-loin la division, la diminution continue dans un rapport comparable à celui qu'on trouve lorsque cette
QUATRIÈME LEÇOn. IGl
division est eucore très-limitée, il est évident que la force qui produit la rotation du disque continu ne pourrait exercer aucune ai lion sur les mélanges de résine et de poudre de cuivre ou de bismuth très-divisés.
Mais le secours d'cxpiiriences directes ne m'a pas manqué pour démontrer que, dans un mélange de résine et d'une poudre métallique dont les particules ont déjà de très- petites dimensions, l'effet de l'aimant tournant diminue par la division ultérieure de ces particules dans une proportion d'autaut moindre que cette division est plus grande.
Je ne crois pas nécessaire de vous décrire toutes les expériences très-nombreuses par lesquelles j'ai démontré cette proposition, et je me bornerai à celles que je crois les plus propres à la rendre évidente.
Vous avez vu dans la leçon précédente que la force développée par l'aimant tournant dans un disque se réduisait à la moitié si le disque était coupé en quatre secteurs, à un quart si ces secteurs étaient huit, à. un dixième avec seize secteurs, et enfin à deux centièmes quand le nombre des secteurs était trente-deux. J'ai préparé deux disques avec des morceaux de fil de cuivre qui avait 2 millimètres d'épaisseur, séparés entre eux par une couche de résine. Un de ces disques était formé de 212 morceaux, pesant chacun 230 à250 milligrammes, et l'autre était formé de 433 morceaux, qui pesaient chacun à peu près la moitié de ceux du premier disque : les forces développées par l'aimant tournant et mesurées par la torsion ont été, dans le rapport de 1 : ï, tandis que le nombre des morceaux n'a augmenté que de 1 : 2.
Passons à des disques formés de lames de cuivre trèsmiaces, s uspendus k un fit simple de cocon. Je construis
un disque avec six lames très-minces, pesant en tout 625 milligrammes et ayant 21 millimètres de diamètre. Les six disques sont isolés entre eux par une couche de résine, et le poids du disque composé est de 1*%120. Je mesure l'effet de Télectro-aimant tournant d* abord sur ce disque coupé en huit secteurs, et ensuite sur un disque de la même épaisseur et du même diamètre, formé de 380 à AOO morceaux obtenus en coupant les mêmes lames de cuivre, et qu'on isole entre eux en les mêlant avec de la résine. Les deux disques étant à la même distance de 8 millimètres des pôles, la force tangentielle mesurée par la durée des révolutions était, pour le disque diyisé en un plus grand nombre de parties , ^ de celle du disque divisé en quarante-huit secteurs égaux. On voit déjà, dans ces deux expériences, que l'effet de la division est moins grand que celui obtenu lorsque cette division est encore très-limitée.
En continuant à couper ces 400 morceaux jusqu'au nombre de 2000 à peu près, et en composant avec ces morceaux ainsi réduits un disque semblable au précédent, la force développée par l'aimant tournant à la distance de 4 millimètres des pôles, dans le disque de cuivre le plus divisé, était de J de celle de l'autre disque. J'ai eu soin, après avoir dissous avec de l'alcool la résine qui réunit les 400 morceaux , et après les avoir réduits à 2000 à peu près, de les tenir pendant un certain temps dans l'acide chlorhydrique étendu. J'ai dû, dans cette dernière expérience, diminuer la distance des disques des pôles pour obtenir des effets plus marqués.
Je vous décrirai en dernier lieu le résultat obtenu avec deux disques suspendus à la hauteur de 7 millimètres des pôles, de dimensions égales et formés de 625 milligrammes de cuivre et de résine : un de ces disques était composé de
QDATRIÈMB LEÇOH. 163
400 morceaux, et l'autre de poudre très-fine obtenue par le procédé déjà décrit. La force développée dans ce second disque, qui contenait quelquesinillions de particules de cuivre isolées entre elles, était j^ de la force du premier disque. Il est donc démontré que, dans les mélanges de fragments métalliques et de résine, la division exerce une Illuence d'autant moindre pour diminuer la force déveppée par l'aimant tournant, que cette division est plus ■ande. On pourrait donc s'attendre à trouver que cette rce serait restée constante, et même serait devenue plus ande dans un mélange formé de résine et de poudre métallique très-divisée, que celle d'un autre mélange contenant la même proportion de résine et une poudre métallique moins divisée. L'expérience a pleinement confu-mé cette prévision. J'ai déjà dit comment, avec un procédé semblable au bocardage, j'obtenais du cuivre
Wjtfécipité sur l'électrode négative, des poudres plus ou jilolDS fines. J'ai préparé avec ces différentes poudres des âîsquesdeSOmillimètresde diamètre, qui pesaient 1",120, etcontenaient 625 milligrammes de poudre métallique uniformément mêlée avec de la coloph-ine. Ces disques, qu'il faut préparer avec soin pour être sûr de l'homogénéité des mélanges et du diamagnctisine de la résine et de la poudre métallique dont ils sont formés, étaient suspendus sous r électro-aimant tournant {/îff, 12) à un fil simple de cocon, à la hauteur de û millimètres sur les pûles. Maigre la grande différence qui existait entre le degré de division des poudres métalliques qui entraient dans ces disques, j'ai trouvé que les effets développés par l'aimant tournant n'ont été que très-peu dillérents entre ces disques, et qu'il y avait un état de division iotenaédiaire qui donnait lieu constamment à des effets un peu plus grands que ceux
i6/i COURS SPÉCIAL SUR l'INDUCTION, ETC.
obtenus par des poudres un peu plus ou un peu moins fines. On. devait aussi s'attendre à trouver que la poudre de cuivre dans Tétat de la plus grande division aurait été moins^ active, à cause de la transformation d'une partie du métal en oxyde au moment où cette poudre est mêlée à la résine fondue. Cette supposition est, en effet, appuyée par les effets obtenus sur les disques ou les sphères formés avec la poudre de bismuth. J'ai déjà dit que cette poudre est obtenue par le procédé de bocardage pratiqué sur le bismuth broyé dans un mortier de marbre, et tamisé avec une toile de batiste très-fine. J'ai comparé ces disques de poudre de bismuth à ceux formés avec la poudre de cuivre, en me mettant dans les mêmes circonstances pour les poids, le diamètre et la composition, et pour leur distance des pôles. Les effets développés par l'aimant tournant ont été trouvés constamment un peu plus grands sur les disques de poudre de cuivre que sur ceux de poudre de bismuth, et, dans ces derniers, la poudre plus divisée a été plus active que celle qui était moins divisée. Ainsi donc, lorsqu'on a une masse métallique déjà divisée en un grand nombre de particules séparées entre elles par une matière isolante, et uniformément distribuées dans le mélange, la force développée dans cette masse par l'aimant tournant est à peine diminuée et cesse bientôt de l'être, par un degré ultérieur de division. Si Ton continue à pousser la division aussi loin que l'on peut avec les moyens mécaniques et physiques, cette force, au lieu de rester stationnaire, éprouve une augmentation; cette augmentation se manifeste sur des mélanges de résine et de particules métalliques d'autant moins petites qu'elles appartiennent à un métal moins conducteur de l'électricité.
Quel est doncTeffel de la division? Faut-il imaginer que l'état de division et l'enveloppe isolante des particules métalliques mettent en évidence une force qui était neutralisée par l'agrégation et par l'état solide de la matière?
Recourons encore à l'expérience. Nous savons ce qui arrive si un petit disque ou un globule de cuivre est suspendu à un fil de cocon en face du pôle d'un électro-aimant terminé par une extrémité conique. En fermant le circuit, le globule est brusquement repoussé et retombe immédiatement dans la verticale, et, si l'on ouvre alors le circuit, le globule est brusquement attiré vers le pôle. Substituons à ce globule de cuivre un petit flocon de poudre de cuivre qui conserve souvent un tant soit peu d'agrégation après avoir été chauffée au milieu du gaz hy~ drogène, ou bien un disque de papier mince sur lequel on a étendu un peu d'eau gommée, et ensuite répandu de la poudre de cuivre. En fermant le circuit de l' électro-aimant, le flocon ou le disque est repoussé du pôle ; mais, cette fois, il reste dévié de la verticale et éloigné du pôle, après avoir fait un nombre d'oscillations qu'on voit diminuer à mesure qu'on emploie de la poudre moins fine ou que l'on comprime davantage celle qui compose le flocon.
La propriété que l'état d'agrégation neutralise dans le cuivre soumis à l'aimant est donc celle de la répulsion diamagnétique.
Faut-il maintenant s'empresser de considérer la propriété du magnétisme par rotation des mélanges de poudres de cuivre et de résine, comme dues à des forces électromotrices induites dans les particules métalliques, et rendues plus grandes par leur action réciproque et à
cause de leur isolement? Attribuant la cause du diamagnétisme à Finduction moléculaire, ne pourrait-on pas concevoir que certains corps diamagnétiques n'acquièrent pas, comme le phosphore, le soufre, etc., la propriété du magnétisme par rotation, à cause d'une espèce de pouvoir coercîtif Xvo^ fort?
C'est à la fin de ce cours, et après avoir étudié l'action générale du magnétisme et la relation qui existe entre la force moléculaire et la force magnétique, que vous pourrez concevoir la possibilité de résoudre ces questions en s* appuyant sur une hypothèse qui nous paraît résulter de l'ensemble des faits qui forment le sujet de ce cours, et dont la vérité nous paraît devenir chaque jour plus manifeste.
CIHQTIIÈHE LEÇON. 167
Àclioo universelle du magnétisme. — Phénomènes dia magnétiques.
Polarités magnétique et diamagnétique.
Nous nous sommes longuement étendu sur les courants induits développés dans une masse métallique qui tourne en présence d'un aimant ou qui est soumise à un aimant en rotation ; nous avons vu comment les courants induits, qui n'ont qu'une durée très-courte, peuvent produire des mouvements qui s'accélèrent avec le temps, toutes les fois que la rotation renouvelle les points sur lesquels l'induction s'exerce. Nous avons insisté dans la dernière leçon sur des expériences qui prouvent que les effets du magnétisme par rotation peuvent se développer dans des masses absolument privées de matière magnétique et formées d'un mélange homogène de particules métalliques trèsfines et de colophane ou de quelque autre matière isolante. Passons maintenant à l'étude de l'action de l'aimant sur tous les corps. 11 n'y a pas longtemps que les physiciens admettaient seulement dans le fer et dans quelques-uns de ses composés la propriété d'être attirés par l'aimant. C'est Coulomb qui en 1812 a annoncé le premier que de très-
168 COURS SPÉCIAL SUR l'induction, etc.
petites aiguilles d'or, d'argent, de cuivre, etc., oscillaie un peu plus rapidement entre les pôles d'un aimant qu lorsqu'elles étaient soustraites à l'influence magnétique.
Ce résultat, qu'on ne sauraitexpliquer aujourd'hui sans imaginer que les métaux employés par Coulomb sous la formed'aiguilles, qui n'avaient que^ de millimètre d'épaisseur, contenaient une certaine quantité de fer, conduisait ce célèbre expérimentateur à chercher sur des mélanges formés de proportions différentes de cire et de limaille de fer, quelle était la quantité de ce métal qui aurait suffi à expliquer les effets trouvés dans les métaux considérés comme non magnétiques. C'est d'après ces recherches que Coulomb resta dans le doute si l'action magnétique très-faible qu'il avait découverte était due à une quantité de fer, très-petite et insaisissable à l'analyse chimique, contenue dans les corps supposés inactifs, ou a une action de l'aimant plus générale qu'on ne le croyait alors.
Les grandes découvertes de Oersted et d'Ampère étaient à peine achevées, lorsque Arago trouva que tous les métaux agissent sur le fer doux, pendant qu'ils transmettent un courant électrique. M. Becquerel, père, avait aussi observé que des corps très-faiblement magnétiques et qui ont une forme oblongue, prennent sous l'action d'un courant électrique une direction différente de celle d'une aiguille de fer.
D'un autre côté on savait par une observation très-ancienne de Brugmanns, vérifiée plus tard par Lebaillif, de Haldat, Seebeck, MM. Becquerel, Saigey, Hausteen, etc., que le bismuth et l'antimoine sont repoussés par l'aimant.
Mais c'est encore à Faraday que nous devons la véri-
table découverte de Taction répulsive de Faimant sur un grand nombre de corps appelés par lui diamagné tiques, et celle de la propriété qu'ont ces corps, lorsqu'ils ont une forme oblongue, de se diriger perpendiculairement à la ligne polaire.
Depuis cette découverte de Faraday, qui fut connue dans le mois de novembre 18â5, la science s'est enrichie d'une foule de faits importants, et des rapprochements nouveaux se sont établis entre le magnétisme et les autres branches de la physique. Néanmoins, ce grand progrès, qui a ébranlé des théories célèbres, n'a pas encore amené la découverte d'une loi ou d'un principe général; de là vient la difficulté que j'éprouve à vous exposer, dans une seule leçon, avec l'ordre et la critique indispensables dans un cours, les connaissances nombreuses et très-variées que nous possédons aujourd'hui sur Y action universelle du magnétisme.
C'est généralement avec des électro-aimants très-forts qu'il faut opérer pour découvrir les propriétés magnétiques des corps privés de fer. A cet effet, on a un électro-aimant [fig. 14) e)i fer à cheval, qui porte des pièces prismatiques en fer doux, fixées sur les surfaces polaires {(ig. 19 et 26). En rapprocliant plus ou moins les extrémités de ces prismes, terminées, ou en demi-sphères, ou en pointes, ou en surfaces planes et très-étendues, on réussit à faire varier l'intensité et la distribution des forces magnétiques entre les deux pôles. Pour essayer quels sont les propriétés et les mouvements développés dans un corps par l'action magnétique, on le suspend à un fil de cocon, très-près d'une des extrémités polaires, ou plutôt dans l'angle qui est formé par la réunion de ces extrémités, quand elles ont la forme sphérique ou conique
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et qu'elles sont mises en contact. On peut rendre les mouvements excités par l'aimant encore plus faciles, en fixant le corps à l'extrémité d'une tige très-mince de paille ou d'ivoire, suspendue horizontalement à un fil de cocon. On peut enfin donner au corps la forme d'un cylindre ou d'une aiguille, et le suspendre ainsi par son milieu au fil de cocon, de manière qu'il puisse tourner librement dans un plan horizontal qui passe par les pôles de l'électroaimant.
Lorsqu'on ferme le circuit et que 1* électro-aimant entre en activité, le corps sera ou attiré ou repoussé, et, s'il est en forme d'aiguille, il sera dirigé dans la ligne polaire, ou repoussé normalement à cette ligne. Si l'on veut mesurer la force qui sollicite le corps à se porter vers le pôle, ou à s'en éloigner, on le suspend à un fil d'argent très-fin, et on détermine cette force par la torsion nécessaire à ramener le corps dans la position qu'il occupait avant l'action magnétique. On mesure aussi la force développée par l'aimant à l'aide d'une balance très-délicate; à cet effet, on suspend le corps très-près d'un pôle à un des plateaux, et on mesure le poids qu'il faut pour rétablir l'équilibre troublé par l'action magnétique. Il y a des cas dans lesquels on donne au, corps la forme d'un cylindre qu'on fait osciller entre les pôles de l' électro-aimant.
On conçoit qu'il est nécessaire, dans l'emploi de ces différents procédés, d'opérer sur des corps aussi purs que possible, d'avoir constantes les distances, la forme et les dimensions des corps qu'on veut comparer, ainsi que les forces électromagnétiques. Comme on est obligé d'enoh ployer des forces très-grandes et qui agissent à des distances très-petiies, les moindres difi'érences suffisent pour que les résultats ne puissent plus se comparer entre eux.
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(oumettons maintenant, l'un après l'autre, un grand nombre de corps à l'action de l'électro-aiinant, et pour cela réduisons ces corps en fragments qui aient la forme de petits globules ou de cubes aussi réguliers que possible, et suapendons-les à un fd simple de cocon à l'aide d'un nœud ou d'une très-petite goutte d'eau gommée. Ce petit pendule est porté à une très-petite distance du pôle ou de l'angle des deux pôles réunis. Quel que soit le corps solide sur lequel on fait agir l' électro-aimant, on n'a pas réussi jusqu'ici à en trouver un seul qui fût indifférent à cette action : nous avons déjà dit qu'il y a un certain nombre de corps qui sont attirés vers l'aimant et un plus grand nombre qui en sont repoussés, et nous ajouterons maintenant que ces effets ont lieu également en employant l'une ou l'autre des extrémités polaires de l' électro-aimant ou toutes les deux à la fois très-rapprociiées entre elles. Commençons par signaler le fer qui est attiré parTaîmant avec une force très-grande, et qu'on ne peut comparer à celle qui agit sur tous les autres magnétiques et surtout avec la force que l'aimant exerce en sens contraire sur les corps diamagnétiques. Le nickel, le cobalt, le manganèse, le chrome, le platine, le titane, le cérium, le palladium, l'osmium viennent après le fer dans l'échelle des métaux magnétiques; nous ne connaissons pas de corps, si on excepte l'oxygène, qui soit attiré par l'aimant, s'il ne contient pas les métaux que nous avons nommés ou leurs composés. La liste des corps diamagnétiques est trèsnombreuse; l'arsenic, l'antimoine et surtout le bismuth occupent le premier rang. En réduisant à l'état de poudre très-fine le cuivre et l'argent et en détruisant ainsi leur conductibilité, on voit ces métaux, comme je vousl'ai déjà mtré dans la leçon précédente, repoussés par l'aimant.
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A côté du bismuth et de rantimoine viennent le phosphore, le phosphore rouge de Schrôtter, le sélénium, le diamant, le souffre et tous les corps d'origine organique pris à Tétat de cristallisation afin d'être sûr de leur pureté ; je me borne ici à en signaler un certain nombre dans lesquels j'ai trouvé le pouvoir diamagnétique trèsdistinct, tels que l'acide stéarique, le sucre, la naphtaline, la strichnine, l'urée, l'asparagine, la salicine, la cafféine, l'indigotine, la créatine, le camphre, l'acide cacodilique, la cire purifiée, etc.
Il est facile de reconnaître sur un grand nombre de corps liquides des propriétés semblables. A cet effet, on remplit de liquide une petite boule de verre aussi mince que possible, ou un tube de plume d'oie. Parmi les liquides magnétiques, il faut nommer toutes les solutions ferrugineuses ; les liquides diamagnétiques sont : le sulfure de carbone, les huiles fixes et les essences, le mercure, l'eau, l'alcool, etc. L'action de l'aimant s'exerce aussi sur les gaz et particulièrement sur l'oxygène, dont la propriété magnétique est bien distincte. Nous examinerons plus tard les effets de l'aimant sur les corps liquides et gazeux, dans lesquels ces effets donnent lieu à des pressions et à des changements de forme à cause de leur état moléculaire. Ces remarques suffisent pour le moment à nous faire comprendre que dans les mouvements excités dans un corps solide par l'aimant, on ne peut considérer comme nulle l'influence du milieu liquide ou gazeux qui l'entoure.
Étudions maintenant avec plus de soin les lois de ces mouvements, et imaginons, pour plus de simplicité, que le fragment du corps suspendu au fil de cocon et soumis à l'aimant soit amorphe et réduit en forme de cube ou de
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sphère. Au moment où T action magnétique commence, ce corps, suivant sa nature, s'approche ou s'éloigne de l'extrémité polaire, et, après un certain nombre d'oscillations plus ou moins rapides, s'arrête à une certaine distance de la verticale. Pour concevoir ces phénomènes, on pourrait imaginer que la force de l'aimant modifie Y état magnétique de ce corps et que ses mouvements sont excités par l'action réciproque qui se développe entre la force de l'aimant et une force de même nature qui serait induite dans le corps dans une certaine direction. Il se présente ici une grande différence entre les corps magnétiques et le fer principalement et les corps diamagnétiques. Nous disons que le fragment de fer est magnétisé par induction et qu'il acquiert des pôles magnétiques en vertu desquels il agit sur des fragments semblables, comme le ferait un aimant. Dans les corps diamagnétiques cette polarité n'existe pas ou elle est excessivement faible, et l'expérience n'a pas encore démontré qu'un corps diamagnétique, en présence de l'aimant, exerce une action quelconque sur d'autres corps semblables.
Ces principes posés, tâchons de découvrir quelle est la distribution des forces qui émanent de l'aimant, et qui agissent sur les corps magnétiques et sur les diamagnétiques. A cet effet, commençons par faire agir l'aimant sur de la poudre très-fine de fer ou de bismuth, uniformément répandue sur une feuille de papier. Considérons d'abord l'action d'une seule extrémité polaire réduite en forme de pointe, placée verticalement afin de concentrer autant que possible la force magnétique dans l'axe de cette pointe. Les particules de fer se rassemblent sur le pôle et se réunissent en lignes qui, à une extrémité, adhèrent ensemble et se resserrent au-
tour de la pointe polaire et, de l'autre, forment une espèce de houppe dont les filets divergent en s' éloignant de Taimant. Avec la poudre de bismuth, on voit se former sur le papier un disque dont le centre est la pointe de la pièce polaire d'où les particules métalliques sont repoussées. Pour faciliter la formation de ces lignes, il faut donner de petits coups sur le papier, ce qui, en soulevant la poudre métallique de la feuille, rend plus libres les mouvements des petits fragments. Entre les extrémités polaires opposées ces phénomènes sont plus compliqués. On sait que si on emploie de la limaille de fer très -fine, on obtient les lignes ou courbes magnétiques qu'on peut fixer et conserver en appliquant sur le papier où elles se sont produites une autre feuille imbibée d'une solution concentrée de gomme. Ces lignes sont formées par des séries de grains de fer, transformés en aimants qui adhèrent entre eux dans la direction de leurs pôles. On pourrait également tracer ces lignes en parcourant tous les points du champ magnétique avec une très-petite aiguille aimantée suspendue de manière à ne pouvoir tourner que dans le plan de son axe magnétique-, en faisant mouvoir l'aiguille dans le sens de sa longueur, on trouverait dans tous les points la direction de son axe tangente à une courbe magnétique.
Lorsqu'on fait l'expérience sur la poudre de bismuth en employant les deux pôles terminés en pointe et placés à une petite distance entre eux, on n'aperçoit pas de différence dans la forme des deux disques ainsi formés. Si l'on change la forme des extrémités polaires ou leur distance, si, au lieu des pôles de nom contraire, on met en présence des pôles de même nom, si entre ces pôles on place des barreaux aimantés ou des morceaux de fer doux
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qui deviennent bientôt des aimants, la forme des courbes magnétiques change immédiatement, car ces courbes, comme nous venons de le dire, tracent toujours géométriquement les points du champ magnétique où sont appliquées les résultantes des forces polaires suivant lesquelles les particules de fer se dirigent.
Imaginons maintenant un fragment magnétique ou diamagnétique suspendu entre les deux pôles et libre de se mouvoir dans tous les sens ; la direction dans laquelle ce fragment sera sollicité à s'approcher ou à s'éloigner^des pôles n'est pas donnée par celle des courbes magnétiques. Faraday, depuis ses premières expériences sur le diamagnétisme , avait très-bien observé qu'un fragment de bismuth peut tantôt se mouvoir suivant ces courbes et tantôt les traverser, mais que l'essentiel dans ces mouvements est que ce fragment se transporte dans les points où l'action magnétique est plus faible. M. Thompson qui a déduit de l'analyse la démonstration de cette vérité, a donné aussi quelques exemples de mouvements de petites boules de fer convenablement suspendues entre les pôles, qui prouvent qu'un corps, suivant qu'il est magnétique ou diamagnétique, est toujours sollicité en présence de l'aiaiant, à s'approcher ou à s'éloigner des extrémités polaires, dans une direction qui est celle dans laquelle la force magnétique s'accroît ou diminue plus rapidement. On pourrait aussi imaginer de donner aux extrémités polaires des formes telles que, suivant ces mêmes principes, les corps diamagné tiques s'approcheraient de ces extrémités comme s'ils en étaient attirés, et les corps magnétiques se conduiraient comme s'ils en étaient repoussés.
Parmi les exemples de cette influence de la forme des
176 COURS SPÉCIAL SDR l'iNDUCTION, ETC.
extrémités polaires, je remarquerai ce qui arrive avec un pôle percé dans son axe : une aiguille de bismuth est repoussée vers le centre du trou et paraît attirée tandis qu'une aiguille de fer éprouve des mouvements contraires. Je puis vous montrer avec un procédé très-simple la loi de ces mouvements. Je dispose entre les pôles de Télectroaimant {fig. 19) une boîte carrée de cristal acfd dans laquelle je verse un liquide formé d'un mélange de 140 parties d'alcool concentré et de 20 parties d'une solution saturée de chlorure de fer ; ce mélange a à peu près la densité de l'huile d'olive. La solution ferrugineuse est magnétique, et l'huile est diamagnétique. Je commence par distribuer dans les différents points de la première masse liquide de petites gouttes d'huile de 2^ à 3 millimètres de diamètre qui y restent suspendues. Aussitôt qu'on ferme le circuit, les gouttes d'huile se mettent en mouvement, s'éloignent des surfaces polaires et se précipitent sur la ligne équatoriale suivant des courbes plus ou moins inclinées à mesure qu'on s'approche des bords des pôles. Si je renverse la disposition de ces deux liquides, on verra les gouttes ferrugineuses suspendues au milieu de l'huile suivre les mêmes lignes en s' approchant des surfaces polaires. 11 est rare qu'on parvienne à voir des gouttes magnétiques ou diamagnétiques s'arrêter au centre du champ magnétique; en plaçant d'avance un certain nombre de ces gouttes dans la ligne équatoriale on les verra dans un cas se précipiter vers le centre des surfaces polai* res et dans l'autre s'en éloigner suivant les mêmes lignes, et tendre à se séparer entre elles. Pour déterminer exactement la direction de ces mouvements, on n'a qu'à coller sur le fond de la boîte un papier divisé en petits carrés égaux sur lesquels on rapporte la position successive de
ces gouttes. Si Ton mêle les deux liquides en quantités à peu près égales, de manière à ce qu'il y ait des gouttes d'huile dans tous les points de la masse, on verra [fig. 19), lorsque l'action magnétique commence, ces liquides se séparer en deux régions ; le liquide ferrugineux se rassemble en contact des surfaces polaires sous la forme de deux demi-sphères entre lesquelles se logent les gouttes d'huile ; à mesure que les pôles sont plus rapprochés, ces demisphères s'approchent aussi, et ce n'est que quand ils sont à une très-petite distance qu'on voit le liquide ferrugineux former une couche continue au milieu. Les formes des surfaces de séparation des deux liquides sont si régulières et si constantes, que la moindre variation dans la force d'un des pôles ou dans la distribution de la masse liquide est tout de suite manifestée par une dissymétrie dans ces figures. Je vous ferai voir encore ce qui arrive lorsque la masse des deux liquides mêlés est en contact avec l'angle formé par les deux extrémités polaires réunies : dans ce cas, les deux liquides sont séparés par une surface courbe plus ou moins concave en dehors, et qui a son sommet dans la ligne polaire, si tout est symétrique autour de cette ligne.
A ces mouvements d'attraction ou de répulsion des différents corps soumis à l'aimant correspondent les deux positions qu'ils prennent entre les pôles, lorsqu'ils ont une forme oblongue et qu'ils sont suspendus horizontalement par leur centre de gravité. Imaginons d'avoir des surfaces polaires carrées et étendues, de manière que les forces magnétiques soient distribuées uniformément entre les pôles; si la matière de l'aiguille suspendue dans ce champ est capable de polarité, de manière que par l'action mutuelle de ses parties les forces qui en éma-
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nent n'aient pas la même intensité dans tous les points, comme il arrive avec le fer, T aiguille se placera avec son axe tangent aux courbes magnétiques et sera dirigée avec une grande force dans la ligne polaire. Le même mouvement aurait lieu, mais avec une force moins grande, si Taiguille était d'une matière attirée par l'aimant, sans être susceptible de polarité qu'à un degré très-faible, car les différentes parties de cette aiguille ne seront en équilibre qu'après s'être placées à la plus petite distance possible des pôles. On conçoit également qu'avec des aiguilles formées de corps diamagnétiques dont la polarité paraît nulle, la position d'équilibre entre les pôles résulte de l'action que nous avons déjà étudiée, par laquelle ces aiguilles sont sollicitées à se transporter dans les points où l'action magnétique est la plus faible. On dit que les corps diamagnétiques prennent la direction êquatoriale et les corps magnétiques la direction axiale.
En ayant une grosse goutte d'huiler {fig. 20) suspendue au milieu du liquide ferrugineux entre les pôles de Télectro-aimant ou une goutte du liquide ferrugineux au milieu de l'huile, on voit la goutte diamagnétique s'allonger dans la ligne êquatoriale et presque toujours s'enfuir d'un côté ou de l'autre, et dans le second cas subir les mêmes changements suivant la ligne polaire.
Avant d'abandonner l'étude des phénomènes de la direction des corps magnétiques et diamagnétiques entre les pôles, il est important de considérer ce qui arrive dans les premiers lorsqu ils sont doués d'une faible polarité. Voici d'abord quelques expériences qui nous feront comprendre pourquoi des aiguilles dans lesquelles la polarité magnétique ne peut se propager facilement ou de la même manière dans toute les directions, se placent en équilibre
dans la ligne équatoriale. Je suspends entre les pôles d*un électro-aimant un cylindre de cire de 100 millimètres de longueur et sur lequel sont fixés normalement à sa longueur de petits bouts de fils de fer de 3 ou 4 millimètres et séparés entre eux par une intervalle de 8 à 10 millimètres. Lorsque Félectro-aimant agit, le cylindre se dirige dans la ligne équatoriale; c'est que, dans cette position, chaque petit bout de fil de fer, devenu aimant, se dirige dans la ligne polaire. Si on augmente le nombre de ces petits bouts jusqu'à ce qu'ils se touchent, le cylindre de cire finira par se placer dans la ligne polaire. Un cylindre de cire sur lequel sont fixés de petits disques de fer se comporte de la même manière, suivant que ces petits disques sont placés ou normalement ou parallèlement à l'axe du cylindre. J'en dirai autant d'une spirale de fil de fer dont les spires sont plus ou moins rapprochées entre elles.
On avait imaginé d'expliquer l'équilibre des aiguilles diamagnétiques dans la position équatoriale par une polarité magnétique transversale^ semblable à celle dont je viens de vous donner plusieurs exemples ; mais il ne fallait pas oublier, en essayant de donner cette explication du diamagnétisme, que les moindres globules de bismuth ou de tout autre corps diamagnétique , sont repoussés par l'aimant.
Il est temps d'arriver aux lois fondamentales des actions magnétiques et diamagnétiques. Comment ces actions varient-elles avec les intensités des forces inductrices, avec la masse des corps induits, et avec les distances?
On comprendra facilement toutes les difficultés associées à la recherche de ces lois, si l'on pense qu'on est obligé de recourir à des forces magnétiques très-puissantes, de placer les corps induits à des distances très-
180 COURS SPÉCIAL SDR l'INDUCTION, ETC.
petites des extrémités de l'aimant, et de tenir compte de l'influence da milieu et de l'état d'agrégation et de cristallisation de ces corps.
Lorsque Coulomb étudiait les lois élémentaires des forces magnétiques, il suspendait à un fil de cocon un fil d'acier pesant 70 grains, d'un pouce de longueur, aimanté par la méthode de la double touche; après que cette aiguille s'était arrêtée dans le méridien magnétique, il plaçait verticalement dans ce méridien un fil d'acier également aimanté, de 25 pouces de longueur, de manière que son extrémité fût toujours de 10 lignes au-dessous du niveau de l'aiguille horizontale, c'est-à-dire avec le pôle dans le plan de cette aiguille. Coulomb faisait ensuite osciller cette aiguille à des distances différentes du pôle de l'aimant vertical, comptait le nombre des oscillations faites dans un même nombre de secondes, et mesurait les distances entre le pôle et le centre de l'aiguille. C'est de cette expérience qu'il déduisait la proposition suivante qui a été jusqu'ici le fondement de la théorie du magnétisme : le fluide magnétique agit par attraction ou répulsion, suivant la raison composée directe de la densité du fluide et la raison inverse du carré des distances de ses molécules. La démonstration expérimentale de cette loi, telle que Coulomb l'a donnée, suppose donc la connaissance de la position des pôles et l'invariabilité de l'état magnétique des aimants. Ces deux conditions nous manquent entièrement lorsque nous agissons avec l' électroaimant sur des corps magnétiques semblables au fer doux et sur les corps diamagnétiques.
Avant de vous décrire les résultats des expériences tentées dans ces dernières conditions, je dois vous rappeler encore les expériences de M. Biot, qui ont déterminé Tac-
tion exercée entre un aimant et un conducteur voltaïque, et la formule avec laquelle Ampère a exprimé Faction de deux éléments de courants électriques, déduite directement de quelques cas d'équilibre électro-dynamique démontrée par expérience, et dont M. Weber a dernièrement fait connaître une nouvelle vérification expérimentale. Ces actions, quoique exercées entre des corps différents et dans des conditions en apparence si diverses, dépendent néanmoins de la même loi élémentaire qui est aussi celle des fluides magnétiques de Coulomb. En se représentant suivant l'hypothèse d'Ampère, les propriétés des aimants, comme dues au mouvement continuel de neutralisation des deux fluides électriques autour de leurs particules, on est amené à un seul principe, qui est le fondement de toute l'électro- dynamique-, c'est que la force électrodynamique produite par l'action réciproque de deux fils conducteurs qui transmettent des courants d'égale intensité, est proportionnelle au carré de cette intensité, et que les actions électro-dynamiques sont régies à distance par les mêmes lois que les magnétiques.
Supposons maintenant de vouloir étudier l'action diamagnétique dans le but de découvrir si elle dépend de la même loi élémentaire des autres phénomènes électro-magnétiques. Cette recherche, qui se présente d'abord à l'esprit, ne peut se tenter qu'en agissant avec l'électroaimant, puisqu'un conducteur voltaïque ou des barreaux aimantés n'ont que peu [ou point d'action sur le bismuth, Il fallait donc commencer par connaître la relation qui existe entre l'intensité d'un courant électrique et celle de la force magnétique que ce courant développe dans un cylindre de fer doux.
MM. Lenz et Jacobi ont été les premiers à établir sur
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des expériences remarquables les deux propositions suivantes qu'on avait considérées jusqu'à ces derniers temps comme généralement vraies :
1° La force magnétique d'un électro-aimant, mesurée par son action sur une aiguille aimantée, est proportionnelle à la force du courant, multiplié par le nombre de tours ou spires de la bobine enveloppante ;
2° L'attraction de deux électro-aimants ou d'un électroaimant pour un cylindre de fer doux est proportionnelle au produit de leurs forces magnétiques ou à celui des forces magnétiques, inductrice et induite, c'est-à-dire qu'en supposant ces forces produites par des courants d'égale intensité, les actions réciproques sont proportionnelles aux carrés de cette intensité.
On à reconnu après que ces deux propositions ne sont vraies que dans certaines limites, et, à ce propos, je ne puis vous laisser ignorer un résultat qui est d'une grande importance pour la théorie du magnétisme, mis aujourd'hui hors de doute par les expériences de MM. Joule, Dub, MuUer, Poggendorff, et tout dernièrement par celles de M. Weber, On a trouvé que la force magnétique communiquée à un barreau de fer doux par un coursant éleotFique n'augmente pas avec l'intensité de ce courant, mais qu'elle tend toujours vers une limite qui est le point de saturation de ce barreau. Je ne m'arrêterai pas à vous décrire les nombreuses recherches qui ont été tentées dans des conditions différentes pour démontrer ce résultat et qui ne peuvent, par conséquent, s'accorder complètement entre elles. Lorsqu'on mesure la force magnétique d'un électro-aimant par son action sur une aiguille aimantée, ou sur un petit magnétomètre, il ne faut pas négliger Tin* fluence de la spirale, qui, restant constante, doit produire
des effets comparettivement différents suivant l'épaisseur du cylindre de fer doux. On doit aussi trouver des différences suivant qu on emploie des cylindres de fer, plus ou moins longs que la bobine, Malgré ces différences, il est toutefois hors de doute que Tétat magnétique du fer doux, surtout s'il est employé en cylindre d'un petit diamètre, n'augmente pas avec le courant magnétisant^ et parvient ainsi à un maximum que nous avons appelé point dQ saturation du fer.
Ce résultat devait nécessairement influer sur la seconde loi de MM. Lenz et Jacobi, et c'est en effet ce qu'on a trouvé en tenant le fer à une très-petite distance ou en contact des pôles de F électro-aimant. On peut voir, même avec des expériences très-grossières dans lesquelles on fait varier la distance enti'e un électro-aimant et une sphère de fer doux qu'on tient suspendue sur la surface polaire, que l'attraction augmente dans chacune de ces expériences d'autant moins, avec les mêmes accroissements du courant de l' électro-aimant, que ces distances sont plus petites. A cet effet, on suspend une boule de fer par un fil de laiton au plateau d'une balance, de manière à ce que le centre de Igi boule tombe sur l'aj^e de T électro-aimant ; on tient la boule à des distances différentes de la surface polaire, et pendant qu'on fait varier le courant dont Tintenfiité est mesurée avec le voltamètre ou avec une boussole des tangentes, on rétablit l'équilibre en ajoutant des poids différents dans l'autre plateau de la balance jusqu'à ce que la boule retourne à sa position primitive. Il ne faudrait pas conclure d'une manière générale de ces résultats, que les attractions magnétiques entre l'électro- aimant et le fer doux varient tantôt avec la simple force de l'électro-aimant ou de son courant et tantôt avec le carré
de cette force, suivant que ces attractions s'exercent au contact ou à de petites distances ; on s'exposerait ainsi à admettre l'existence d'attractions plus grandes dans le second cas que dans le premier. Il est certain que ces attractions sont absolument plus grandes à mesure que les distances diminuent, mais justement pour cela le magnétisme induit arrive plus tôt à son point de saturation.
Vous comprenez maintenant pourquoi j'ai dû vous parler de la force magnétique développée dans un électroaimant avant de vous décrire le résultat trouvé en faisant varier cette force en présence des corps diamagnétiques. M. Ed. Becquerel a tenté le premier cette recherche en mesurant avec la torsion la force répulsive développée dans le bismuth ou dans le soufre par le pôle d'un électroaimant mis en activité avec des courants plus ou moins intenses. M. Tyndall a fait des recherches semblables à celles de M. Becquerel, en employant le même procédé. J'ai moi-même fait un grand nombre d'expériences, en opérant avec des forces magnétiques très-puissantes : je mesurais les courants par l'eau décomposée dans le voltamètre, et je déterminais en même temps la durée de l'oscillation d'un petit cylindre de bismuth suspendu à un fil de cocon entre les pôles de l' électro-aimant. Ces différentes expériences, que MM. Ed. Becquerel et Tyndall ont étendues au fer pris aussi pur et aussi doux que possible, s'accordent à établir qu'un électro-aimant attire le fer doux et repousse le bismuth avec une force qui varie approximativement en proportion du carré de l'intensité du courant magnétisant.
Ce résultat a été obtenu en opérant avec des électroaimants très-puissants, c'est-à-dire avecdes aimants tem-
CIKQCIÈME L£ÇON. 185
poraires formés de cylindres de fer très-épais, dans lesquels la force magnétique continue davantage à augmenter avec celle du courant magnétisant; quand même ce résultat ne serait vrai que dans certaines limites, il est néanmoins d'une grande importance, car il est naturel de l'interpréter en admettant que les corps diamagnétiques n'ont pas de pouvoir coercitif et que le diamagnétisme aussi résulte d'un état d'induction.
C'est en répétant ces mêmes expériences sur des aiguilles d'acier, de fonte, d'oxyde de fer, etc. , qu'on trouve bientôt l'influence du pouvoir coercitif, et que la loi précédemment exposée cesse de se vérifier. Ces différents corps, qui n'acquièrent tout le magnétisme dont ils sont susceptibles qu'en prolongeant l'action de l'aimant, qui restent aimantés après que l'action de l' électro-aimant a cessé, et qui acquièrent ainsi des pôles, iSLUtôi transversalement^ tantôt aux extrémités, doivent nécessairement éprouver des effets qui seront faibles lorsque la force magnétique inductrice est petite, et qui augmenteront rapidement avec cette force. On peut en effet s'assurer, à l'aide d'une aiguille asiatique, que la fonte, les oxydes de fer, l'éponge de platine, le charbon ou le coke acquièrent, sous l'action d'un électro-aimant très-fort, des pôles magnétiques qui persistent après que cette action a cessé. Il faut donc attribuer les résultats complexes obtenus sur certaines matières qui n'ont pas de pouvoir coercitif, mêlées à des matières douées de polarité, à la variation que lés actions polaires de ces dernières introduisent dans les effets que les premières éprouvent proportionnellement aux carrés des forces inductrices. Ces considéralions expliquent suffisamment les phénomènes observés par Oersted sur la direction différente prise par des ai-
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guilles de verre, de charbon, et de quelques métaux qui probablement n'étaient pas privés de fer, suivant qu'elles sont suspendues à des hauteurs plus ou moins grandes des extrémités polaires. On pourrait en dire autant de l'observation de M. Plucher sur la propriété tantôt ma» goétique et tantôt diamagnétique du même morceau d'ôcorce ou de charbon, suivant qu'il est suspendu ou très-près, ou à une certaine distance de l'aimant, ou suivant qu'on fait varier la force magnétique en tenant le corps à une distance constante. Ajoutons que Faraday a trouvé tout dernièrement que les pouvoirs magnétiques ou diamagnétiques de deux corps ne conservent pas la même valeur relative lorsqu'ils sont essayés à des distances différentes de l'aimant ou soumis à des forces magnétiques variables. En admettant que ces corps soient purs et sans pouvoir coercitif, il nous faudrait, pour comprendre ces résultats, connaître l'influence que le milieu, suivant sa nature, pourrait exercer sur cette loi.
D'après tout ce que nous venons de dire, il serait superflu de vous faire remarquer combien doivent être complexes les résultats trouvés en étudiant la loi des distances sur les corps diamagnétiques. A priori et en admettant que dans certaines limites d'intensité des forces magnétiques inductrices les répulsions diamagnétiques varient en raison directe du carré de ces forces, il en réulterait que ces répulsions diminuent en raison de la quatrième puissance de la distance.
Examinons plutôt quelle est l'influence de la quantité de matière magnétique ou diamagnétique sur les forces attractives et répulsives qu'un électro-aimant ou le courant électrique y développe.
On sait depuis longtemps que la force magnétique dâ-
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veloppée dans un cylindre de fer par un courant transmis dans la spirale qui l'enveloppe, n'est pas diminuée si Ton réduit ce cylindre à un tube de lame de fer d'une petite épaisseur. Il ne faut donc pas chercher cette influence dç la quantité de matière magnétique en se mettant dans des conditions dans lesquelles la force inductrice agit à des distances trop inégales sur les différents points de cettQ matière, et surtout en employant des corps qui se polari» sent et dont les parties agissent réciproquement entre elles. En effet, si on fait osciller entre les pôles d'un aimant permanent des aiguilles de fer doux de la même longueur et d'un diamètre différent, on observe que la durée de leur oscillation n'est pas la même. Le moment d'inertie étant proportionnel au poids, si le magnétisme de ces aiguilles était proportionnel aux quantités de matière, ces aiguilles devraient osciller en même temps. Le résultat différent qu'on trouve, et qui consiste dans l'oscillation plus rapide des aiguilles qui sont plus minces, montre donc que le xnagnétisme élémentaire est d'autant moindre que l'on opère sur des quantités plus grandes de matière magnétique. On est arrivé à la môme conséquence en mesurant par des poids les forces d'attraction d'un aimant sur des masses magnétiques placées à une distance constante, et qui sont formées dans un cas d'une pièce continue de fer et dans l'autre de limaille plus ou moins fine mêlée en proportions différentes à de la cire. Les quotients obtenus en divisant les poids qui font équilibre aux forces magnétiques par les unités de poids du fer, sont d'autant plus grands que ces derniers poids sont plus petits.
11 n'en est plus ainsi lorsqu'on agit, comme Ta fait Coulomb, sur des aiguilles formées de particules de fer doux disséminées uniformément et à des distances assez gran-
des entre elles au milieu d'une substance neutre telle que la cire. Dans ce cas, Coulomb a trouvé qu'en faisant avec le même mélange des aiguilles de la même longueur, mais d'un diamètre' diflférent, la durée de l'oscillation était constante pour toutes les aiguilles.
Coulomb a complété la conclusion tirée de cette expérience en opérant sur des aiguilles formées de mélanges en proportions différentes de limaille de fer et de cire, ayant trouvé que les forces exercées par l'aimant sont proportionnelles aux quantités de particules ferrugineuses contenues dans ces mélangés.
M. Ed. Becquerel, mesurant les forces magnétiques par la balance de torsion, et M. Plucher avec la balance ordinaire, ont trouvé, comme Coulomb, que dans des mélanges de cire ou d'un corps gras et de particules très -fines de fer, le magnétisme élémentaire est le même, et que, par conséquent, l'action sur la masse est proportionnelle à la somme de ces particules.
11 est digne de remarque que l'action inductive de molécule à molécule trouble ce résultat dans le sens indiqué par l'expérience. En effet, on sait depuis bien longtemps que l'effort qu'il faut faire pour détacher un cylindre de fer doux du pôle d'un aimant, est beaucoup plus grand que la somme des efforts nécessaires pour vaincre la force du même aimant sur deux cylindres formés en coupant le premier et en les tenant séparément dans les mêmes positions que lorsqu'ils appartenaient au cylindre continu : dans cette expérience, les parties du cylindre plus rapprochées du pôle augmentent l'état magnétique des parties plus éloignés. On pourrait croire que dans les autres manières d'expérimenter, et surtout dans le cas du cylindre massif et du cylindre creux, la partie
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centrale du premier, moins aimantée par la plus grande distance des spires ou des courants de la bobine, a son ma* gnétisme neutralisé par Faction inductrice du magnétisme de la couche superficielle ; de la même manière, deux prismes de fer, placés à cotés l'un de l'autre comme ancre d'un aimant en fer à cheval, s'affaiblissent par leur action réciproque.
Je passe maintenant aux résultats que j'ai obtenu en faisant osciller entre les pôles d'un électro-aimant et dans des circonstances identiques quatre cylindres de bismuth aussi amorphe que possible, qui avaient 30 millimètres de longueur, et dont les poids étaient les suivants : 186',600, â6%601, lsf,596, 08^,576. J'ai trouvé que ces cylindres faisaient le même nombre d'oscillations dans le même temps.
Nous verrons dans la prochaine leçon qu'en opérant avec des cylindres trop gros, et surtout s'ils sont coupés sur des masses de bismuth cristallisé, on trouve des différences dans ce résultat ; mais nous verrons aussi qu'elles dépendent de l'état de cristallisation, et qu'elles n'altèrent pas la signification de ce résultat, que j'ai aussi démontré en faisant osciller, entre les surfaces polaires carrées du grand électro-aimant, des cylindres formés avec des plumes d'oie qui avaient la môme longueur et un diamètre différent, remplis de bismuth en poudre : j'avais ainsi dans un cas 36%360, et dans l'autre lg',/iOO de poudre de bismuth, et la durée de l'oscillation des deux cylindres était exactement la même. Ce résultat n'a pas changé en remplissant les cylindres avec des poudres plus ou moins fines. Ainsi donc les forces développées par l'aimant dans les corps diamagnétiques sont proportion* nelles aux masses de ces corps, l'état élémentaire induit
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est le même, et il n'existe pas d'action réciproque entre les parties de ces corps soumis à l'aimant.
Jusqu'ici nous avons considéré l'action magnétique ^'exerçant sur des corps solides indépendamment du milieu dans lequel ils sont plongés. Mais, puisque nous savons que des corps liquides ou gazeux sont attirés ou repoussés par l'aimant, il faut s'attendre à trouver que les cflFets de cette action sont modifiés par la nature du milieu.
Voyons d'abord quels sont les phénomènes présentés par une masse liquide ou gazeuse placée entre les pôles d'un fort électro-aimant. Voici une botte {fig. 21) de lames de verre de forme rectangulaire ayant 800 millimètres de longueur et 8 à 10 de largeur. Je dispose cette boîte entre les extrémités polaires le plus rapprochées possible et j'y verse une solution concentrée de chlorure de fer. Au moment où le circuit est fermé, le liquide des deux côtés se transporte sur la ligne polaire où il reste soulevé de plusieurs millimètres en donnant à la surface une courbure qu'on peut déterminer avec exactitude et qui doit représenter la loi dudécroissementdes forces magnétiques autour de cette ligne. En effet, ces forces sont ici mesurées par les pressions des colonnes liquides qu'elles tiennent soulevées. En substituant au chlorure de fer des liquides diamagnétiques tels que l'eau, le sulfure de carbone, l'acide stéarique fondu, etc. , on remarque un effet contraire, c'est-à-dire la dépression de la surface liquide autour de la ligne polaire : comme les pouvoirs diamagnétiques sont comparativement beaucoup plus faibles, il faut employer des couches très-minces de ces liquides, et, malgré cela, les effets qu'on obtient sont bien moins marqués que ceux du liquide magnétique.
Pour rendre ces mouvements encore plus distincts, il
faut approcher des pôles une colonne de ces liquides contenue dans un tube de verre d'un petit diamètre et placé horizontalement : les liquides magnétiques sont vivement attirés et les autres repoussés.
Les masses gazeuses présentent des phénomènes analogues. Ainsi, vous voyez la flamme d'une bougie placée entre les extrémités polaires coniques ou hémisphériques, comme M. Baticalaril'a fait pour la première fois, se séparer en deux parties et fuir la ligne polaire au moment où le circuit de Félectro-aimant est fermé. Tous les gaz, surtout s'ils sont chauffés et rendus visibles au milieu de l'air à l'aide de quelque vapeur blanche, se comportent comme la flamme qui est aussi un gaz incandescent ; les vapeurs d'iode, de brome, d'eau , etc. , paraissent également repoussées ou diamagnétiques : l'oxygène seul est vivement attiré dans la ligne polaire. M. Ed. Becquerel a mis hors de doute cette propriété remarquable de l'oxygène en faisant voir qu'un cylindre de charbon devient magnétique après avoir absorbé ce gaz.
En voyant ainsi la force magnétique agir sur les liquides et sur les gaz et y engendrer des pressions, on pouvait croire que cette même force aurait suffi pour produire des variations sensibles dans la densité et la composition chimique de ces fluides. Je m'empresse de vous dire que des expériences très-délicates, faites dans ce but, n'ont pas résolu le doute affirmativement. A cet effet, j'ai opéré sur le chlorure de fer, ou sur une solution d'acétate de plomb ; j'ai soumis ces liquides à l'action de l'électro-aimant pendant qu'ils étaient décomposés par un courant très-faible dont les électrodes consistaient en deux lames de platine très-étendues placées normalement à la ligne polaire. On sait par les expériences de Nobili qu'avec un faible cou-
rant électrique on obtient sur les électrodes plongés dans ces solutions des dépôts très-minces et transparents qui ont les couleurs les plus brillantes. Si autour de la ligne polaire, c'est-à-dire dans des points où la force magnétique est énormément plus grande qu'elle ne Test à la distance de 15 à 20 centimètres, la densité du liquide ou sa composition auraient été modifiées par cette force, la couleur de la lame mince déposée sur l'électrode ne pourrait plus être uniforme. Au contraire, malgré toutes les précautions prises pour rendre cette expérience plus délicate, la couleur qui apparaît sur l'électrode ne m'a jamais présenté la moindre différence. Ainsi donc la force magnétique non-seulement n'agit pas sensiblement sur la densité et la composition d'un liquide , mais elle est tout à fait impuissante sur les filets électriques considérés indépendamment de la matière pondérable.
L'action de l'aimant est également nulle pour altérer sensiblement la force élastique ou la densité des gaz. M. Faraday s'en est assuré avec un appareil qui aurait pu manifester la variation de rro*oiT ^^^ volume du gaz soumis à l'aimant : l'expérience était faite avec une espèce de thermomètre à air dont la boule était formée d'une lame très-épaisse de fer, remplie d'oxygène ou d'un autre gaz, et portant un index dans son tube.
En ayant égard à l'intensité certainement très-faible des états magnétiques développés sous l'influence de l'aimant dans les molécules des corps liquides ou gazeux, on pourrait jusqu'à un certain point concevoir comment les actions qui peuvent résulter entre les molécules de ces corps doivent être impuissantes à produire des variations sensibles dans la densité et dans la composition chimique. Remarquons encore que les mouvements des masses liquides
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OU gazeuses soumises à l'aimant, par lesquels noua jugeons du pouvoir magnétique ou diamagnétique de ces masses, se produisent généralement lorsqu'elles sont entourées d'un milieu qui est aussi sujet à l'action magnétique. Il arrive alors, comme nous le verrons tout à l'heure, que ces mouvements sont en quelque sorte comparables à ceux d'une goutte plongée dans un liquide plus ou moins dense que cette goutte ; certainement les forces nécessaires pour produire ces mouvements seraient tout à fait incapables de déterminer la moindre variation dans les distances relatives des molécules.
On doit être bien plus frappé en voyant que le fer soumis à des forces magnétiques très- puissantes n'éprouve dans son volume aucune variation sensible qu'on puisse attribuer à son état d'aimantation. 11 y a déjà longtemps que (Jay-Lussac s'est assuré de cela par une expérience répétée ensuite par MM. Wertheim et Joule et par Faraday, et qui consiste à i)iacer entre les pôles d'un électroaimant une espèce de ihermoscope dont la boide contient de la limaille ou des morceaux de fer.
Dans la prochaine leçon, nous verrons quelles sont le-i variations dans l'état d'équilibre moléculaire qui ont lieu dans le fer ou dans l'acier lorsqu'ils sont aimantés.
Nous devons étudier maintenant de quelle manière les mouvements excités dans les corps par l'aimant sont modifiés par l'action que celui-ci exerce sur le milieu. A ce sujet, il importe de vous faire remarquer que si nous suspendons entre les pûles d'un électro-aimant et dans le vide du baromètre une petite aiguille d'une matière magnétique ou de bismuth, noua la verrons se comporter exactement de la même manière que si l'espace était rempli d'air atmosphérique ou d'un autre gaz. Ce résultat qui est un peu
modifié, comme je vous le montrerai bientôt, en employant du gaz oxygène qui est fortement magnétique, au lieu d'opérer dans le vide ou dans Tair atmosphérique, nous prouve que l'attraction de l'aimant sur les substances magnétiques et la répulsion sur les substances diamagnétiques sont des effets indépendants de la nature et de l'action du milieu, mais qu'il faut tenir compte des pressions que l'aimant développe dans ce milieu.
Supposons qu'on place en contact du pôle d'un aimant une masse fluide formée d'une substance qui serait attirée ou repoussée de ce pôle, quand elle serait dans le vide. L'attraction ou la répulsion du pôle sur les différentes couches de ce fluide, qui diminue rapidement avec les distances, est la cause du soulèvement ou de la dépression de ce fluide en contact du pôle ; il se développe ainsi dans un point quelconque de la masse fluide une pression, outre celle due à la pesanteur, qui varie avec son pouvoir magnétique ou diamagnétique et avec la force de l'aimant sur ce point.
Il suffit de nous rappeler le principe d'Archimède de l'équilibre des corps flottants pour comprendre cette influence des milieux découverte par Faraday et que M. Ed. Becquerel a établie sur des expériences exactes et variées. Voyons d'abord quelques unes des expériences qui prouvent les effets de cette influence. Voici un tube de verre contenant une solution ferrugineuse ; je le suspends entre les pôles d'un électro-aimant; au moment où le circuit est fermé, nous voyons le tube attiré, et, après quelques oscillations, se fixer dans la ligne polaire. Je fais plonger ce tube dans l'alcool ou dans l'eau, et, en mettant l'aimant en activité, le tube se porte comme auparavant dans la ligne polaire, mais avec une force plus grande à cause de Tac-
don des liquides diamagnétiques. C'est là ce que M. Ed. Becquerel a démontré en employant un fil de torsion pour suspendre le tube et en mesurant de combien de degrés il faut tordre le micromètre pour ramener le tube dans ces différentes expériences à la position qu'il occupait avant l'action de l'aimant. Si le liquide dans lequel le tube est plongé est aussi une solution ferrugineuse, il est évident que les effets dépendront du pouvoir magnétique relatif de ce liquide et de celui du tube. En effet , nous verrons qu'il n'y a plus de mouvement dans le tube si ces deux liquides sont de la même nature, en supposant l'action de l'électroaimant très-faible ou nulle sur la substance du tube. Substituons enfin au liquide dans lequel le tube est plongé une solution ferrugineuse plus concentrée et plus fortement attirée par l'aimant que la solution du tube, et vous comprenez- déjà ce qui doit arriver, c'est-à-dire que le tube sera repoussé de la ligne polaire et qu'il ira se fixer dans la ligne équatorîale, comme s'il était formé d'un corps dia magnétique. M. Ed. Becquerel, qui dans ses recherches a varié la matière des aiguilles soumises à l'aimant et la qualité des solutions dans lesquelles les aiguilles sont plongées, est parvenu à démontrer la généralité duprincipe de Taction différentielle^ et a fait voir, suivant ce principe, que le magnétisme spécifique ou des mêmes volumes des différentes solutions, déduit en employant des aiguilles de nature différente, était approximativement le même. Ainsi donc, nous admettrons que l'action du pôle d'un aimant est égale à la différence des actions exercées sur ce corps et sur le milieu ambiant déplacé, en supposant que ces actions ont été déterminées dans le vide ou dans un milieu presque indifférent au magnétisme.
Pour vous aider à comprendre l'effet de ces pressions
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magnétiques développées par Taimant dans les liquides et dans les gaz, il n'est pas tout à fait sans importance de vous faire voir que Faction éprouvée par un corps placé à une certaine distance du pôle et plongé dans un fluide est indépendante de l'épaisseur de la couche interposée entre ce corps et le pôle, ou, en d'autres termes, que l'eflet produit par le milieu dépend seulement de l'action magnétique de la couche ou du volume du fluide déplacé.
Je fixe à l'extrémité du levier horizontal de la balance de torsion un cube ou une sphère de bismuth dont le centre est éloigné de 70 millimètres de la surface polaire. Si le cube est plongé dans l'eau pure, je trouve qu'il faut une torsion de 73 degrés pour le retenir dans sa position primitive, lorsque l'aimant est mis en activité. Je remplace l'eau par une dissolution de proto-chlorure de fer, et je trouve qu'il faut une force de 204 degrés pour le tenir en équilibre. En déplaçant la boite qui contient la dissolution, je puis faire varier l'épaisseur de la couche interposée entre le bismuth et le pôle, depuis quelques millimètres jusqu'à 40 et 50 millimètres, et même davantage, sans que cet équilibre soit troublé.
Il est facile de vous montrer les effets de l'action différentielle, en employant ou des liquides ou des corps gazeux seulement. Rappelez-vous ici les gouttes d'huile qui s'éloignent des pôles lorsqu'elles sont suspendues dans un liquide ferrugineux ; si, au lieu de ce liquide, j'emploie une solution saturée de chlorure de magnésium ou de calcium, les gouttes d'huile se précipitent sur les pôles.
Faraday et M. Ed. Becquerel ont fait aussi des expériences nombreuses pour étudier l'influence des milieux gazeux, et c'est ainsi qu'ils ont déterminé le magnétisme spécifique de certains gaz et surtout celui de l'oxygène.
lÙTant M. Ed. Becquerel, le pouvoir magnétique de ce gaz serait, àpoidségal, trois foispius grand que celui du proto-chlorure de fer, qui est le liquide le plus magnétique qu'on connaisse.
L'importance de la détermination du pouvoir magnétique de l'oxygène est si grande q;ue je me crois obligé de vous décrire une méthode avec laquelle on peut l'obtenir exactement. Supposons d'avoir placé entre les extrémités , polaires hémisphériques un tube ac {fig. 22) de verre solidement fixé dans une po-sition horizontale et sans qu'il touche les surfaces des pôles; on a introduit d'avance dans le tube rempli d'alcool une bulle d'oxygène, et on a dispo3é le tube de manière que le milieu de la bulle se trouve sur la ligne polaire. Au moment ou le circuit est fermé, la bulle paraît se contracter et, en effet, sou plus long diamètre diminue d'une quantité très-distincte ; si le tube a été placé de manière que la ligne polaire soit tan gente à une des extrémités de la bulle, on la verrait alors s'allonger vers cette ligne. En ajoutant à l'alcool quelques gouttes de proto-chlorure de fer et en continuant à augmenter la propriété magnétique du liquide, on voit diminuer les variations de forme de la bulle d'oxygène et enfin se produire en sens contraire; c'est alors que la bulle, placée au milieu du champ magnétique, s'allonge, et, divisée en deux par le liquide, elle forme deux bulles qui s'éloignent entre elles. Une bulle d'hydrogène ou d'un autre gaz présente les mômes phénomènes que l'oxygène, mais dans une solution moins ferrugineuse.
Remarquons d'abord que dans ce changement de forme d'une bulle gazeuse au milieu d'un liquide par l'efTet de l'aimant, il ne faut point voir une variation dans la densité du gaz, ce qui, comme nous l'avons vu, serait contraire
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à rexpérience, mais seulement Taction difFérentielle du magnétisme sur le gaz et sur la couche liquide qui l'entoure. En effet, on voit distinctement la couche liquide qui mouille les parois du tube et enveloppe la bulle gazeuse, se rassembler plus ou moins dans la ligne polaire, suivant que cette bulle paraîtra dilatée ou contractée. 11 n'y a qu'à tenir le tube vertical entre les pôles et à faire ainsi loger la bulle dans la partie supérieure du tube pour rendre insensibles les variations de sa forme.
Pour déterminer le pouvoir magnétique de l'oxygène, faut le comparer avec celui d'une dissolution de protochlorure de fer. Dans la méthode que je vous décris, on cherche la dissolution ferrugineuse avec laquelle la forme de la bulle d'oxygène reste invariable sous l'action de r électro-aimant : on peut admettre alors que les pouvoirs magnétiques de l'oxygène et de la dissolution à volumes égaux sont les mêmes. J'ai trouvé, daus^la seule expérience que j'ai faite, que la bulle d'oxygène n'éprouvait plus qu'un très-petit mouvement de contraction lorsqu'elle était au milieu d'une dissolution de proto- chlorure de fer, qui contenait 6 à 7 milligrammes de chlorure sec, ou à peu près 3 milligrammes de fer à l'état de combinaison par centimètre cube. Ce nombre, quoique un peu plus petit, se rapproche beaucoup de celui trouvé par Faraday, et on n'en sera pas étonné si on réfléchit que dans mon expérience le pouvoir de l'oxygène n'était pas entièrement neutralisé, et que Faraday a employé une solution de sulfate de fer qui est une combinaison dans laquelle la propriété magnétique de l'atome de fer est moindre que dans le chlorure.
C'est avec raison qu'on attache une grande importance à la propriété magnétique si marquée du gaz oxygène,
lorsqu'on pense combien de milliards de kilogrammes de ce gaz enveloppent la terre et servent en quelque sorte d'ancre au barreau aimanté qui représente la force magné^ tique de la terre. Si Ton se rappelle en même temps que les expériences de Faraday et de M. Ed. Becquerel ont prouvé que la propriété magnétique de l'oxygène augmente avec sa densité et diminue par la chaleur, o'n ne peut s'empêcher d'attribuer à l'oxygène amosphérique une influence dans les variations du magnétisme ter-^ restre.
Nous achèverons cette leçon en étudiant le phénomène de la polarité magnétique et principalement tout ce qui à rapport à la recherche de la polarité des corps diamaguétiques.
Nous disons qu'une aiguille aimantée a deiuc pdleêj parce que nous voyons la limaille de fer attirée en grande quantité par des points placés près de ses extrémités et parce qu'en essayant son action sur l'extrémité d'une au* tre aiguille semblable suspendue horizontalement, nous trouvons qu'une moitié de sa longueur attire et que l'autre repousse avec une intensité qui augmente à^mesure que l'on s'éloigne de son milieu. Un aimant temporaire k les mêmes propriétés qu'une aiguille aimantée d'acier, et en diffère seulement parce que ces propriétés cessent plus ou moins complètement lorsque la force inductrice a cessé d'agir. De même, si l'on a un cylindre de fer- doux suspendu horizontalement, et si on approche d'une de ses extrémités le pôle d'un aimant, le cylindre de fer doux sera attiré et prendra des pôles contraires à ses extrémités * en faisant agir sur l'autre extrémité du cylindre l'autre pôle du même aimant, l'aimantation du fer doux n'est qu'augmentée. Remarquez que si on approche du cylindre
200 COURS sp]£gial sur l^induction, etc.
de fer en cet état un autre cylindre ou un morceau quelconque de fer doux, il en sera repoussé comme il le serait par l'influence du pôle d'un barreau aimanté du même nom que celui acquis par induction. Ce n'est qu'en mettant ce second morceau de fer doux entre le cylindre et le pôle de l'aimant qu'il y aura au contraire attraction, comme si le cylindre et le pôle étaient rj.pprochés. Nous savons que dans ces cas d'aimantation temporaire, toutes les particules de fer doux sont de petits aimants réunis par leurs pôles opposés dont les forces résultantes sont représentées par les pôles.
Il est important de vous faire remarquer que dans certains corps faiblement attirés par l'aimant, l'état magnétique induit n'est pas distribué uniformément et de la même manière que dans le fer doux. Nous savons déjà que dans les dissolutions ferrugineuses et dans certains mélanges homogènes de cire et de limaille de fer, l'état magnétique induit dans chaque molécule est trop faible pour qu'il y ait une action d'une molécule à l'autre, ce qui fait que ces corps, lorsqu'ils ont la même forme que les aiguilles de fer doux, se dirigent entre les pôles dans la ligne axiale, sans avoir de pôles proprement dits. Voyons, en effet, ce qui a lieu dans une aiguille d'un mélange de cire et de limaille de fer, ou dans un tube de verre rempli d'une solution ferrugineuse suspendu entre les pôles d'un électro-aimant. En fermant le circuit, on voit le cylindre attiré dans la ligne polaire où il se fixe. Certainement l'attraction entre l'électro-aimant et le cylindre de chlorure de fer prouve que chaque pôle du premier développe par induction un magnétisme contraire dans les points les plus rapprochés du cylindre ; il n'y aurait qu'à agir sur le cblonure de fer ou sur un corps magnétique
quelconque avec deux barreaux aimantés réunis par leurs pôles opposés, pour qu'il n'y ait plus aucun signe d'attraction. C'est la distribution du magnétisme qui diffère ' dans ces corps faiblement magnétiques de celle qui a lieu dans le fer doux. En effet, si on approche un morceau de fer doux du cylindre de chlorure de fer pendant qu'il est soumis à Télectro-aimant, nous verrons que ce morceau attire le cylindre de chlorure de fer par tous les points, excepté par ceux très-rapprochés des pôles de l' électroaimant, qui en sont repoussés.
En agissant sur le cylindre de chlorure de fer avec les pôles d'un barreau dont l'aimantation est assez forte pour résister à l'action de l' électro-aimant, les résultats qu'on trouve portent à la même conséquence quant à l'état magnétique induit dans ce cylindre; chacune des extrémités de ce cylindre a, dans les points les plus rapprochés de chaque pôle, un magnétisme contraire entouré par un magnétisme du même nom que celui du pôle inducteur; les états induits aux extrémités du cylindre ne peuvent donc, à cause de leur faiblesse, se propager dans le reste de l'aiguille. C'est ainsi que des matières faiblement magnétiques et ayant la forme d'aiguilles sont attirées près des surfaces polaires dans les points où l'action magnétique est la plus forte et se dirigent dans la ligne axiale, sans acquérir de pôles, comme l'acier et le fer doux.
Passons maintenant à l'étude de la polarité diamagnétique.
Nous avons déjà vu les expériences qui prouvent qu'il n'y a pas d'action réciproque entre les particules du bismuth soumis à l'influence de l'aimant, et que, par conséquent, il ne peut exister dans les corps diamagnétiques
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uoe polarité telle qu'on la conçoit dans le fer doux et dans l'acier aimantés. Ceci explique comment un grand nombre • de recherches, tentées dans le but de démontrer la polarité diamagnétique, n'ont pu conduire à un résultat dé* cisif.
C'est en vain qu'on a cherché s'il existait une action quelconque entre une masse de bismuth et une aiguille de ce métal suspendue entre les pôles d'un électro-aimant. J'ai fait, à ce sujet, plusieurs expériences aussi délicates que possible, en tenant des gouttes de matière diamagnétique plongées dans une solution ferrugineuse, afin de rendre plus forts les mouvements excités par l'aimant : je n'ai jamais obtenu aucun signe d'action entre ces gouttes de matière diamagnétique, lorsqu'on a eu soin d'éviter l'effet du transport et du soulèvement du liquide ferrugineux vers la ligne polaire. On a aussi compté un grand nombre d'oscillations d'une aiguille de bismuth placée entre les pôles d'un électro-aimant, sans trouver aucune différence en plaçant à proximité de l'aiguille une lame de bismuth.
On a fait des efforts également infructueux pour fixer dans le bismuth les propriétés développées par l'aimant et pour rendre ce métal capable d'agir sur le bismuth ou sur le fer doux, après avoir éprouvé l'action magnétique. C'est ainsi que Faraday avait essayé de faire solidifier du bismuth entre les pôles d'un électro-aimant; dans le même but j'ai prolongé pendant très-longtemps l'action magnétique sur du bismuth comprimé avec une presse ou chauffé à la température la plus élevée sans arriver cependant à la fusion.
On avait cru démontrer la polarité diamagnétique en se fondant sur des mouvements qui sont excités dans une
^Hguille de bismulli suspendue entre les pôles d'un électro-aimant, lorsqu'on approche de cette aiguille des barreaux aimantés ou de fer doux. J'ai répété le plus grand uoinbre de ces expériences en employant des aiguilles de bisniulh cristallisé qui montrent sous l'inHuence de l'ai- Diant des effets plus intenses que ceux qu'on obtient avec des aiguilles de bismuth amorphe. D'accord avec Faraday, je n'ai trouvé aucun de ces résultats qui ne put être expliqué par les propriétés magnéto-cristallinesdubisrauth, que nous étudierons bientôt et sans recourir à l'action des pûlea magnétiques développés dans ces aiguilles. Dana ces différentes expériences, l'aiguille de bismuth était sujette à l'action de plusieurs centres d'action magnétique, et sa position d'équilibre ne pouvait se trouver que dans la ligne où les résultantes de ces centres étaient les plus faibles. L'autre observation, qu'une aiguille de bismuth oscille plus rapidement en introduisant entre les extrémités polaires d'un électro-aimant uu barreau de fer dou-ï, ne prouve autre chose que l'augmentation de la force magnétique des pôles. On peut en dire autant d'une autre eipérience par laquelle on a cru prouver la polarité diamagnétique de seus contraire à celle du fer, en voyant qu'un cylindre de bismuth suspendu à un bras de balance dans l'intérieur d'une bobine et en présence d'un électroaimant, paraissait attiré lorsque les pôles voisins de l'aimant et de labobineétaienldumênneuom. En eÛ'et, il doit arriver que le cylindre de bismuth» mis en équilibre lorsque l'électro-aimant et la spirale agissent avec des pôles de nom contraire, soit moins repoussé lorsque ces pôles, étant du même nom, tendent à s'ailaiblir. Pour s'assurer qu'il en est ainsi, il n'y a qu'à approcher de l'extrémité d'un soelepOleduiDÈme nom d'un électro-aimant entouré
20li COUBS SPJÉCIAL SDR l'INDUCTION, ETC.
d'une seconde spirale destinée à montrer les courants induits.
Il importe d'examiner plus attentivementles expériences avec lesquelles M. Weber a cru démontrer la polarité diamagnétique. Ce savant avait d'abord déduit cette polarité des effets d'induction qu'il avait vus se produire, lorsqu'un cylindre de bismuth est approché ou éloigné du pôle d'un électro-aimant, effets qui seraient de sens contraire à ceux développés dans les mêmes circonstances que le fer doux.
Faraday, dans des expériences semblables à celles de M. Weber, ne tarda pas à trouver qu'un cylindre de cuivre ou d'argent agissait comme celui de bismuth, mais en donnant lieu à des courants induits plus intenses, ce qui prouvait que la cause de ces phénomènes était la réaction des courants induits sur l'aimant inducteur. Nous avons déjà vu, à la fin de la troisième leçon, les expériences de M. Verdet, qui ont confirmé et rendu plus rigoureuse l'explication que Faraday a donnée du résultat trouvé par M. Weber sur le bismuth.
Il fallait donc, pour prouver si l'influence d'un corps diamagnétique produit sur un aimant une variation de sens contraire à celle développée par le fer doux, opérer avec ce corps privé de conductibilité, afin d'exclure les courants induits ; il fallait aussi déterminer d'avance si son action répulsive est comparable à la propriété contraire d'un corps magnétique capable de produire une induction sensibles à nos appareils. A cet effet, reprenons le grand électro-aimant (^5^. 14) dont une des spirales sert pour le courant voltaïque et l'autre pour les courants induits. En faisant tourner en face des pôles de l'électroaimant une lame formée d'un mélange de cire et de colco-
CUKQUIËME NEÇON. 205
thar, et en ayant sur l'axe de rotation le commutateur destiné k recueillir tous les courants développés dans le même sens, on peut facilement déterminer la proportion la plus petite d'oxyde de fer qui entre dans ce mélange et qui suffit pour produire un effet d'induction assez distinct au galvanomètre. J'avais aussi déterminé, avec une approximation suffisante pour le but de ces recherches, le rapport entre les pouvoirs diamagnétiques du bismuth, de l'acide stéarique et du soufre, elle pouvoir magnétique du colcothar. A cet effet j'avais formé des jnélanges aussi homogènes que possible d'acide stéarique et de colcothar, de cire et de colcothar et de poudre de bismuth, etc. J'ai soumis k l'électro-airaatit ces mélanges réduits en forme d'aiguille ou de boule fixée à l'extrémité d'un levier, et je suis parvenu à déterminer assez exactement dans quelles proportions ces corps formaient le mélange le plus indilïérent à l'action magnétique. J'ai trouvé que te premier de ces mélanges contenait trois cents parties d'acide stéarique et une de colcothar obtenu en calcinant le sulfate de fer. D'après les calculs fondés sur ces nombres, et en admettant dans les corps diamagnétiques une propriété analogue à celle du fer doux, mais de sens opposé, on trouve que, pour obtenir des effets sensibles à notre appareil d'induction, il faut agir avec des masses de bismuth, d'acide shéarique et de soufre trop grandes, pour qu'on puisse considérer l'action que les différents points de ces masses exercent sur l'aimant comme s'ils étaient concentrés sur la surface d'une lame d'une épaisseur infiniment petite. Quant au bismuth, dont le pouvoir diamaguétique est le plus grand , la même difficulté se présente, car on est obligé d'employer ce métal réduit en petits morceaux isolés entre eux par une couche de colo-
206 COURS SPÉCIAL SDR l'iNDUCTION, ETC.
phane. Je devais donc m' attendre à ne trouver, comme cela m'est arrivé en effet, aucmi signe d'induction en faisant tourner ou en approchant et en éloignant rapidement du grand électro-aimant de gros blocs carrés d'acide stéaricpie ou de soufre qui pesaient 20 à 80 kilogrammes, ou une lame formée de 8 kilogrammes de bismuth divisé en morceaux réunis par une couche de résine.
M. Weber a repris dernièrement ses recherches sur le polarité diamagnétique, en commençant par faire agir un cylindre de bismuth qu'on suspend dans l'intérieur d'une bobine verticale, sur un aimant en forme de fer à cheval dont on observe les mouvements avec le même procédé très-délicat appliqué au magnétomètre de Gauss. En faisant mouvoir de haut en bas, et vice versât le cylindre de bismuth au milieu de la bobine, de manière qu'à la fin de chaque course, tantôt l'une, tantôt l'autre des extrémités du cylindre soit portée au niveau de l'aimant, M, Weber a observé que l'aimant se mettait à osciller. Pour augmenter les oscillations de l'aimant, il a suffi de faire commencer les mouvements du cylindre de bismuth toutes les fois que l'aimant avait accompli une demi-oscillation. ]^û substituant au cylindre de bismuth un fil de fer, les oscillations de l'aimant ont été en sens contraire. Le savant physicien en a conclu qu'un cylindre de bismuth placé dans une spirale électro-dynamique acquiert à ses extrémités des pôles magnétiques contraires et opposés à ceux qui sont développés dans un cylindre de fer doux dans les mêmes circonstances.
En lisant la description des expériences de M. Weber, on est frappé de voir les effets qu'on a obtenus en faisant mouvoir le cylindre de bismuth lorsqu'il n'y avait pas de courant transmis dans la spirale. Quoique le son» de
roscillation soit dans ce cas inverse à celui observé lorsque la spirale électro-dynamique était en activité, cela fait naître néanmoins des doutes sur la conclusion qu'on a tirée de ces expériences. D'ailleurs il fallait, pour déduire rigoureusement la démonstration de la polaiûté diamagnétîque, substituer au bismuth des masses formées de fragments isolés de ce métal, varier les dimensions du cylindre et surtout comparer les effets ainsi obtenus à ceux qu'on aurait probablement avec des cylindres de cuivre et d'argent à l'état de pureté.
On est obligé de faire les mêmes remarques sur une autre série d'expériences que ce physicien a faites pour obtenir de nouveau, par des effets d'induction, la preuve de la polarité dîamagnétique. 11 est étonnant qu'en ayant imaginé de neutraliser le développement des courants induits par les mouvements du cylindre de bismuth à l'aide d'une disposition très-ingénieuse donnée à la spirale induite, il est étonnant, dis-je, qu'on ne se soit pas assuré d'avoir atteint le but par quelques essais préliminaires, en employant des métaux plus conducteurs et moins diamagnétiques que le bismuth et des masses discontinues de ce métal. Remarquons encore que les rapports entre les pouvoirs dîamagnétiques du bismuth et le magnétisme du fer, trouvés dans ces deux séries d'expériences, présentent des différences trop grandes et inexplicables.
Je ne puis vous laisser ignorer que les doutes que nous avons osé avancer contre la conclusion des expériences de M. Weber sont appuyés par le résultat négatif auquel je guis parvenu en essayant d'exciter la polarité dîamagnétique dans le bismuth par la décharge de la bouteille de Leyde. L'appareil {fig. 29) que j'ai employé dans ces extrémités est formé de quatre spirales cylindriques par-
208 COURS SPÉCIAL SUR l'INDUGTION, ETC.
faitement semblables, disposées verticalement aux quatre angles d'une base rectangulaire de bois. Les quatre spirales forment un seul circuit bien isolé et elles sont disposées de manière que les deux spirales placées sur chaque côté le pl.us long de la base aient les pôles du même nom à la même hauteur. Un système astatique, formé de deux barreaux d'acier, est suspendu par quelques fils de cocon au milieu des spirales avec ces barreaux au niveau des extrémités des spirales. Tout l'appareil est couvert d'une cloche et on observe avec une lunette les mouvements du système astatique. Je commence par ajuster les spirales de manière qu'en faisant passer une série de décharges dans le circuit, le système astatique reste immobile ; il faut pour cela que les extrémités des barreaux ne soient pas très-rapprochées des spirales. Je n'ai qu'à introduii'e dans chacune des deux spirales placées aux extrémités d'une des diagonales deux cylindres formés d'un mélange' de cire et de colcothar, pour obtenir dans le système astatique des mouvements très-distincts qui sont déterminés par la position des cylindres magnétiques. En remplaçant ces cylindres par d'autres de bismuth, on trouve alors que l'équilibre des spirales n'est pas sensiblement troublé. Je m'empresse de vous faire remarquer que les quantités de colcothar et de bismuth sur lesquelles j'ai opéré dans ces expériences représentaient des actions attractives et répulsives à peu près égales entre elles, et que souvent j'ai fait excéder la quantité de bismuth.
Il est temps que nous tachions de résumer les résultais nombreux et variés obtenus en étudiant les phénomènes diamagnétiques et principalement celui de la polarifé. Voici les conclusions qui me paraissent le mieux établies,
1° Une masse de bismuth amorphe, libre de se mouvoir
en tout sens, est sollicitée par le pôle d'un aimant à se transporter dans les points où l'action magnétique est la plus faible ; lorsque cette masse est de forme oblongue et suspendue horizontalement entre deus centres de force magnétique, elle doit, par l'action répulsive éprouvée par ses différentes parties, se placer en équilibre dans le plan qu'où a appelé fquatoriat: il en résulte que pour distribuer une certaine masse d'un corps diamagnétique de manière à lui communiquer la plus grande répulsion, il faut en former un disque aussi mince que possible. En faisant varier la forme des extrémités polaires de manière à modifier la distribution des forces magnétiques qui en émanent, les mouvements et les positions d'équilibre de bismuth satisfont dans tous les cas au principe établi,
2° Si le corps diamaguétique est retenu par une force quelconque sous l'influence du pôle d'un aimant, la répulsion qu'il éprouve varie approximativement avec le carré de la force magnétique; ce corps n'est sujet à aucune modification qu'on puisse attribuer à une action réciproque quelconque développée entre ses parties. On peut théoriquement se représenter la modification que l'aimant développe dans un corps diamagnétique comme étant de sens contraire et distribuée d'une manière analogue à celle qu'on a trouvée dans les mélanges homogènes de cire et de limaille très-fine de fer, et principalement dans tous les sels ferrugineux dans lesquels il n'existe pas de polarité proprement dite.
3° Quel que soit l'état magnétique ou électrique induit dans un corps diamagnétique , cet état ne pourra pas se développer sous l'influence de deux centres magnétiques ou pôles de nom contraire, comme M. Ueich l'a prouvé en agissant sur le bismuth avec les pôles opposés
Hd COURS SPéëUL BVK L^mbCGTION, ETC.
âe deut bâfreàuic réunis ensemble qui forment dans les poîiits dô \eût union une espèce d'annëaù d'acier uniformément aimanté.
A *Étt voulant appliquer rhypothèsè de deux fluides m&^étiqUes à 1^ explication du diàmàgnétismé, il faudrait supposer qiie les mêmes actions, également dirigées, agissent en sens contraire sur ces fluides, suivant qu'ils sont combinés ou à l'état libre, et suivant qu'ils se trouvent dans les corps magnétiques ou dans les diamagnétiques : cette supposition est contraire à tous les principes de la mécanique et de la philosophie naturelle.
SIIIÈME LEGON;
Bt la relation qui existe entre les pliënomènes magoéliqiies et diamagnétiques et les propriétés cliimiques et moléculaires des corps.
Pàui" compléter Texposition des phénotnènes généraux au taàgnétisme qui a formé le sujet de la leçon précédente^ il nous reste à parler de la relation qui existe entre ceâ {^hêûditiènëà et les propriétés chimiques et moléculairéiJ Ses ebrps.
Lorsqu'on examine les différents corps magnétiques ett diaihagriétiqùeé afin de découvrir 1* existence et les lois de cettfe relation i on est d'abord frappé du pouvoir extraordinaire et inexplicable du fer : ce pouvoir est tellement aistitîfct par le degré d'iiltetisité et par la polarité, de celui qtie tous lés autres corps acquièrent en présente de Véiitlàtit ou d'Un courant électrique, qu'on a dû le considérer ^'endaiit longtemps comme excèptiofaûel et propre de ce Iriétâl. Grâce à la force énorme des électro-aimants àveë lesquels on agit aujourd'hui, le nombre des corpâ qui éprouvent l'action magnétique est considérablement augitientê et la science s'est enrichie de plusieurs exemples itte-reffi^ar^iiàbles de la relation q[ui existé entre led pro-
212 COURS SPÉCIAL SUR L'iNDUCTION, ETC.
priétés physico-chimiques des corps et leur magnétisme.
Commençons donc parTétude des causes qui modifient le pouvoir magnétique du fer et nous verrons ensuite comment ces mêmes causes agissent sur les corps diamagnétiques que nous savons se comporter en présence de l'aimant d'une manière opposée à celle du fer.
Ces causes sont : Tétat de combinaison chimique, la quantité variable de chaleur et la structure moléculaire.
Pour mesurer la force attractive exercée par un aimant fixe sur une substance ferrugineuse qui est ainsi magnétisée par induction, on remplit un petit cylindre de verre ou de plume d'oie de cette substance de manière à en former une aiguille, qu'on suspend entre les pôles; on compte un certain nombre d'oscillations de l'aiguille ayant soin de les prendre très-petites et de les observer avec une lunette. Il est essentiel dans les expériences comparatives que la position de l'aiguille reste invariable, et lorsqu'on emploie un électro-aimant, il faut s'assurer que le courant reste sensiblement constant pendant toute la série des expériences ; on doit aussi donner aux extrémités polaires en fer doux, au milieu desquels l'aiguille oscille, des surfaces carrées plus larges que la longueur de l'aiguille.
Rappelons ici le résultat trouvé par Coulomb sur des mélanges homogènes de cire et de limaille de fer et que j'ai vérifié sur les dissolutions salines ferrugineuses et sur certains sels de fer cristallisés : c'est que la durée de l'oscillation reste la même pour des aiguilles de la même longueur, quel que soit leur diamètre. Nous avons déjà vu comment on interprète ce résultat, qui ne peut plus avoir lieu pour les corps doués d'une certaine force coercitive et pour de gros barreaux de fer ; dans ces cas le magnétisme
: LEÇO^.
induit cesse d'être proporliotinel à la masse de la substance magnétique et l'action élémenlaire est d'autant moindre qu'on opère avec des barreaux d'un plus grand diamètre.
On peut donc employer la méthode des oscillations pour déterminer le pouvoir magnétique de certains composés ferrugineux faiblement magnétiques, après les avoir réduits en aiguilles de la même longueur et dont les poids et les diamètres peuvent être différents, à la condition de les suspendre à un fil de cocon très-long et autant que possible également tendu.
On a aussi employé dans des recherches semblables une autre méthode qui consiste à suspendre au plateau d'une balance, et à une distance constante du pôle d'un électroaimant, un volume donné des dilTérentes combinaisons ferrugineuses et à faire équilibre avec des poids à l'attraction magnétique. On peut craindre que cette méthode, dans laquelle il faut tenir compte de l'erfet éprouvé par le récipient, ne présente plus de difficultés que celle des oscillations, pour obtenir la constance nécessaire dans les conditions de l'expérience.
Les deux grands obstacles qu'on rencontre pour bien réussir dans ces déterminations sont l'incertitude de la pureté des combinaisons ferrugineuses sur lesquelles on opère et la différence, quelquefois très-grande, du pouvoir magnétique de la même combinaison ferrugineuse qu'on peut attribuer à un état variable d'agrégation.
C'est ainsi qu'en rapportant le pouvoir magnétique des composés ferrugineux à celui du fer, on trouve des nombres très-différents suivant que l'on emploie de la limaille trèa-fine mêlée à de la cire fondue, ou du fer réduit d'un de ses oxydes par l'hydrogène; le premier mélange est - constamment plus magnétique que le second. De môme
31^ COURS SPÉCJ4;< SUR f^'^l^pUCTION, ETC.
Qfl tjQuve q^iq }e sesqui-Qxycie c|e fer obtpf)^ ep ç^lp}n?iflt la protQ-s\ilfate £^ un pouvoir magpétique qui est au moins six à sept fois pli|s grand que celui c^u sesquirojçyçle o^)tepu de l'a^Qt^te de fef par le jnême procé4ét
A la suite de ces considérations je n§ {ip'arr^terai p^s çur les no^nbres qu'on a donnés pour représpRt^r Ibs flour voirs ips^gii^tiques des combinaisons ifi^rvigipei^sesi et je vovis exposerai plutôt qiielqiies ponol usions géi^éralesi, qui me paraissent être assez bien établies, qMtiqt à, Ti^f^viepce exercée par l'état de combinaison chimique du fer §t d'aytr§s corps sur leurs propriétés msigpétiqvies.
Quel que soit le corps avec lequel le % entr^ en c<a\nibinaisQn, sqn pouvoir m£^gné|ique çi^Y'i^nt tpvypurs be^u-. CQUp moindre que celui qu'il possédait à l'étf^t libre. }) n'y a qqe ro;!;:yde de fer magnétique ( Fe.?Q* ) qui fa§^e exception à cette règle. ]^n consiçlér^apt cet oj^yde c^nfime forffié d'une combinaisçin ^e protQxyde et de per-oxyde de fer, on devrait admettre que le pouvoir i^fignétiqi^e du prptpj^yde qui entre d^ns ce opiriposé §s.t plus gr^R4 gW8 celui du fer même.
Pour toutes les autrps ooinbjns^isGiiiiS, ferri^gineus^es, telles que l^s piçydes, les sulfurei^, Ipsi sels, etc. , le pwY<3»iP magnétique du fer combiné n'es| p^u^ que )a çentièqp^ partie et encore i^oins de celui d^ ce m^\^\ ^ Véts^t li^r«. Dans certaine scoi^^inaispus salines ce ppuvpir ne diffëç^ pas de celui de l'oxyde, et ^^v^s qu?;lques cas on a cru ^^ trouver s^ygmenté.
Notons ici que les pouyoirs (Ips autres métaux qui soq^ attirés, par l'aiman^, tels que le cobalt, le qikel^ Iq çtirôniçii le mang?^nèse, le pl^ltine, çtfÇ- x sont tr^s-différen^ entre ^ux \ le pouvoir des ^çux premiers se rapproche bç^uçouj) de celui du fer, ta,ndis que les autres apint trifSr£§î^^e8«
SIXIÈME LEÇON. Ji^Ji
En §e rappelant. ÇQiptiien |e pouvoir répulsif du bismxitt et 4ç^ ?tutres CQrp§ diw?^gnétiquea est faible çq çoiTipsir§,isoQ dçi celui du fer et de sesi composés, o^ devait s'attendre h trouver rpagnétiques les combinaisons dufer ayeç les corps diamagnéUques. Cette conséquence, généralement vraje^ a néaninoins une exception très-remarquable dans le prussiate jaune de fer qui pst diamagnétique , vç^gvè, 1? PQur IQQ de fef qu U contient çt Wf^lgrél^ propriété jnagnétique du pruasiate rouge.
Pour découvrir r influence des. pouvoirs d? d^u2^ ^lé» i|ients dont Tun est ^nagpétique et Vautre diamagnétique sur le pouvoir de leur combinaison, il fallait employer ^es^ ^ul^stapces fai))lement attirés ou repousses par Taim^^pt. .
Nous avons déjà vu que l'argent et le cuivre réduits ^ l'état de graqçle division sont des métaux faiblement diaipagnétiques, et en effet ils sont fepoussés par l'aimant et pscillent avaqt de se fixev à une certaine distance depôjei comme font le bismuth et le phpsphore. Ces mêmes n^étaux à l'état de poudf e^ étant suspendus dans UP cylindre 4e paille ou de plume d'oie, sont repoussés des pôles et se fixent dans la ligne équatoriale après avoir fait plur sieurs pscillatipns.
Yoici maintenant les résultats que j'ai trouvés en étu? 4iant l'action de Vai?(i^nt sur les différentes çombinaispp^ ^e ces métaux, li'pxydule de cuivre, l'oxyde de bispiutlîi l'oxyde le chlorure et le nitrate d'argent sopt des cQ^pQ-r ses diaraagnétiques. l.'o3^yde de cuivre est p^agpétique^ et j|ç pourrais vous moptrer le même cuivre tantôt attiré et tantôt repoussé par l'aimant suivant qu'il est oxydé à l'air p^ réduit dans le gaz hydrogène.
Le bioxyde d'argept qu'op obtient en petits cristaux npiçs au pôJe positif en décompQç^apt le pitrate d'argent
2)6 COURS spÉciAi SUR l'induction, etc.
avec le courant, est magnétique. L'acide antimonieuS repoussé par l'aimant et l'acide antimonique est attiré. Ainsi doDc en opérant avec des corps sur lesquels l'action de l'aimant est faible, on trouve que le pouvoir magnétique ou diamagnétique des combinaisons dépend de celui de leurs éléments et de la proportion dans laquelle ces éléments y entrent.
Nous devons encore remarquer qu'en étudiant l'influence de l'état de combinaison sur les propriétés magnétiques du fer, il faut avoir égard aux modifications trèsgrandes que certains corps, même en très-petite quantité, apportent dans la structure et dans l'état d'agrégation de ce métal ; c'est là ce qui arrive en mêlant au fer des traces de charbon, de soufre, d'arsenic, etc.
De même que la division moléculaire qui accompagne nécessairement la combinaison chimique, la force répulsive de la chaleur en éloignant les molécules du fer et de l'aimant, en diminue le pouvoir magnétique.
Décnvons d'abord les elfets de la chaleur sur l'aimant. Les expériences sur la diminution du pouvoir de t' aimant lorsqu'il est chauffé à des températures très-élevées sont déjà anciennes, et Gilbert, Newton dans l'Optique, Cavallo, etc. , en parlent plus ou moins contradictoiremeot. Il n'y a qu'à chauffer une aiguille aimantée à la flamme d'une lampe à alcool et à la maintenir un certain temps à la température de rouge cerise, pour la trouver après sans pôles et semblable à un morceau de fer doux.
C'est à Coulomb que nous devons des expériences exactes sur ce sujet et on doit savoir gré à M, Biot de les avoir recueillies et coordonnées avec l'ordre et la clarté qui lui sont propres. Coulomb, après avoir chauffé à une température trës-ëlevée un barreau d'acier, le fit refroidir ctiâB
l'air lentement pour qu'il ne prît aucune trempe : ensuite il Taimanta à saturation à la température de 12' R. et il mesura le temps qu'il employait à faire 10 oscillations horizontales. Il éleva alors la température du barreau à 40* et mesura de nouveau le temps de 10 oscillations après l'avoir laissé refroidir. Cette opération ayant été répétée de la même manière à diverses températures de plus en plus élevées, Coulomb trouva que la durée des oscillations augmentait progressivement, ce qui prouve que le magnétisme du barreau s'affaiblit à mesure qu'on le chauffe à des températures plus élevées.
Dans une autre série d'expériences. Coulomb a commencé par donner au barreau la trempe la plus dure possible ; il a mesuré ensuite le temps que le barreau employait à faire 10 oscillations horizontales, après avoir été successivement chauffé et réduit à des températures plus élevées. La diminution du magnétisme par la même élévation de température a été trouvée beaucoup plus grande sur ce second barreau, qui avait la trempe la plus dure, que sur le premier, qu'on avait pris à l'état complet de recuit. Il y a encore une autre différence que Coulomb a observée dans l'état de ces deux barreaux lorsqu'ils avaient été également chauffés : c'est que le barreau à l'état de recuit, étant aimanté de nouveau, reprend tout son magnétisme, tandis que celui à l'état de trempe, après chaque élévation de température, n'acquiert plus qu'une partie du magnétisme qu'il pouvait recevoir par une nouvelle aimantation.
Il résulte donc de ces expériences que l'action de la chaleur sur l'aimant est d'autant plus grande que la variation qu'elle détermine dans son état moléculaire est plus grande et permanente.
218 COURS SPÉCIAL SUR L'lN|i^CTION, ETC.
ilL, Kupffer, qui a fait des expériences intéressantes sur l'action de la chaleur sur T aimant^ a confirmé les résultats trouvés par Coulomb et a montré de plus que de 0« à 30*» Jl. chaque degré d'élévation de température augmente à peu près de la même quantité la durée, d'unnont- |).f6 égal d'oscillations.
On doit à ce même physicien Vobservî^tion importante qu-il faut un temps assez long pour qu'une température donnée produise toute la diminution de m^pétisme dont elle est capable : ainsi une aiguille qui a été plongée ^
plusieurs reprises dans Veau bouillante, où elle restait di^ minutes chaque fois, n'a perc^i^ qu'à la sixième immersion tout le magnétisme qvi' elle pouvait perdre.
i'a,ï à vous parler encore d'une expérience qui confirme les résultats précédents et prouve en même temps l'influence de la chaleur sur la distribiution du magnétisme d^ns un barreau. Voici \kne aiguille de boussole à côté de laquelle je place parallèleipent vin barbeau fiUnanté avec leurs pôles opposés du i[ne(ne côté. Pour que l'aiguille reste dans le méridien magnétiqv;e, il faut que son point d'indifférence et celui du barreau se trouvent sur Is^ même ligne perpendiculairement à Taiguille : pour peu que le barreau se déplace^ çn le laissant toiyours p^trallële ^ l'aiguille de sorte que son point d'iadiflférçpce se rapporte d'un des pôles de l'aiguille^ on verr^ ce pôle repoussé parce que le pôle opposé est plus fortement a^iré par \% pôle correspondant du barreau qui Si'est approché.
Remettons le barreau dans sa première position , c'est à dire où la déviation de l'aiguille est nielle, et en chauffant l'un des pôles du barreau av^ une. ^ampe à alcool, nous verrons immédiatement le pOi)e CQBlraiT^ de l's^^uiUç ^U tiré et retourner ensuite à peu près dans le ^éri^^. loif^r
SIXI&ME LEÇOS. 2ia
qn^ le buT^ii se sera refroidi. La force magnétique du pAle cbanffé étant diminuée, le point d'ii^di^é^ence s* est éloigné de ce pdle.
SA Ton répète cette expérience en faisant plonger une ^es eitré(pités du barreau dans un mélange réfrigérant, on trpiiv^^ un effet contraire, c'est-à-dire que le pôle de r^gqUle fk)ntraire à celui du barreau sera repoussé. M. Cbfisti^ aurait treuvé, ^n abaissant la teuipératura à^'^^ barreau aimanté par Tévaporation du sulfure de çarlione dan^ le yide, que l'intensité de son magnétisme €«mtinue ^ augmenter jusqu'à la température la plus basse.
Psis^ons à étudier l'influence de la chaleur sur le fer ^uiois à rinductipn magnétique.
Ep s^^tityant au barreau aimanté, dans l'eipérienoei que je y^vis ai inontrée dernièrement, un barreau de fer dôux^ de paaniëre que l'aiguille reste toujours dans le méridien n^s^gnétique , on a ce barreau aimanté par l'ac-. tjiaq de la terre, et par conséquent les pôles du même nom 8(6 trouvept du même côté. Lorsqu'on cbai|ffe une des extrémités de ce barreau, c'est le pôle de Faiguille le plus F^ppr^cbé de cette extrémité qi^^ est attiré. Puisque, dap§ oes expériences, les pôles du même pom sont tournés di^ ]|)0me côté, on yoit que le barreau de fer doux se conaT porte, par l'action de la chaleur, d'une manière opposée à celle de l'aimant, c'est- àrdire que le magnétisme induit par l'action toujours présente de la force terrestre aug-r mente par la chaleur et donne lieu au rapprochement du point indifférent de ce barreau à Textréu^ité chauffée.
Je puis vous démontrer cette propriété du (er doux avec une expérience encore plus simple et plus évidente. Je r^jpre^43 rin^u^ç^iqnoipëtre ^i^érent^el {fis* 7 bis) formé
i20 COURS SPÉCIAL SUR l'INDUCTION, ETC.
avec les deux bobines cylindriques, ou plutôt j'en forme un semblable avec deux bobines d'un diamètre plus petit. Je coupe sur un fil de fer parfaitement recuit deux morceaux de la même longueur, et, après avoir placé chacun de ces morceaux dans un tube de verre rempli d'huile ou de mercure, j'introduis un de ces tubes dans chaque bobine. En faisant agir la roue d'interruption, je vois l'aiguille fixée à 0^. J'enlève un des fils de fer de son tube et je chauffe légèrement avec la flamme d'une lampe à alcool le liquide de ce tube. Alors, en remettant le fil dans le tube, et celui-ci dans la bobine, je trouve que l'équilibre des deux spirales n'existe plus et que le magnétisme développé dans le fil chauffé est augmenté. Si l'on avait employé du fil de fer recuit incomplètement, l'augmentation dans son magnétisme, due à l'élévation de la température, persisterait après le refroidissement.
Concluons donc que le magnétisme induit dans le fer doux augmente avec la chaleur jusqu'à une certaine température, qui varie avec la structure de ce métal, la masse soumise à l'expérience et la durée de réchauffement.
Ce résultat cesse d'avoir lieu pour les températures très-élevées, et on a douté jusqu'à ces derniers temps si le fer chauffé jusqu'à la température du rouge cerise et au-delà conservait encore la propriété d'être attiré par l'aimant.
Faraday a observé qu' un fil de fer chauffé le plus possible à la flamme de l'alcool est très-faiblement attiré par un fort électro-aimant.
Il était donc important d'opérer sur le fer chauffé jusqu'à son point de fusion, et voici comment j'ai exécuté cette expérience, dont le résultat est décisif.
Je fixe à l'extrémité d'un levier horizontal de bois, su&-
SIXIÈME LEÇOil. 221
indu à un fil de cocou, une tige de chaux caustique, ou de coke, ou de cuivre, ayant une très-petite cavité à son extrémité. L'appareil est disposé de manière que cette cavité se trouve très-près et en face du pôle ou des pôles réunis d'un électro-aimant. Un petit bout de fd de fer, qui pèse 20 à 26 niiHigramnies, est placé dans la petite cavité et fondu avec la (lamnie du gaz oxy-liydrogèue. Au moment où l'on voit le fil de fer réduit il un globule parfaitement liquide, on ferme le circuit et on voit le gtobiUe attiré. J'ose à peine vous donner ici les nombres qui représentent la diminution de la force magnétique éprouvée par le fer à, l'état de fusion. Certainement on n'est pas trop loin de la vérité en disant que le fer fondu, ou plutôt i.jnélange de fer et d'oxyde de fer à l'état liquide, est
iré par un aimant avec une force qui n'est plus que la
inze millionième partie de celle qu'il éprouve à la température ordinaire.
Tous les composés de fer, les oxydes, les sulfures, etcf, que j'ai soumis à la même source de chaleur, ont aussi leurs propriétés magnétiques tellement diminuées, qu'on peut à peine les rendre sensibles avec un électro-aimant très-fort. On trouve un résultat semblable lorsqu'on fait monter entre les pôles d'un électro-airaaut la colonne de furaée jaune qui se soulève de l'arc voltafque obtenu entre deux pointes de fer; cette colonne de fumée, qui n'est auti-e chose que l'oxyde de fer k une température Irèsélevée^ entraînée par l'air chauffé, est si faiblement in- Ouencée par l'aimant, qu'on reste dans le doute si dans cet étal l'oxyde de'fer est attiré, repoussé ou indifférent.
La grande diminution de magnétisme qui se produit dans les composas ferrugineux fortement chauffés nous explique les effets singuliers présentés par certains mé-
k^ COURS SPÉCIAL SbR L^iilDUCTION, ETC.
taux ou J)ar d'àiitrôs corps coiitônatit des Iraéès fie fer j éjui isëilt chatifTës en préâëncë de l'àiitiant; L'argile^ certaines lehàUx et charbcJtis de terre, le cuivre et Yot du cbmmeircfe tiâduits ëii petits globules, attirés pat* l'aimant à la tétttpéfatute ordinaire^ Sont décidément repëtissès à une température élevée. Lorsque ces corps àdnt cfaauifês^ i'aétioii âiamagnétique deyient prépondérante siir i*âttt*actidn de la petite quantité de fer qui y est contenue et qui est considérablement diminuée par là chaleur. Avec le refroidissement, le pouvoir magnétique reparaît et on peut reptëdùire autant qu'on veut ces alternativesi
Avant d'abandonner ce sujet, je dois vods signaler l'influence de la chaleur sur le pouvoir niagnétique du pla-^ tine, métal très-doux et très-malléable, surtout en Comparaison du fer ; ce pouvoir se conserve à des températures très -élevées et paraît à peine diminuer par la fusion; Notons encore que les solutions ferrugineuses conseiireiit Stnsiblement leur pouvoir maghétique entre les limites des températures auxquelles on peut les soumettres
Les roches de fusion, telles que lès laires et les bâ^ saltes , ont été trouvées aimantées ^ et en coupant sur dèd éduches en place^ comme l'a fait récemment M. Mëllonii des prismes dans des directions différentes, il en est résulté que les pôles contraires de ces prismes étîdent dis-^ pesés comme dans une masse ferrugineuse qui aurait été aimantée par l'action magnétii^ue de la terre. Puisque ce résultat n'aurait pas lieu sur les mêmes cor|)d à l'état se^ lide et à la température ordinaire, il faut admettre quë l'induetion de la force magnétique terrestre s'est exercée lorsqu'ils étaient chauffés et^ par conséquent^ privés de force coercitive«
Voyons maintenant quelle est T action de la chaleur sur
^ SIXIÈME LËÇÔi^. ^â
les cbrpâ diâgmagnéticîuës et priacipalemerit sur le bisiîàtitb. N'oublions pas que nous passoiis ainsi de l'étUdé tf ttti iiiétal fibreux, ductile et doué d'une grande cohésion, Êbmmé le fer, à celle du bismuth, qui est un corps cristallisé fet très-friàble.
je commence par faire une expérience qui Vous montrera la grâtide diitiitiution qu'éprouve le diamàgnétiôrae du bismuth par là fusion. Je suspends à un fil de cocoii un levier formé d'une tige três-légèrè de bois qui porte â son extrémité une petite cuiller de chaux caustique a [fi^. 23) dans laquelle je répàiids une ttace à peine Visible de colibthar. Eii fermant le circuit de l'électrôàimànt au moment où la cuiller est près d'un des pôleâ, l'aiguille est attirée; mais si je remplis la cavité avec du bismuth, l'aiguille est de nduVéàu répôusséë. En supposant (Jùe la quantité d'oXyde de fer n'excède pas 1 â 2 faiilligrattimes, il faut iiiettre, pour vâincte son âttràcfion, ^00 à 250 milligrammes de bismuth. Je chaufië là cuiller de chaux avec tme lampe à alcool, et je fèfmë lé circuit lorsque le bismuth est entièrement fondu et (Juè là 5hàuix est presque rouge. L'aiguille est alors attirée et s' attache au pôle. Si nous faisons attention au moment o le bismuth se solidifie, moitient qUi est indiqué par l'appàfition d'une petite boule liquide qui fait crever la surfâCe, nous Vétrôtis l'aiguille brusquement repoussêè dtt pôle.
M. Plucher aVàit déjà l-emarQué que le diamagnétifejmé du bismuth diminue très-rapidement près de la tempêl-atUre de sa fusion.
Je vais maintenant vous montrer* les expériences paf lesquelles j'ai été amené à conclure que le pouvoir dia** magnétique du bismuth diminue presque unifortnétiient
avec la température jusqu'au point de fusion» auquel il cesse brusquement. Pour opérer sur le bismuth à des températures de plus en plus élevées, mais inférieures à sa fusion, je faisais osciller une aiguille de ce métal suspendue à un fil de cocon dans un espace d'air chauffé avec un bain d'huile : j'ai trouvé que la diminution du pouvoir diamagnétique est à peu près proportionnelle à l'augmentation de température, jusqu'à -|- 226' C, qui est le degré le plus élevé auquel j'aie pu faire l'expérience. Afin de pouvoir agir sur le bismuth liquide, je prends une nacelle de chaux caustique suspendue {fig. 24) par un long crochet de verre à un fil de cocon. Je fais osciller cette nacelle entre les pôles d'un électro-aimant après l'avoir fortement chauffée, et je mesure le temps d'un certain nombre d'oscillations ; je répète ensuite la même expérience en ayant la nacelle fortement chauffée et remplie de bismuth fondu. Dans les deux expériences, j'ai eu soin d'avoir le fil de cocon également tendu. J'ai trouvé que la durée de l'oscillation de l'aiguille de chaux était à peu près la même dans les deux cas. Il était essentiel de faire l'expérience avec la nacelle vide après l'avoir fortement chauffée, à cause de l'augmentation déjà observée du diamagnétisme de la chaux par la chaleur.
En partant de ce résultat, il était de quelque intérêt d'essayer si, en augmentant la masse du bismuth relativement à celle de la chaux de la nacelle, on serait parvenu à trouver dans ce métal fondu une propriété contraire au diamagnétisme dont il est doué à l'état solide. Je n'ai pas réussi à vériOer cette inversion, et j'ai vu la nacelle de chaux , contenant 27 grammes de bismuth fondu, toujours- repoussée des pôles de l' électro-aimant.
En ayant égard à la structure cristalline du bismuth.
il était important d'étudier sur d'autres corps diamagnétiques, l'influence de la chaleur. J'ai trouvé que la force répulsive développée par Taîmant sur le phosphore, l'acide stéarique et le souffre n'était que très-peu diminuée par la fusion.
11 est donc démontré par des expériences suffisamment variées que l'influence de la chaleur sur les pouvoirs magnétiques et diamagnétiques des corps, varie suivant le degré de la modification qu'une quantité donnée de chaleur produit dans l'attraction moléculaire et dans la structure cristalline de ces corps.
Nous allons voir que des effets de la même nature que ceux produits par la chaleur sont développés dans les corps magnétiques et diamagnétiques par l'influence de ces actions mécaniques, qui troublent temporairement l'équilibre de leurs molécules et font varier inégalement et dans des sens différents la force d'agrégation.
Il n'y a qu'à se procurer des barreaux semblables de fer doux, d'acier fondu non trempé, de cet acier pius ou moins trempé et à les placer successivement avec leur axe parallèle à l'aiguille d'inclinaison, pour voir l'aiguille d'une boussole placée à une certaine distance dévier d'un certain nombre de degrés qui varie suivant la nature du barreau : le fer doux est celui qui prend, sous l'influence del'aim nt terrestre, le magnétisme le plus fort, et c'est le contraire qui a lieu pour Tacier trempé.
Après avoir enlevé ces barreaux de la position où ils étaient maintenus pour les soumettre à Faction inductrice du magnétisme terrestre, on peut mesurer, en les approchant de nouveau de l'aiguille de la boussole, le degré d'aimantation qu'ils ont conservé : on trouvera alors' un
résultat tout à fait contraire au précédent, c'est-à-dire que
226 COURS SPéClAL SUR l'induction, ETC.
le fer doux aura perdu entièrement l'état magnétique acquis sous rinduction de la terre, tandis que la portion du magnétisme conservée par Tacier trempé sera plus grande que celle de l'acier non trempé. C'est à Coulomb que nous devons les expériences les plus exactes pour démontrer l'influence de la trempe sur l'aimantation acquise par un barreau d'acier. Ce physicien a trouvé que ce barreau, chaufTé jusqu'à + 750** R. et brusquement refroidi, n'acquiert pas un état de trempe suffisant pour faire varier le magnétisme qu'il prenait avant cette opération. C'est après l'avoir trempé à des températures plus élevées et puis aimanté, qu'on trouve sa force directrice notablement augmentée : à la température de 950» la trempe rend le barreau susceptible d'un degré d'aimantation double de celui qu'il avait avant la trempe. On conçoit facilement que ces effets doivent varier suivant la nature de l'acier, la dimension et la forme des barreaux. Je citerai encore à ce propos une expérience que Nobili avait faite pour expliquer la manière d'agir de la trempe dans l'aimantation. Ce physicien fit construire avec le même acier deux cylindres égaux, l'un massif et l'autre percé suivant son axe de manière que son poids ne fût que la moitié de l'autre. Ces deux cylindres furent trempés de la même manière et aimantés à saturation, et le magnétisme acquis par le cylindre percé fut trouvé double de celui de l'autre. Ce résultat dépend évidemment du refroidissement plus brusque éprouvé par le cylindre percé et delà trempe plus dure qui en est résultée.
En se fondant sur un résultat trouvé par Coulomb, c'est-à-dire que, dans un faisceau de lames ou d'aiguilles égdement aimantées, l'aimantation la plus forte est bientôt réduite aux seules lames externes, tandis que celles
SIXIÈME LEÇON. 22s7
du centre sont à peine magnétisées ou le sont en sens contraire, Nobili a essayé d* expliquer Teffet de la trempe en l'attribuant à Taimantation plus forte prise par la couche superficielle d*un barreau qui est celle dont la trempe est la plus dure. Quoiqu'on ne puisse nier l'influence que cette couche plus fortement aimantée doit exercer pour conserver le magnétisme du barreau en réagissant sur la partie centrale de la même manière que les pôles des aimants font sur les armatures de fer doux, il n'est pas moins vrai que l'explication de l'aimantation plus forte de cette couche à cause de sa dureté, reste à donner.
Dans l'hypothèse de Coulomb on admet dans l'acier, proportionnellement au degré de sa trempe, une force appelée force coercitive, qui s'oppose à la séparation des fluides magnétiques et qui résiste aussi à leur réunion : la quantité de magnétisme que le corps peut conserver à son point de saturation, dépendrait de sa force coercitive.
De même que la trempe agit sur le magnétisme pris par l'acier, toutes les actions mécaniques qui modifient la structure du fer doux et le rendent plus ou moins dur et élastique, communiquent à ce métal la propriété de conserver l'aimantation.
Le procédé le plus propre à rendre sensibles les variations que les actions mécaniques développent dans les propriétés magnétiques d'une masse de fer, consiste à placer cette masse dans l'intérieur d'une double spirale dont l'une est employée pour le courant de la pile et l'autre pour les courants induits par les variations de l'état magnétique.
Je ferai la première application de ce procédé en vous montrant les effets de la compression sur une masse de
228 COURS SPÉCIAL SUR l'iNDUGTION, ETC.
limaille de fer contenue dans un étui de laiton portant un piston à vis, avec lequel je puis comprimer plus ou moins cette masse. En fermant le circuit après avoir placé l'étui dans l'intérieur de la spirale on a une première déviation très-forte due principalement au courant induit par la magnétisation de la limaille; si, après avoir laissé retourner l'aiguille à zéro, on comprime cette limaille, on obtiendra encore des courants très-forts et dans le même sens, et le contraire aurait lieu en diminuant brusquement la compression ou en agitant la limaille.
Mais c'est surtout avec le grand appareil d'induction déjà décrit [fig. 14), que je puis vous montrer des effets très -grands développés par des dérangements moléculaires à peine sensibles. Je ferme d'abord le circuit de la pile et je laisse passer plusieurs' secondes avant de fermer le circuit de la spirale induite qui contient un galvanomètre très-délicat ; sans cette précaution j'aurais toujours un courant induit très-fort dû au magnétisme du cylindre de fer doux, qui n'atteint son maximum qu'après 60 à 80 secondes. Après ce temps, quelque petit que soit le choc, ou la vibration, ou la pression exercée sur le cylindre de fer doux, j'obtiens des courants induits très-forts qui indiquent la formation ou l'accroissement du magnétisme du fer doux. En opérant de la même manière après que le circuit a été ouvert, ces actions mécaniques produisent des courants à peu près de la même intensité mais de sens contraire, et l'on doit remarquer que ces courants sont les mêmes, soit qu'on ait agi quelques secondes après l'interruption du circuit ou après plusieurs heures ou même des jours entiers.
Parmi les différentes actions mécaniques qui peuvent être appliquées au fer doux pendant qu'il est soumis à
un aimant, c'est la torsion qui a offert les résultats les plus importants. Voici comment j'ai opéré, il y a déjà longtemps, pour étudier les effets de la torsion sur un barreau de fer doux aimanté à saturation par un courant électrique. Un barreau de fer doux bien recuit [fig. 28) est fixé à une de ses extrémités d dans un trou profond pratiqué dans un bloc de marbre qui est à son tour fixé solidement dans un mur; l'autre extrémité c est appuyée sur un support et porte un levier ou une roue à l'aide desquels on peut donner au barreau des torsions déterminées et dans les deux sens. Le barreau est entouré d'une spirale ab destinée au courant, de la pile et d'une seconde spirale qui comprend le galvanomètre et sert poiu* les courants induits. On a eu soin de placer l'axe du barreau autant que possible perpendiculaire au méridien magnétique. En employant l'action magnétique de la terre pour aimanter le barreau, on emploie la seule spirale induite, et il faut alors placer le barreau verticalement ou parallèlement à l'aiguille d'inclinaison.
Quelle que soit la disposition de l'appareil dont on se sert pour étudier les effets de la torsion, le premier résultat de la torsion est celui d'une augmentation du magnétisme du barreau, indiquée par les courants induits, quels que soient le sens et le degré de la torsion qu'on lui applique. M. Pouillet est parvenu à aimanter à saturation un barreau de fer doux soumis au magnétisme de la terre en lui donnant des torsions très-fortes. Si l'on répète les torsions sur le barreau après que le courant a cessé, les courants induits qu'on obtient indiquent une diminution de magnétisme.
Voici maintenant un phénomène remarquable que j'ai obtenu sur un barreau de fer doux qui avait 40 milli-
mètres de diamètre. En donnant à ce barreau des torsions, qui étaient nécessairement très-fortes et qui étaient accompagnées d'une altération permanente dans son état moléculaire, j'ai eu, immédiatement après le passage du courant, des effets d'induction qui indiquaient l'accroissement du magnétisme. En continuant avec les mêmes torsions qui étaient données alternativement dans des directions opposées, les courants obtenus devenaient toujours plus faibles et enfin j'ai vu apparaître des courants de sens contraire qui se succédaient et correspondaient à des mouvements opposés communiqués au barreau.
Dans ces expériences je n'avais pas opéré de manière à distinguer les effets de la torsion élastique de ceux produits par les torsions capables d'altérer d'une manière permanente la structure du barreau : c'est là en partie le travail que JL Werlheim a exécuté dernièrement, en y apportant les soins et l'exactitude qui lui sont propres.
Ce physicien a étudié les effets de la torsion avec la méthode que j'ai déjà décrite : dans ses expériences un barreau de fer doux de 15 millimètres de diamètre, aimanté ou par le magnétisme de la terre ou par un courant électrique, était tordu et détordu à l'aide d'une roue au centre de laquelle était fixé le bout libre du barreau. Les variations qui se produisaient dans le magnétisme du barreau étaient indiquées par les courants développés dans la spirale induite.
M. Wertheira a commencé par soumettre le barreau à une torsion élastique ou temporaire et ensuite à la détorsion. 11 a trouvé que les variations d'équilibre moléculaire ainsi produites agissaient d'abord comme tout autre ébranlement mécanique, en augmentant le magnétisme
SIXIÈME LfçON. 231
du barreau jusqu'au point de saturation. A ce point la torsion élastique, quel que soit le sens dans lequel elle se fait, produit une diminution de magnétisme, tandis que la détorsion correspondante donne lieu à une augmentation à peu près égale de magnétisme. Ces mêmes phénomènes se produisent sur le même barreau après l'interruption du courant, précédés toutefois par les variations que les premières torsions et détorsions produisent dans «4on magnétisme en le ramenant à un état d'équilibre.
Il parait naturel de considérer ces premiers résultats des expériences de M. Wertheim comme conformes à ceux, certainement plus complexes, auxquels j'étais parvenu en opérant sur des barreaux d'un diamètre beaucoup plus grand, ce qui ne m'a pas permis de distinguer suffisamment l'effet de la détorsion de celui de la torsion en direction contraire à celle qu'on a appliquée premièrement au barreau ; la même raison m'a empêché de déterminer le sens de la variation magnétique, qui correspond à la torsion du barreau et à son retour à la position primitive.
M. Wertheim a étudié ensuite les effets de la torsion sur un faisceau de fil de fer tordu d'une manière permanente et soumis à l'action magnétique de la terre ou à celle d'un courant voltaïque. La variation magnétique éprouvée par le faisceau de fils de fer tordus et soumis à une nouvelle torsion élastique, ne serait plus, suivant M. Wertheim, indépendante de la direction dans laquelle la torsion est exercée, car elle produirait une augmentation de magnétisme si elle était dans le même sens que la torsion permanente, et un effet contraire si la torsion avait lieu dans le sens opposé. De même la détorsion augmenterait le magnétisme si elle avait lieu dans la di-
rection de la torsion permanente et produirait une diminution si elle s'exerçait contre le sens de cette torsion.
Il nous a été facile de vérifier l'exactitude de ces résultats obtenus par M. Wertheim, et je vous ai déjà décrit l'appareil {fig. 28) avec lequel j'ai pu répéter ces expériences.
Frappé de la différence ou plutôt de l'opposition des effets de la torsion temporaire sur des barreaux de fer doux et de ceux obtenus par la même cause sur des faisceaux de fils de fer soumis précédemment à une torsion permanente, j'ai recherché si ces barreaux placés dans le^ mêmes conditions éprouveraient les mêmes effets que les faisceaux. On pouvait soupçonner que les résultats obtenus sur les faisceaux de fils de fer étaient dus tout simplement au rapprochement plus intime de ces fils par la torsion et à la séparation produite par les torsions exercées en sens contraire de celles déjà appliquées à ces faisceaux. J'ai trouvé en effet qu'en tenant sous une torsion permanente des barreaux de fer doux déjà à l'état d'équilibre magnétique, les nouvelles torsions et détorsions élastiques ajoutées, quel qu'en ait été le sens, ont toujours produit les mêmes résultats que nous avons obtenus sur des barreaux dont l'élasticité n'a pas été altérée, c'est-à-dire diminution du magnétisme par la torsion et augmentation par la détorsion.
J'ai vérifié ces résultats en employant la force magnétique de la terre pour aimanter les barreaux, au lieu du courant électrique, et je n'ai pas remarqué de différence en laissant écouler un intervalle différent de temps, depuis quelques secondes jusqu'à plusieurs minutes et même plusieurs heures entre la torsion permanente et le commencement de la nouvelle torsion élastique.
Il importe ici de vous décrire un phénomène qui se vérifie constamment dans ces expériences, et qui, étant pris isolément, pourrait nous conduire à considérer la torsion permanente comme vraiment capable de modifier le résultat des torsions temporaires successives. Lorsqu'un barreau de fer doux a été plusieurs fois de suite soumis à des torsions croissantes jusqu'au point d'altérer son élasticité, s'il est alors soumis à une très-faible torsion élastique toujours dans le même sens, on a généralement augmentation de magnétisme et la détorsion correspondante ne produit qu'une diminution très-faible et souvent inappréciable. En continuant les torsions, les premiers phénomènes paraissent, c'est-à-dire désaimentation eu tordant et aimantation en détordant le barreau. On peut alors renouveler la même série de phénomènes en recommençant les torsions élastiques dans le sens primitif: on trouve de nouveau que la première torsion, lorsqu'elle est très-petite, donne toujours une augmentation de magnétisme. Ces alternatives peuvent se répéter un grand nombre de fois et d'autant plus longuement que le barreau employé a été moins recuit. Evidemment il faut considérer TefTet d'une première et faible torsion sur les molécules, venant à la suite de torsions très-fortes en sens contraire, comme semblable à celui de la détorsion.
Pour compléter la description de ces phénomènes, je dois ajouter que le sens dans lequel la torsion élastique appliquée à des barreaux déjà assujettis à des torsions permanentes donne l'augmentation du magnétisme avec plus d'intensité et de persistance, a été généralement celui dans lequel la première torsion a eu lieu.
Avant de vous exposer les considérations auxquelles on est conduit par ces expériences sur la relation entre les
2Sh COrRS SPécIlL SCR L*I5DrCTI05, ETC.
effets moléculaires de la torsion et l'état magnétique du fer, je dois vous décrire encore les résultats que j'ai obtenus en étudiant les effets de l'allongement élastique et du raccourcissement correspondant dans un fil de fer soumis à l'aimantation. C'est encore le même appareil et la même méthode qui ont été employés dans ces expériences : un fil de fer de 2"" \ de diamètre est solidement fixé par une de ses extrémités à une forte pince de fer, tandis que l'autre extrémité passe sur une poulie et se termine par un crochet auquel on attache des poids. Ce fil, d'une longueur de 2 mètres environ, est enveloppé de deux spirales dont l'une sert pour le courant électrique qui doit l'aimanter, et l'autre pour les courants induits qui dénotent les variations de son magnétisme. J'avais disposé un mécanisme très-simple, à l'aide duquel je pouvais soumettre brusquement et soustraire successivement le fil à des tractions de 50 à 100 et 150 kilogrammes. J'avais soin de m'assurer en même temps que l'allongement n'altérait pas Télasticité, en obser\'ant avec la lunette du cathétomètre un trait fait sur le fil. Voici le résultat auquel je suis parvenu ; l'allongement élastique d'un fil de fer, soumis au courant et qui a atteint un état d'équilibre magnétique, produit une augmentation de magnétisme, tandis que le retour de ce fil à sa première longueur produit une diminution de magnétisme.
Pour bien réussir dans ces expériences, il est avantageux d'employer un fil qui n'ait pas été trop recuit et de lui appliquer d'avance le poids nécessaire pour le maintenir tendu. J'ai remarqué que, lorsque les poids ajoutés étaient trop grands et produisaient rallongement et enfin la rupture du fil, une diminution brusque de magnétisme avait lieu dans le moment du grand allongement qui pré-
SIXIÈME LEÇOIV. 335
cédait la rupture, ce qui s'explique naturellement par la diminution correspondante du diamètre du fil soumis à l'aimantation.
En rapprochant les résultats obtenus par l'allongement du fil de ceux produits par la torsion, on arrive à cette conséquence remarquable: l'allongement d'un fil de fer et la détorsion, dans les limites de Télasticité, produisent la même variation dans son état magnétique qui consiste dans une augmentation de cet état, tandis que le raccourcissement de ce fil et sa torsion produisent l'effet contraire, ou une diminution de magnétisme ; quelle que soit Faction mécanique à laquelle est soumis un fil de fer en présence d'une force qui le transforme en aimant, si les molécules du fer sont portées à des distances plus grandes entre elles, il y a augmentation de magnétisme, tandis qu'il y a diminution lorsque ces molécules sont rapprochées.
On devait s'attendre à trouver ces résultats confirmés par une autre manière d'expérimenter.
Si rallongement et la détorsion d'un fil de fer soumis à un courant électrique dans une spirale produisent une augmentation brusque de magnétisme, on doit trouver qu'un fil de fer allongé par une force de traction prend, sous l'influence d'une force inductrice donnée, un état magnétique plus fort qu'un autre fil semblable qui est à l'état naturel, et que la même différence se vérifie entre un fil de fer à l'état naturel et ce même fil tordu. Nous pouvons facilement vérifier ces conséquences avec l'induetionomètre différentiel (/îg. 7 bis), qu'il est utile de construire avec deux petites bobines dont chacune est formée de deux spirales cylindriques de 0",10 de longueur et de 12 millimètres de diamètre à l'extérieur. Je commence par m' assurer que les deux spirales induites se font parfaite-
236 COURS SPÉCIAL SUR l'iNDUCTION, ETC.
ment équilibre. A ce point l'appareil a toute la sensibilité et toute l'exactitude possibles dans ses indications, et nous pourrions, si cela était nécessaire, augmenter à volonté la force de la pile et la longueur des spirales. Pour vous montrer la sensibilité de cet appareil, je n'ai qu'à mettre dans une des spiralesun cylindre formé d'un mélange de parties égales de cire et de coiiothar; j'obtiens alors, en faisant agir la roue d'interruption, une déviation notable due à la prédominance acquise par la spirale qui induit sur la matière ferrugineuse.
Voyons maintenant quels sont les effets de la torsion et de l'allongement. Je mets dans chaque bobine un fil de fer coupé sur le fil employé dans les expériences précédentes sur l'allongement ; les deux fils sont égaux et assez longs pour que leurs extrémités dépassent celles des spirales. Je puis facilement tordre ces fils, après avoir serré fortement avec des pinces de laiton chacune de leurs extrémités, je m'assure de l'équilibre des deux spirales, et puis je tords un des fils d'un arc de 9u** en tenant fixe une de ses extrémités. L'équilibre n'existe plus, et la spirale qui a le fil de fer à l'état naturel donne un courant induit plus fort. En détordant le fil, les deux courants redeviennent égaux. On peut ainsi, sur ces deux fils ou sur d'autres plus épais, produire plusieurs fois ces alternatives dans la prédominance de l'une ou de l'autre des spirales. Il suftît de donner une torsion persistante pour obtenir aussi la persistance dans la diminution de la force magnétique, que le fil de fer peut acquérir temporairement sous l'action d'un courant électrique donné. Il m'est arrivé d'observer un phénomène contraire, lorsque je donnais à un fil de fer très-mince un grand nombre de torsions dans le même sens.
Pour étudier les effets de rallongement, je n'ai qu'à prendre des fils de fer encore plus longs, les fixer solidement par une extrémité avec une grosse pince et les tendre à l'autre par un poids. Lorsque les deux spirales sont en équilibre, je tends un des fils par un poids de 10 kilogi'ammes, et à l'instant la spirale dans laquelle il est contenu, devient prédominante, et, en ôtant le poids, l'équilibre se rétablit. Si avec un plus grand poids rallongement devient permanent , l'effet magnétique persiste aussi. Il faut arriver à des poids encore plus grands, pour qu'en produisant un allongement notable et enfin la rupture du fil, l'état magnétique vienne à diminuer.
Ainsi donc la cause des variations brusques dans l'état magnétique d'un barreau ou d'un fil de fer, occasionnées par la torsion ou par l'allongement, est de la même nature que celle qui fait varier le degré d'aimantation que ce même barreau peut prendre sous une action magnétique donnée, étant assujetti d'avance à ces actions mécaniques : en d'autres termes, toutes les fois que le dérangement de l'équilibre moléculaire, qui a lieu temporairement et par des causes différentes dans un barreau de fer, est accompagné d'une augmentation dans la force d'agrégation, on obtient une diminution dans son état magnétique ou dans sa susceptibilité à s'aimanter, tandis que si le dérangement moléculaire est accompagné par une diminution de cette force, la variation de l'état magnétique est en sens contraire.
Après avoir ainsi déterminé l'influence exercée par les forces moléculaires sur l'aimantation, il me reste à vous décrire deux observations importantes faites par M. Marianini, et qui ont une certaine analogie avec le sujet dont
2/iO COURS SPÉCIAL SUR L*INDUGTION, ETC.
rhélice, fait voir que la variation de l'élasticité est à peine sensible.
M. Guillemin a observé qu'un baiTeau de fer doux sur lequel on a formé une hélice de fil de fer et qui est fixé par une de ses extrémités pendant qu'il est chargé à l'autre par un poids peu considérable qui le courbe légèrement, se redresse visiblement au moment qu'on fait passer un courant à travers l'hélice. On doit remarquer que, dans cette expérience, l'hélice est attachée au barreau, ce qui empêche de recourir à une action entre le fil et l'hélice pour expliquer le résultat ; on a trouvé que, si le barreau avec l'hélice est appuyé avec son milieu sur un support, au lieu d'être serré ou fixé à une extrémité, le phénomène n'a plus lieu. Le résultat de l'expériente de M. Guillemin est très-net et constant, et je pourrais facilement vous le montrer en réunissant l'extrémité libre du barreau avec un fil de soie à la gorge d'une petite poulie portant un index, et autour de laquelle est enroulé le fil qui soutient ce poids 5 il faut recourir à des nouvelles recherches pour décider si le soulèvement du barreau dépend d'une action entre la partie fixe et celle qui est mobile ou d'une altération dans sa forme.
M. Joule a reconnu, avec un appareil dont le mécanisme est très-compliqué, qu'une barre de fer ou d'acier s'allonge d'une quantité très-petite lorsqu'elle est aimantée, et que cet eflet diminue à mesure qu'on augmente la charge à laquelle cette barre est soumise pour y produire en même temps un allongement longitudinal ; à partir d'une certaine limite et avec des charges croissantes, la barre ou le fil de fer se raccourcissent au moment de l'aimantation.
M. Wertheim, à qui nous devons les expériences les
SIXIÈME LEÇOX Z!il
plus exactes à ce sujet, a montré que le courant d'une hélice exerce sur une ban-e ou sur un fil de fer placés dans l'intérieur de celle-ci, une traction que l'on peut considérer comme résultante d'une force longitudinale et d'une force transversale. La force longitudinale qui s'exerce, quelle que soit la position de la barre de fer relativement à l'axe de l'hélice, tend à allonger ou à raccourcir cette barre, suivant que l'hélice est placée près de son extrémité libre ou un peu en dehors de cette extrémité; l'effet de l'hélice est notablement diminué lorsque celle-ci est placée près de l'extrémité fixe de la barre. La force transversale produit des effets très-sensibles lorsque la barre n'est pas dans l'axe de l'hélice, et, dans cette position, cette force devient nulle.
Je puis facilement vous montrer les effets de l'action mécanique que le courant d'une spirale exerce sur un bai'reau ou sur un lil de fer dans le sens de l'axe ; pour cela, ■ j'introduis ce fd, poui-les deut tiers de sa longueur, dans la spirale, et je vois qu'au moment où le circuit est fermé, le fil est vivement attiré dans la spirale. Si, au lieu d'un cylindre massif, j'emploie un tube de fer contenant un cylindre du même métal, on verra ce dernier vivement repoussé en dehors au moment de l'aimantation.
Pour analyser ces phénomènes, il faut recourir à l'expérience fondamentale d'Arago. Je prends une lame de verre, sur laquelle je répands de la limaille de fer, et j'introduis cette lame dans une spirale cylindrique; au moment on je ferme le circuit, les particules de fer entrent eu mouvement, paraissent repoussées par les parois de la spirale et se rassemblent en filets parallèles à l'axe. En renouvelant plusieurs fois le passage du courant, toute la Imiaille se réunit dans l'axe de la spirale et en plus
£&3 COURS SPÉGUt SUR L'INDUCTION, ETC.
grande quantité vers son milieu qu'à ses extrémitée* Oa peut yarier cette même expérience, comme Ta fait M. Grove, en ayant du fer trës-àivisé suspendu dans une colonne d'eau qui est placée dans l'intérieur d'une spirale. Au moment où on ferme le circuit, le liquide, qui auparavant était troublé et ne laissait pas passer librement la lumi^e, s'éclaircit parce que les particules de fer se réunissent en filets parallèlement à l'axe de la spirale. Cette action du courant électrique de la spirale sur les particules de fer qui tend à les repousser vers l'axe où elles se rassemblent en filets longitudinaux^ explique jusqu'à un certain point les forces longitudinales et transversales trouvées sur le barreau.
Nous concevrons maintenant sans difficulté comittent une masse de fer soumise à l'aimantation temporaire doit produire une série de chocs et de sons, lorsque le passage du courant magnétisant de la spirale est renouvelé à des intervalles très-petits de temps. C'est, en effet, ce qui a été observé d'abord par M. Page et ensuite par MM. Gassiot, Beatson, Matteucci, Marrian, Wartmann,' etc.; c'est surtout à .MiM. de la Rive et Wertheim que nous devons les expériences les plus étendues* et les plus variées sur ce sujet.
Pour obtenir Ces sons bien distincts, il faut tendre sur une table d'harmonie un fil de fer ou d'acier de 1 à 2 ttiiliimètres de diamètre et de 1 à 2 mètres de longueur, et disposer ce fil dans l'axe d'une bobine qui doit en être bien séparée; il faut aussi que le fil soit tendu par un poids modéré. On obtient le courant interrompu en faisant agir une roue d'interruption ou un rhéotome placé dans le circuit de la spirale, de manière à produire un certain nombre d'aimantations et de désaimantations se*
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trées par des iiUervallea de lempa qui ne doivent pas être excessivement courts. lîeuiarquons ici qu'on peut obtenir des sons, quoique moins clairs, que ceux produits par les (ils, en employant une masse cylindrique de ce métal, qui pèse 10 à 15 kilogramnies, placée dans une spirale convenable.
On peut aussi obtenir des sons semblables en faisant passer un courant électrique discontinu à travers un fil de fer. Dans ce cas aussi la cause des vibrations doit consister dans l'action que le courant exerce sur les particules de son propre conducteur, et qui sont aimantées norma- !Ut k sa direction.
■on a essayé inutilement d'obtenir des phénomènes scmilea, en soumettant à l'action du courant discontinu, des Gis de cuivre, d'argent, ou de tout autre métal non magnétique; le même résultat a été trouvé en faisant passer le courant discontinu dans ces fils.
Lorsqu'on fait attention aux sons produits dans les différentes manières que nous venons de décrire, on parvient sans difliculté à distinguer un son musical, qui est plus ou moins clair, suivant les conditions que j'ai indiquées, et, eu même temps, un bruit sec ou une espèce de crépitation qui accompagne immédiatement la fermeture et l'ouverture du circuit.
Il est facile de constater, comme je l'ai prouvé dans le temps, que le son musical obtenu dans ces expériences est le son longitudinal de la barre ou du lil, identique avec celui qu'on obtient par le frottement. Si la barre est placée bore de l'axedela spirale ou si le fil de fer n'est pas suffisamment tendu, le son longitudinal est moins pur, et on a en même temps un son transversal tiës-faible accompagné d'un mëlauge d'auLi'Cs aoua ou plutôt de liruits dîlUciles à déter-
2A& COUPS SPéCIAL SUR L*IXD1ICTI01I, ETC.
miner. C'est surtout sur les plaques de fer que ces phénomènes compliqués se produisent, et cela principalement en faisant que les interruptions se succèdent rapidement.
Remarquons, en dernier lieu, qu'en général les sons musicaux sont moins clairs et distincts avec les fils d'acier ou de fer écroui qu'avec ceux de fer doux, et qu'on peut faire cesser les différents bruits obtenus par le courant discontinu, en tenant le fil de fer dans une hélice et en le faisant aimanter par un courant extérieur.
Il résulte de l'ensemble des expériences que je vous ai décrites sur la relation entre l'état d'aimantation du fer et de l'acier et les forces moléculaires, les conséquences suivantes :
!• L'action mécanique qui se développe entre le courant d'une spirale et utf barreau de fer qui s'aimante dans Fintérieur de celle-ci, donne lieu à des forces qui tendent à allonger ou à raccourcir le barreau, ou à le déplacer transversalement lorsqu'il est dans une position excentrique. On doit attribuer cette action à une attraction analogue à celle qu'un conducteur voltaïque exerce sur la limaille de fer.
2* Les tractions longitudinales et transversales du barreau de fer qui ont lieu au moment de l'aimantation et de la désaimantation, produisent des sons.
3" Indépendamment de cette action mécanique de la spirale, le nouvel état magnétique du barreau est accompagné d'un dérangement moléculaire qui consiste probablement dans une nouvelle orientation des molécules, et qui est la cause des autres sons et bruits qui se produisent en même temps : ce dérangement moléculaire ne détermine aucune variation sensible dans la densité et dans l'homogénéité de la structure du corps aimanté.
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' à° Le nouvel arrangement moléculaire, qui paraît être lié essentiellement à l'état d'aimantation, est nécessairement influencé par l'état d'agrégation qui appartient aux corps soumis à la force inductrice; plus les molécules de ces corps sont libres, plus est faible la force d'agrégation qui retient ces molécules en équilibre, et plus l'aimantation est facile à se produire et à cesser.
Il était important de rechercher si les corps diamagnétiques présentaient des phénomènes analogues à ceux que nous venons d'étudier dans ce fer.
C'est à MM. Knoblauch et Tyiidall qu'on doit les premières expérieuces sur ce sujet. Ces physiciens ont prépai'é une lame de bismuth comprimé, en serrant avec la vis d'une petite presse un cylindre formé d'une pâte d'eau gommée et de poudre de ce métal ; cette lame suspendue entre les pôles de l'électro-aimant, au lieu de se fixer éqiiatoriakment avec sa plus grande longueur, se met au contraire dans la ligne polaire comme si elle était formée d'une matière magnétique. Suivant les mêmes physiciens, le contraire a lieu avec une plaque obtenue par la compression d'une pâte d'eau gommée et du carbonate de fer en poudre.
Pour répéter ces expériences, nous avons préparé un cylindre de bismuth en faisant fondre ce métal dans un tube de verre de 6 à 6 millimètres de diamètre ; snr ce cylindre, dont la cristallisation étaitconfuse et irrégulière, on a taillé des petits cubes d'égnle dimension. Un de ces cubes étant suspendu entre les pôles de Téleclro- aimant, on le voit rester indifférent, quelle soit sa position et son mouvement au moment où le circuit est fermé. En substituant à celui-ci un autre cube semblable, qu'on a légèrement comprimé avec une presse, perpendiculairement
à deux de ses faces opposées, on trouve qu'il n'est Indifférent à Taction de Vélectro-aimant que dans le seul cas où la ligne de compression est dans le prolongement du fll de suspension. Si le cube est suspendu avec sa ligne de compression horizontale, on le voit au moment où le circuit est fermé se diriger et s'arrêter en équilibre avec cotte ligne perpendiculaire à la ligne polaire. J'sd trouvé un effet semblable, quoique plus faible, sur l'acide stéarlque.
M. Tvndall, en mesurant avec la torsion la force de répulsion que le )>ôle d'un électro-aimant exerce sur un cube do bismuth comprimé, a observé que cette répulsion est plus forte lorsque la ligne de compression est parallèle & Taxo do l\^loctro-aimant que lorsqu'elle lui est perpendiculaire*
Sur une masse de bismuth amorphe, qui a été comprimée laûfonnénteni dans un certain sens, je prépare dos aiguiliOiS prisTCâiî-^ues. Je suspends entre les pôles uuo do cos aîiT^îiîles, qui a U ligne de compres^on perpondioubùrv ii sa kaOToar « suspendue horizontalement; oouo âîiniillo SiO oiriiio dans la !i^:iie polaire, comme si eBe OïAiî tOinîHV if «3>os.i:hstai>oe magréiique. En faisant décnro un arc do 90^ au poini de scspenaon, la ligne de <v>n)pre^<>& do« kici x^nkale^ ei ooi voit alors Faignille se fixor daafïs îo pJaii tSpa:^-cia3,
Sî r<m a ot*^ aicûllks oe Itt^oaQxiih qui soient taillées de Ti>À:^^^ro q;K^k ^ic^r oo camjvresàoB soit parallèle i leur îv^TïjTooKT. wn Icsx oSî î^pSacfTéqfOttoriateinent; cette ligne ôuuûi $ospo!ndw hor^£Cfiûii>jne£Oi, }a loroe diamagnétique ^nK^s^Ti^c pjtr la 4^4^i^>e âc Tosciliia^oii est la plus grande jv^sjsîitikv. Ces i^r^prièios âû làiami;^ amjrimMk persista; a.p3>è$ avdxr ^IbMiffo et métal à ime lei^éntare qui
est très*près de celle du point de fusion, mais elles disparaissent par la fusion.
Remarquons encore que pour rendre plus distincts tous les phénomènes qu'on développe dans le bismuth par la compression, il est avantageux d'employer des surfaces •polaires carrées et très-étendues au lieu de pointes ou de demi-sphères ; lorsqu'on a des extrémités coniques et très-rapprochées, les aiguilles de bismuth qui ont la ligne de compression perpendiculaire à leur longueur sont repoussées dans le plan équatorial, ce qui n'a pas lieu en éloignant ces extrémités ou en employant des surfaces po^ laires carrées. En décrivant les phénomènes magnétocristallins, nous verrons comment la forme et la distance des extrémités polaires produisent ces effets.
Il nous serait impossible, dans l'état actuel de nos connaissances, d'essayer quelque rapprochement entre les effets de la compression sur les propriétés diamagnétiques du bismuth et les phénomènes magnéto-moléculaires du fer. Nous devons plutôt nous empresser d'arriver aux phénomènes magnéto-cristallins, avec lesquels les phénomènes du bismuth comprimé paraissent avoir une certaine analogie.
On doit à M. Plucher la première expérience qui a prouvé la relation qui existe entre la position d'équilibre que certains corps magnétiques et diamagnétiques prennent entre les pôles d'un aimant et celle de leurs axes de cristallisation.
Cette expérience a été faite avec une plaque rectangulaire de tourmaline ayant son axe optique parallèle au côté le plus long, comme on l'emploie pour polariser là lumière. On sait que la tourmaline est attirée par Taimant à cause de l'oxyde de fer qu'elle contient.
2i!|0 COURS SPÉCIAL SUR L*INDUCTION, ETC.
à deux de ses faces opposées, on trouve qu'il n'est Indifférent à l'action de 1* électro-aimant que dans le seul cas où la ligne de compression est dans le prolongement du fll de suspension. Si le cube est suspendu avec sa ligne de compression horizontale, on le voit au moment où le circuit est fermé se diriger et s'arrêter en équilibre avec cette ligne perpendiculaire à la ligne polaire. J'ai trouvé un effet semblable, quoique plus faible, sur l'acide stéarique.
M. Tyndall, en mesurant avec la torsion la force de répulsion que le pôle d'un électro-aimant exerce sur un cube de bismuth comprimé, a observé que cette répulsion est plus forte lorsque la ligne de compression est parallèle à l'axe de Télectro-aimant que lorsqu'elle lui est perpendiculaire.
Sur une masse de bismuth amorphe, qui a été comprimée uniformément dans un certain sens, je prépare des aiguilles prismatiques. Je suspends entre les pôles une de ces aiguilles, qui a la ligne de compression perpendiculaire à sa longueur et suspendue horizontalement ; cette aiguille se dirige dans la ligne polaire, comme si elle était formée d'une substance magnétique. En faisant décrire un arc de 90** au point de suspension, la ligne de compression devient verticale, et on voit alors l'aiguille se fixer dans le plan équatorial.
Si l'on a des aiguilles de bismuth qui soient taillées de manière que la ligne de compression soit parallèle à leur longueur, on les voit se placer équatoriaiement; cette ligne étant suspendue horizontalement , la force diamagnétique mesurée par la durée de l'oscillation est la plus grande possible. Ces propriétés du bismuth comprimé persistent après avoir chauffé ce métal à une température qui
est trèfikprès de celle du point de fusion, mais elles disparaissent par la fusion.
Remarquons encore que pour rendre plus distincts tous les phénomènes qu'on développe dans le bismuth par la compression, il est avantageux d'employer des surfaces polaires carrées et très-étendues au lieu de pointes ou de demi-sphères ; lorsqu'on a des extrémités coniques et très-rapprochées, les aiguilles de bismuth qui ont la ligne de compression perpendiculaire à leur longueur sont repoussées dans le plan équatorial, ce qui n'a pas lieu en éloignant ces extrémités ou en employant des surfaces po^ laires carrées. En décrivant les phénomènes magnétocristallins, nous verrons comment la forme et la distance des extrémités polaires produisent ces effets.
11 nous serait impossible, dans l'état actuel de nos connaissances, d'essayer quelque rapprochement entre les effets de la compression sur les propriétés diamagnétiques du bismuth et les phénomènes magnéto-moléculaires du fer. Nous devons plutôt nous empresser d'arriver aux phénomènes magnéto-cristallins, avec lesquels les phénomènes du bismuth comprimé paraissent avoir une certaine analogie.
On doit àM. Plucher la première expérience qui a prouvé la relation qui existe entre la position d'équilibre que certains corps magnétiques et diamagnétiques prennent entre les pôles d'un aimant et celle de leurs axes de cristallisation.
Cette expérience a été faite avec une plaque rectangulaire de tourmaline ayant son axe optique parallèle au côté le plus long, comme on l'emploie pour polariser là lumière. On sait que la tourmaline est attirée par l'aimant à cause de l'oxyde de fer qu'elle contient.
3^8 COURS SPÉCIAL SUR l'iNDUCTION, ETC.
Voyons maintenant ce qui arrive en tenant cette lame suspendue par un fil de cocon entre les extrémités polaires de r électro-aimant. Si Te côté le plus long qui est dans le plan de Taxe optique est suspendu verticalement , la lame se place dans la ligne polaire comme le ferait un corps magnétique ; mais si la suspension est telle que la lame puisse osciller horizontalement, ou si le petit côté est vertical, les extrémités polaires étant à une certaine dis. tance, on verra la lame repoussée des pôles se fixer dans le plan équatorial comme un corps diamagnétique. Remarquons tout de suite que si les extrémités polaires sont terminées en pointe et tenues [très-rapprochées, la lame de tourmaline sera toujours attirée dans la ligne polaire, comme si l'influence de la cristallisation n'existait pas.
M. Plucher après avoir répété cette belle expérience en substituant à la tourmaline un grand nombre d'autres corps cristallisés , croyait être parvenu à démontrer que l'action de l'aimant sur ces corps est indépendante du pouvoir magnétique ou diamagnétique de leurs particules» et que, par une relation nouvelle existant entre Içs propriétés optiques et les magnétiques, tous les cristaux qu'on appelle négatifs ou répulsifs en optique ont leur axe repoussé, et que les cristaux attractifs ou positifs ont leur axe attiré dans la ligne polaire.
Parmi les observations de M. Plucher sur les phénomènes magnéto-cristallins, il en est une qui mérite d'être citée, c'est celle faite sur des cristaux de cyanite et d'oxyde de zinc, qui paraissent être dirigés par l'action magnétique de la terre. Un cristal de cyanite, sans qu'il ait été soumis d'avance à l'action de l'aimant, se dirige dans le méridien magnétique ; au contraire, un cristal d'oxyde de zinc est dirigé par r action de la terre dans un plan perpendiculaire au méridien.
M. Faraday fit à peu près à la même époque que M. Plucher, des expériences sur les phénomènes magnéto-cristallins du bismuth et de l'antimoine.
Pour répéter ces expériences, il faut tailler sur des masses de bismuth- bien cristallisé des cubes et des prismes, de maoière que deux de leurs faces opposées fussent naturelles ou du clivage principal. On sait aujourd'hui que le bismuth ne cristallise pas sous la forme cubique , comme on l'avait cru, mais que ses cristaux sont des rhomboèdres. Quand on e.ssaye de découvrir les clivages de ces cristaux, on les trouve dans trois plans dont im surtout fournit des surfaces très-larges et très-luisantes : le clivage correspondant à ce plan est perpendiculaire à l'axe cristallographique, et a été appelé clivage principal.
Prenons un morceau quelconque de bismuth cristallisé, el, après l'avoir fixé avec une très-petite quantité de mastic résineux à un fil de cocon, suspendons-le entre les pôles d'un électro-aimant. Au moment où le circuit est fermé, on voit le morceau de bismuth oscltier et eufin pointer dans une direction constante; en faisant attention au clivage principal , on trouve que le morceau de bismntli est en équilibre lorsque la ligne perpendiculaire au clivage est horizontale et dans le plan polaire. I! n'y a qu'un cas dans lequel ce morceau de bismuth reste indifférent à l'action de l'aimant, c'est lorsque les clivages sont suspendus horizontalement et que la ligne qui, dans les autres positions, pointe entre les pôles, se trouve dans le prolongement du fil de suspension.
Pour nous former une idée bien claire des phénomènes magnéto-cristallins du bismuth, je suspends entre les surices polaires planes une aiguille de bismuth cristallisé
{fig, 26, n* 4) avec les clivages verticaux et perpendiculaires àl'axe^ et je vois queraction magnétique oblige cette aiguille à se diriger, comme le ferait un corps magnétique, suivant la ligne polaire. Il faudrait rapprocher beaucoup les pôles et employer des extrémités coniques pour que cette aiguille fût repoussée équatorialement. Si T aiguille de bismuth suspendue entre les pôles a ses clivages parallèles à son axe et verticaux [fig, 26, n* 2), l'aiguille est fortement tepoussée dans la ligne équatoriale. Enfin, en suspendant cette même aiguille avec les clivages dans un plan horixontal [fig. 25, n*»3), la répulsion a lieu comme précédemment, mais elle est beaucoup plus faible. Je crois utile de vous rapporter ici quelques nombres qui donnent la mesure delà force diamagnétique éprouvée -par des aiguilles prismatiques de bismuth expérimentées dans ces deux dernières positions. J'ai fait osciller entre les faces polaires d'un électro-aimant, éloignées entre elles de 35 millimètres, trois aiguilles de bismuth cristallisé qui avaient la même longueur (18 l' millimètres) et des poids différents. Ces aiguilles avaient leurs clivages parallèles à l'axe, qui était suspendu tantôt verticalement et tantôt dans un plan horizontal.
Voici les nombres trouvés :
POIDS des aiguQles.
•l?r,350 1KM20 8fe'',150
