CHAPITRE XII
211. Lois du phénomène. — La rotation du plan de polarisation de la lumière sous Tinfluence d*un champ magnétique créé par des aimants ou des courants est le phénomène le plus remarquable de ceux qui mettent en évidence les actions réciproques de la lumière et de l'électricité.
Découverte par Faraday en 1845, la polarisation rotatoire magnétique a été ensuite étudiée par Yerdet qui a établi les lois suivantes :
1® La rotation du plan de polarisation d'une lumière simple est proportionnelle à Tépaisseur du milieu traversé par le rayon ; elle varie à peu près en raison inverse du carré de la longueur d'onde de la lumière employée;
2^ Elle est proportionnelle à la composante de l'intensité du champ magnétique suivant la direction du rayon ; la rotation est donc maximum quand la direction du rayon coïncide avec celle du champ; elle varie comme le cosinus de l'angle formé par ces deux directions lorsqu'elles ne coïncident pas ;
2i0 ÉLECTRICITÉ ET OPTIQUE
S"* Sa grandeur et son sens dépendent de la nature du milieu. Les corps diamagnétiques dévient le plan de polarisation dans le sens du courant qui, tournant autour du rayon, donnerait au champ sa direction actuelle ; les corps magnétiques, comme les dissolutions de perchlorure de fer dans Talcool ou réther donnent une rotation inverse. Toutefois cette dernière loi présente quelques exceptions ; ainsi le chromute neutre de potasse, quoique diamagnétique, produit comme le perchlorure de fer une rotation de sens inverse à celui du courant.
212. Une différence importante distingue la polarisation rotatoire magnétique de la polarisation rotatoire que présente naturellement certaines substances cristallisées comme le quartz, et plusieurs liquides comme Tessence de thérébentine.
Dans ce dernier phénomène la rotation au plan de polarisation est encore proportionnelle à l'épaisseur de la substance traversée, mais le sens de cette rotation change en même temps que la direction de propagation du rayon; en d'autres termes le sens de rotation reste toujours le môme pour un observateur qui se place de manière à recevoir le rayon de lumière. Par suite les plans de polarisation de deux rayons traversant, suivant des directions opposées, une même épaisseur d'une substance active, subissent des déviations égales mais de sens inverses. Il en résulte que si un rayon polarisé rectilignement, après avoir traversé une substance, est réfléchi sur lui-môme de manière à la traverser une seconde fois en sens inverse, le plan de polarisation de la lumière émergente se confond avec celui de la lumière incidente.
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Dans la polarisation rotatoire magnétique le sens de la rotation est indépendant de la direction du rayon; il ne dépend, pour une substance déterminée, que de la direction du champ magnétique. Un rayon lumineux que Ton fait passer deux fois en sens inverses à travers cette substance aii moyen d'une réflexion subit donc une rotation double de celle qui résulterait d*un seul passage. . Cette propriété a été mise à profit pour augmenter considérablement la rotation observée en faisant traverser plusieurs fois la substance par le même rayon S, à l'aide de deux miroirs
Fig. 34.
plans M et M' {/îg. 34) disposés presque normalement à la direction du rayon. Cet artifice et l'emploi d'un champ magnétique très puissant ont permis à M. H. Becquerel et à M. Bichat de découvrir presque simultanément le pouvoir rotatoire des gaz qui avait échappé aux observations de Farar day et de Verdet.
218. Essais d'explication de la polarisation rotatoire magnétique. — Avant Maxwell plusieurs tentatives avaient été faites dans le but d'expliquer la rotation du plan de polarisation sous l'influence d'un champ magnétique.
Dès Tannée qui suivit la découverte de Faraday, Airy (*)
(}) Phitosophical Magazine, juin 1846
âLBGTRICITâ BT OPTIQUB.
proposa plusieurs formules exprimant cette rotation en fonction de la longueur d'onde dans le vide de la lumière employée et de Tindice de réfraction de la substance pour cette lumière. Airy avait été conduit à ces formules par les travaux antérieurs de Mac-Guilagh sur la polarisation rotatoire du quartz. Comme nous l'avons vu dans un autre ouvrage {*) la rotation du plan de polarisation d'un rayon se propageant suivant l'axe du cristal s'explique par l'addition de certaines dérivées du troisième ordre des composantes du déplacement d'une molécule d'éther aux seconds membres des équations du mouvement de cette molécule ; ces équations deviennent alors, si l'on prend pour axe des z la direction du rayon lumineux,
^ — ^ ^ P dt^ "" dz^ ^ dz^'
En substituant aux dérivées du troisième ordre, par rapport à z, les dérivées du môme ordre prises par rapport à ^ et à^.
où m est un coefficient dépendant de Tintensité du champ magnétique, X la longueur d'onde dans le vide, i l'indice de réfraction. La substitution de dérivées du troisième ordre
('} Théorie malhimalique de la lumière^ p. 182.
POLARISATION ROTATOIRE MAGNÉTIQUE !2i3
prise uniquement par rapport au temps -{- -z^ et — -t^j le conduisit à une autre formule
(II) <' = -r«('-'l
di\ t)'
Enfin, en prenant les dérivées du premier ordre par rapport au temps + -^ ^t — "Tt ^^ arriva à une troisième formule
(III) e = m(i
214. Quoique très différentes, ces formules rendaient compte des faits observés par Faraday qui n'avait fait aucune mesure quantitative. Ce physicien avait seulement démontré que la rotation dépend de la nature de la radiation en constatant qu'avec la lumière blanche, l'image donnée par l'analyseur présente des colorations rapidement variables avec la position de la section principale de celui-ci ; toute formule contenant la longueur d'onde était donc acceptable. En 1847, M. Ed. Becquerel (*) eut l'idée de comparer Je phénomène de Faraday^à la polarisation rotaloire présentée par l'eau sucrée ; il trouvaque ces deux phénomènes étaient absolument analogues ; par suite la loi de Biot semblait applicable à la polarisation rutatoire magnétique, c'est-à-dire que la rotation devait être en raison inverse du carré de la longueur d'onde. La formule (III) qui est loin de remplir cette condition devait donc être rejetée.
Des expériences directes, faites avec le plus grand soin,
(^) Compta rendue de VAcadémie de$ seienceSf t. XXI, p. 952.
Ui ÉLECTRICITÉ ET OPTIQUE
furent entreprises par Verdet, en 1863, pour mesurer la rotation du plan de polarisation de radiations simples, de longueurs d'onde connues, sous Tinfluence d'un champ magnétique ; leurs résultats furent comparés aux valeurs fournies par chacune des formules précédentes dans lesquelles le coefficient m était déterminé au moyen des données d'une expérience. Gomme on devait s'y attendre d'après les résultats de M. Becquerel, la formule (III) donne des nombres s'écartanl beaucoupde ceux fournis par l'expérience ; la formule (II) convient mieux, mais la formule (I) est celle qui est préférable ; en particulier, pour le sulfure de carbone, les nombres donnés par cette dernière formule ne diffèrent des résultats de l'expérience que d'une quantité de l'ordre de l'erreur expérimentale. Des trois formules proposée par Airy la première est donc la seule à conserver.
