CHAPITRE V

Du Magnétisme en mouvement , et de (jiielqucs phénomènes singuliers d'attraction et de répulsion.

024. De la force magnétique des disques tournans. — C’est à M. Arago que nous devons la découverte de celte nouvelle force magnétique : il avait remarqué que la présence du cuivre diminue rapidement l’amplitude des oscillations d’une aiguille aimantée, sans en changer sensiblement la durée; et ce phénomène est devenu entre ses mains une source féconde en résultats. Le cuivre en repos exerce une action sur l’aiguille en mouvement', M. Arago a supposé d’abord , que le cuivre on mouvement devait agir h son tour , avec plus ou moins d’énergie , sur l’aiguille en repos , et il a été conduit de la sorte h des phénomènes d’une telle intensité , qu’il lui a été facile de les varier de mille manières , et d’en poser les lois fondamentales.

L’appareil qu’il a employé dans ses recherches est représenté dans les figures 49, 5o et 5i. 11 {Fig, 49) Qst une horloge tout en cuivre , excepté deux ou trois petits pivots qui sont en acier; elle est portée sur un trépied en bois, très -solide, qui peut être mis d’aplomb au moyen de trois vis calantes. Cette horloge est destinée h imprimer un mouvement de rotation très-rapide h un axe vertical x {Fig.Bi); l’axe communique le mouvementé une pièce f// h trois branches , qui est représentée plus en grand dans \u figure 5o; c’est sur cette pièce que l’on ajuste les disques qui doivent servir aux expériences ; ils se centrent d’eux -mêmes , au

moyen d’un petit trou qui reçoit le prolongement de l’axe de rotation, et ils sont arrêtés h leur contour, sur les branches de la pièce tt' , par une petite pièce mobile que serre une vis de pression. On peut mettre h volonté trois volans if qui s’inclinent plus ou moins , suivant le degré de vitesse auquel on veut s’arrêter. Reste à présent h soumettre l’aiguille h l’influence du disque tournant. Pour cela on place autour de l’horloge une table h quatre pieds tt', qui porte un plateau pp', percé en son centre d’une ouverture un peu plus grande que les disques. A la partie inférieure de ce plateau , on colle une feuille de papier II' {Fig. 5i), et sur sa face supérieure on pose une cloche c, dans laquelle on suspend l’aiguille gg' , ou moyen d’unfd de sole f. L’aiguille peut être élevée ou abaissée en tournant le treuil t dans un sens ou dans l’autre.

Le poids de plomb p met l’horloge en mouvement; un bouton sert à l’arrêter, et un compteur indique le nombre des tours, qui peut être de 8 à 10 par seconde; il y a même un timbre qui sonne à chaque centaine , et , par là , on peut aisément reconnaître l’instant où la vitesse de rotation est devenue à peu près uniforme. Cet appareil a été exécuté avec beaucoup d’intelligence et de pi'écislon parM. Perrelet, l’un de nos plus habiles horlogeus.

Voici maintenant les phénomènes que l’on observe: tout étant en repos , et l’aiguille dirigée dans le méridien magnétique , on tourne le bouton d’arrêt , et le disque entre en mouvement; sa vitesse de rotation est d’abord très-petite, mais elle prend une accélération rapide , et bientôt l’aiguille est déviée comme si elle tendait à suivre le disque dans ses révolutions successives. Cependant cette force d’entraînement est balancée en partie par la force magnétique de la terre, qui rappelle l’aiguille dans le méridien; de telle sorte que le rapport de ces forces détermine la position d’équilibre. La force entraînante du disque croît avec sa vitesse de rotation : par conséquent, pour une faible vi-

DU MAGNKTISME. CIIAP. V.

tesse, l’alguilIe s’arn-lc, par exemple, h 10“ de déviation; pour une vitesse plus grande à 20"; et l’on peut ainsi, en modifiant les vitesses et en les soutenant uniformes , arrêter l’aiguille dans toutes les positions obliques à l’égard du méridien , depuis O jusqu’à cjo’. Mais dès que la vitessse est assez grande pour entraîner l’aiguille au delà de cette dé vialion de 90", il n’y a plus de point de repos: l’aiguille tourne avec le disque, et tend à prendre elle-même toute la vitesse de rotation dont il est animé. Telle est la force magnétique toujours croissante que prennent les corps en mouvement. Essayons de voir comment cette force varie en intensité, par rapport à la distance, et comment elle se dirige par rapport à la surface du disque.

1°. Celte force décroît à mesure que la distance augmente; car l’aiguille , qui tourne d’un mouvement continu lorsqu’elle n’est séparée du disque que par l’épaisseur de la feuille de papier qui ferme la cloche , n’éprouve plus , lorsqu’on la soulève graduellement , que des déviations déterminées, diminuant toujours à mesure que la distance devient plus grande. Il est bien entendu que la vitesse de rotation du disque reste la même dans toutes ces épreuves comparatives.

2". La force que nous observons dans les expériences précédentes est évidemment perpendictdaire aux rayons du disque , et parallèle à sa surface. Il Importe d’examiner si elle est la seule force qui résulte du mouvement; pour cela, M. Arago a fait l’expérience suivante : une aiguille aimantée est suspendue verticalement par un fil , à l’extrémité du fléau d’une balance, et équilibrée de l’autre côté par des poids quelconques; sous l’extrémité inférieure de cette aiguille, on fait tourner un disque de cuivre, et l’on observe une répulsion : donc il résulte aussi du mouvement une force répulsive , perpendiculaire à la surface du disque. Celte même expérience se peut faire avec une aiguille d’inclinaison, rendue horizontale par un contre-

poids, et dont une extrémité seulement est approchée au dessus du disque tournant.

5®. Enfin il y a une troisième force, agissant dans le sens des rayons du disque , et parallèlement à sa surface. Pour le faire voir, M. Arago dispose une aiguille d’inclinaison , de manière qu’elle soit verticale, et que son plan de rotation passe par le centre du disque; alors, en la déplaçant sur un même rayon , la pointe de l’aiguille peut correspondre à tous les points de ce rayon ou de son prolongement. Or, quand la pointe de l’aiguille tombe au dehors du disque, elle est repoussée loin du centre de rotation ; cette force répulsive diminue à mesure qu’on avance l’aiguille vers le centre ; elle est nulle à une certaine distance , et se change ensuite en force attractive , pour redevenir nulle au centre lui-même.

Ainsi , sur chaque rayon du disque il y a un point entre la circonférence et le centre , oü la force dont il s’agit est nulle; au delà elle est répulsive , et plus près du centre elle est attractive. C’est ce qui est indiqué dans \a figure 52 ,où les lignes ponctuées marquent les directions primitives de l’aiguille.

Après avoir reconnu l’existence de ces trois forces , M. Arago a cherché leurs rapports d’intensité, et il arrive à cette conséquence remarquable , que ces rapports changent avec la vitesse de rotation.

Toutes les substances ne prennent pas, parle mouvement, la même énergie magnétique : les métaux sont à cet égard doués d’une puissance beaucoup plus grande que les autres corps , et plusieurs physiciens , en répétant ces expériences , n’ont pas obtenu d’effet sensible avec le verre , le bois , l’eau , etc.

MM. Herschell et Babbage , dans un très-beau travail sur ce sujet , établissent l’ordre suivant , pour l’action de différens métaux. Celle du cuivre est prise pour unité.

Cuivre

Zinc

DU MAGNÉTISME. — ClIAP, V. 99

Etaiii . Oj'iG ' Antimoine . 0,09

Plomb . o,2:> Bisniulh . 0,02

L’argent paraît cloué d’une grande force, l’or d’une très-faible; le mercure se place entre l’antimoine et le bismuth.

Lorsqu’un disque offre des solutions de continuité ou des fentes dans le sens de ses rayons , il perd une grande partie de sa force; et l’on doit aussi à MM. HersclielletBabbage celte remarque curieuse , qu’en ressoudant les bords avec un métal quelconque, mêmeavee du bismuth, quand le disque est de cuivre , on lui rend presque la totalité de la force qu’il avait perdue. Mais en remplissant seulement ces intervalles avec des poudres métalliques bien pressées, ou avec des liquides tels que l’eau ou l’acide sulfurique, on ne parvient pas à réparer sensiblement ses pertes d’intensité.

Enfin MM. Herschell et Babbage ont encore constaté les deux faits suivans : 1° que les écrans de substances nonmagnétiques ( c’est-h-dire non-magnétiques k la manière du fer ou de l’acier) n’exercent aucune influence lorsqu’on les place entre l’aiguille aimantée et les discjues tournaus; 2* qu’un disque en mouvement n’a aucune puissance pour entraîner un disque en repos; ce qui prouve que ce n’est pas le mouvement lui-même qui décompose les fluides magnétiques , et qu’il n’agit que pour agrandir les effets des fluides préalablement décomposés.

M. Barlow a constaté que le fer eu mouvement agit h la manière des autres métaux , mais avec beaucoup plus d’énergie; nous regrettons que les phénomènes qu’il a observés soient trop compliqués pour qu’il nous soit possible de donner ici l’extrait du mémoire qu’il a publié sur ce sujet. [ Philosophical Transactions, iSaS.)

M. Poisson a donné une théorie du magnétisme en mouvement , dont nous ne pouvons indiquer que les principes '{Ann. de Phys, et de Chini., t. XXXII, p. 226). Ilsup-

lOO

pose que dans chaque élément magnétique il y a , outre la Jorce coevcilwe , une autre force analogue h la résistance des milieux, qui retarde le mouvement des molécules de fluide austral et de fluide boréal. Cette résistance est indépendante de la force coercitive; elle peut varier avec la nature des substances , avec leur température , ou avec l’arrangement de leurs molécules; ses effets sont insensibles lorsque les corps sont sollicités par une force magnétique qui reste la même en grandeur et en direction, parce que, avec le temps , les fluides peuvent se déplacer et venir à la surface des élémens, s’arranger suivant les lois de l’équilibre. Mais quand la force magnétique change rapidement, la résistance qu’ils éprouvent détermine un tout autre arrangement , et alors ils peuvent être dispersés suivant des lois très-variables , dans toute l'étendue de l’élément magnétique , et par conséquent produire au dehors des effets complètement dilFérens par leur intensité. Cette hypothèse, è laquelle M. Poisson est arrivé par des vues profondes et tout-à-falt neuves sur la théorie du magnétisme , ne rend pas raison des phénomènes d’une manière vague et incertaine: transformée en calcul et réduite en formules, elle reproduit tous les résultats de l’expérience; elle les analyse et les enchaîne d’une manière surprenante , et même elle a conduit M. Poisson à prédire des phénomènes qui, depuis, ont été confirmés par l’expérience.

09 5. Les effets magnétiques des disques tournans sont liés aux modifications qu’éprouve l’aiguille aimantée lorsqu’elle oscille en présence des dlfférens corps. M. Poisson retrouve cette liaison dans ses formules , ou plutôt il l’établit d’une manière précise. Voilà donc deux ordres de phénomènes, et deux carrières nouvelles qui nous ont été ouvertes par les deux expériences fondamentales de M. Arago. L’action des différens corps sur l’amplilude des oscillations de l’aiguille aimantée a été étudiée par MM. Arago, Nobili et Bacclli, Seebeck et Baumgaerincr

lOI

( voyez le Bulletin des Sciences , de M. de Férussac , septembre 1 8 2G, août 1826, août 1827 et octobre 1827). Nous nous contenterons de rapporter ici les résultats de M. Seebeck, comme étant les plus complets et les mieux constatés. M. Seebeck a fait osciller une aiguille de 2 pouces et de longueur, à 5 lignes de distance de différentes plaques métalliques , et il a observé le nombre des oscillations qui devaient se faire pour que l’amplitude fût réduite de 45® 5 ;o". Voici, dans ces circonstances, le nombre des oscillations, l’épaisseur des plaques, et la nature de leur substance :

ombre des oscill.

Epaisseur des plaques.

Substances.

, . Or.

. . Laiton.

Il paraît aussi, d’après M. Seebeck, qu’en alliant les substances magnétiques à d’autres qui ne le sont pas , on peut former des composés qui n’exercent aucune action sur l’aiguille aimantée. Tels seraient par exemple , l’alliage de I partie de fer et 4 d’antimoine, et celui de i partie de nickel avec 2 parties de cuivre.

52G. Coulomb avait fait connaître û l’Institut , en 1812, une scrie de phénomènes ([ui probablement ne sont pas sans liaison avec les phénomènes précédons, Sous une

cloche en verre {Fig. 55 ) , il suspendait par un fil de cocon de petites aiguilles très-fines , de 6 à 8 millimètres de longueur, et composées de substances quelconques, organiques ou inorganiques; deux forts barreaux étaient disposés pour s’avancer, par leurs pôles contraires a et b, jusqu’à une petite distance des extrémités de l’aiguille suspendue , et dès qu’ils arrivaient assez près, l’aiguille sentait leur influence , car elle se dirigeait dans la ligne des pôles , et se mettait ensuite ii faire des oscillations plus ou moins rapides. Des barres non aimantées ne produisent point cet oflet ; donc il y a, dans ces circonstances, une action magnétique sur tous les corps de la nature, car il n’en est pas un seul qui ne se dirige et ne fasse des oscillations. Reste à savoir maintenant si tous les corps contiennent du fer, du cobalt, duchrôme ou du nickel, et si quelques atomes de ces substances, tout-à-fait imperceptibles par les analyses chimiques , ne seraient pas capables de leur donner cette propriété attractive. Pour s’en assurer. Coulomb fit des mélanges artificiels, et des alliages de fer eu très-petites proportions; et comparant leurs effets par ces méthodes ingénieuses et précises qui lui étalent si familières , il fut conduit à cette conséquence , que , si les substances magnétiques étalent la vraie cause de ces phénomènes, elles devaient du moins être en si faibles proportions que l’analyse chimique serait tout-à-fait impuissante pour les découvrir.

527. M. Lebaillif a eu dernièrement l’ingénieuse idée de composer, avec de petites aiguilles magnétiques , un système très-délicat et très-sensible, avec lequel il a découvert des forces dont on était loin de soupçonner l’existence. Son appareil, qu’il appelle sidéroscope , est représenté dans la Figure 55 ; il se compose d’un brin de paille de 12 è i5 pouces de longueur , dans lequel on ajuste trois fines aiguilles h coudre , aimantées à saturation : l’une, a h, est simplement glissée dans le tuyau, et les deux autres, a' b' et a" h" , sont plantées au travers de la paille, de

Dü MAGNÉTISME. ~ CHAP. V. Io3

manière que leurs pôles contraires se correspondent : ce système est porté par un petit étrier de papier , qui s’attache h un fil de cocon. La portion m h est la plus longue, et c’est au-dessous de son extrémité que l’on place sur le fond de la cage un arc /■ r', divisé en degrés et demi-degrés; la portion m c n’a point de force directrice , puisque l’action de la terre se détruit d’elle-même sur les deux aiguilles opposées, a' h' et a" b"; en sorte que l’on pourrait, à la rigueur, supprimer ces aiguilles. Mais la portion mha une force directrice dépendante de l’aimantation de l’aiguille b a, de sa longueur et de sa distance au point de suspension. Une petite porte à coulisse t p , percée d’une ouverture t , complète la fermeture de l’appareil ; quand on veut faire une expérience , on la fait glisser pour amener l’ouverture vis à-vis l’extrémité de l’aiguille. Presque tous les corps que M. Lehaillif a présentés au sidéroscope , exercent quelque action sur l’aiguille. La plupart de ces actions peuvent sans doute être attribuées à quelques atomes de fer : cependant il ne faudrait pas conclure que , dans ces phénomènes , la force magnétique est la seule qui soit en jeu; car M. Lehaillif a annoncé ce fait qui serait nouveau et important, que le bismuth et l’antimoine exercent toujours une force répulsive.