De 1» rotfttioB des «Immats p»r l*tii1lfieiiee des eon

rsiits. — Le phénomène curieux de la rotation des aimants par

l'action des courants a été indiqué par le docteur Wollaston, etié-

montré par M. Faraday, à une époque où Von n'avait encore que

des notions très-incomplètes sur les forces électro-magnétiques.

Voici d'abord le détail des expériences : une large éprouvette de verre vv' (Fig. 14) est remplie de mercure jusqu'à une petite distance de ses bords ; un aimant cylindrique ah^ lesté avec un contre-poids de platine /;, se tient debout dans le mercure, de manière que son pôle a s'élève de quelques millimètres au-dessus du niveau (cet aimant est représenté un peu plus en grand dans la figure 13); une tige t^ que l'on peut élever ou abaisser à volonté au moyen d'une vis de pression , vient plonger dans le mercure par son extrémité inférieure, tandis qu'elle communique, par son autre extrémité, avec un conducteur en cuivre c, qui communique lui-même avec l'un des pôles de la pile; enfin, le conducteur c', qui tient à l'autre pôle, passe sur le bord de F éprouvette et plonge dans le mercure très-près de son contour extérieur. On lui donne la forme d'un anneau pour que tout soit symétrique. Dès que la communication est établie, l'aimant tourne dans le même sens d'un mouvement plus ou moins rapide, et fait des évolutions successives autour de la tige t; il a bien quelque tendance à venir la toucher et à tourner alors plus rapidement , mais , avec quelques soins , il est facile de l'ajuster pour qu'il se maintienne à distance ; cependant, il faut un puissant appareil pour que la rotation soit régulière et rapide.

Mais l'on peut disposer l'expérience d'une autre manière qui donne toujours une grande vitesse , même avec des piles ordinaires de 10 à 12 couples. C'est cette disposition qui est représentée dans la figure 14. La petite cavité qui se trouve à l'extrémité de l'aimant, et par laquelle il peut se visser sur le contre-poids de platine , forme une espèce de petite coupe g (Fig. 13) que l'on remplit de mercure; on abaisse la pointe de la tige t de manière qu'elle plonge dans ce mercure sans toucher à l'aimant, qui conserve ainsi toute sa mobilité; ensuite on établit les communications avec les deux pôles de la pile comme

mS LIVRE m. — MAGICËTISIfE ET ÉLECTRICITfi.

dans rexpérieaoe précédente: alors, raimant tourne sur luimême comme une toupie, et avec une grande Telocité.

Dans le premier mode d'expérience, le sens du raouremeut s'établit toujours comme si le pôle austral était poussé à la gauche du courant; dans le second mode, le pôle est immc^ile, mais le mouvement s'accomplit comme dans le premier cas, quant à sa direction. Nous Terrons dans le chapitre nr l'explication de ces phénomènes.

GHAniRE ni.

Action de la terre et des aimants sur les courants.

&49* Direction des eouMmts par I*lnflneiice d« aiai^ëclsaie de la terre* — Quand on eut constaté l'action des courants sur les aimants, on ne pouvait pas douter qu^il n'y eût, de la part des aimants, une réaction égale capable de diriger les courants et de les mMvoir de diverses manières. Entre tous ces phénomènes inverses des précédents, ceux qui devaient résulter de l'action magnétique de la terre se présentaient comme les plus ciuîeux à examiner, et l'on essaya en efFet de disposer des courants mobiles pom* étudier les modifications qu'ils éprouveraient en les abandonnant comme des boussoles à Tinfluence du magnétisme terrestre. Ces premiers essais ne donnaient point de résultats satisfaisants, parce qu'il était difficile alors de donner au courant toute la mobilité désirable. Cependant, Ampère parvint bientôt à lever toutes ces difficultés par un mode ingénieux de suspension qui s'applique avec avantage à tous les courants mobiles. Nous allons donner une idée de cet ajustement.

La figure 18 représente deux colonnes verticales de cuivre p et ty fixées siur un pied de bois ; à leur extrémité supérieiu^ , elles se recoiurbent en potence et viennent se terminer par les deux coupes x, j, dont les centres sont dans la même verticale ; les parties de ces colonnes, qui semblent se toucher, sont séparées l'une de l'autre par des substances isolantes : ainsi , quand leiu* pied communique aux deux pôles de la pile par un moyen que nous allons indiquer, il est évident que les fliddes électriques arrivent, l'un dans la coupe a:, l'autre dans la coupe j, et qù^il n'y a point de coiurant produit, à moins que l'on n'établisse une communication entre ces deux coupes, que l'on peut appeler Tune la coupe positiife^ et l'autre la coupe négative^ suivant la nature du fluide qu'elles reçoivent.

Rien ne paraît plus simple que de faire arriver l'électricité au pied des colonnes; cependant, comme il est nécessaire de chan-

l»50 UYRE III. — MAGNÉTISME ET ËLEGTHIGITË.

ger souvent les communications , de pouvoir instantanément les sopprimer ou les établir dans un ordre inverse , sans rien changer à Tappareil , Ampère a imaginé une disposition ingénieuse, qui remplit cet objet d'une manière très-commode.

r et r (Fig. 30) sont deux rainures de quelques millimètres de profondeur , creusées dans Fépaisseur d'une plaque de bois (Fig. 31) qui peut se poser sur les tables des divers appareils électro-magnétiques ; i^ et i^', ^ et f' sont quatre cavités creusées de la même manière, et communiquant diagonalement par deux lames de cuivre , savoir : par //', qui va de v en ^', et par mm', qui va de ^ en /' ; au point de croisement, ces lames sont sépa* rées par une petite bande de substance non conductrice, afin que le courant ne puisse jamais passer de Tune à Tamao. Les deux rainiu^es et les quatre cavités sont remplies de mercure; mais préalablement elles ont été mastiquées avec de la résine, afin que le courant ne puisse pas s'établir au travers du bois qui les sépare.

Cela posé , concevons que Ton plonge le fil positif de la pik dans la rainure r, et le fil négatif dans la rainure r' ; il est érîdent que les fluides ne pourront passer ni dans l'une ni dans l'autre des quatre cavités ^, sf\ r, i \ mais si Ton établit en même temps une communication de r à i^, et une autre de / à ^, le fluide passera de ^ à i^' par la lame //', et de f à ^ par la lame mnil ; ainsi la bande h\ qui communique à v\ sera poâtive , et la bande 6, qui communique à f , sera négative. Au contraire, si, en reprenant les choses au premier état, on établit des communications de r à ^ et de r' à f^', la bande V sera négative, et la bande b positive. Qr, ces deux bandes étant destinées à produire le courant, lorsqu'on les fait communiquer ensemble par un circuit métallique quelconque, il est clair que le courant traversera le circuit dans un sens ou dans l'autre, suivant que Ton mettra deux arcs conducteurs de r à ^ et de r' à ty ou qu'on les mettra de r à ^ et de / à «>'. Si maintenant on jette les yeux sur la pièce à bascule (Fig. 31), on verra bientôt tout le mécanisme dont il nous reste à parler. Cette pièce est de bois, et peut tourner autour de l'axe aa'^ qui s'ajuste dans les trous oo', sur les pieds/? et/>'; elle porte quatre arcs conducteurs, de métal, deux d'un côté en c et c', et deux autres pareOs de l'autre côté en d et (t. Quand elle est

GHAP. m. — DIRECTION DES GOUHANTS. 581

en place, les extrëmit^ de l'arc c répondent à la ramure r et à la cavité ç'^ celles de c\ à la rainure r' et à la cavité t; celles de £^, à r et à ^; celles de cT, à r et à ^ ; leur longueur est teUe, que, dans cette position, ils ne touchent point au mercure; mais, quand on fait tourner la bascule pour plonger les arcs c et c\ le courant passe de b' à &, et, quand on la fait tourner pour plonger les arcs d et eC^ le courant passe en sens inrerse de 6 à b'.

Cet ajustement, pris dans son ensemble, s'appelle une bascule ou un commutateur; il est établi au pied des deux colonnes p et t de la figure 18; seulement, nous avons supprimé la pièce mobile, qui aurait empêché de voir les positions relatives des raimues et des cavités. On voit que les bandes b et b' delà, figure 30 viennent aboutir chacune au pied de Tune des colon» nés , et que c'est par elles que le fluide passe pour arriver aut coupes X et /. En faisant plonger la bascule dans un sens ou dans l'autre , on rend chacune des coupes alternativement positive et négative.

Gela posé , examinons le fil de cuivre plié en cercle de la figure 17, qui est destiné à devenir un courant circulaire mobile. Les extrémités de ce fil sont liées entre elles, mais séparées Tune de l'autre par une substance isolante ; elles sont recourbées en crosse de telle manière, qu'elles correspondent aux deux coupes a: et 7 de la figure 1 8 , enfin , elles portent deux pointes d'acier. Tune qui doit poser sur la lame de verre, un peu creusée, qui forme le fond des coupes, et Tautre, qui doit ûmplement plonger dans l'autre coupe. L'eau acidulée, ou plutôt le mercure dont on remplit les deux coupes, achève d*établir les ccmmiunications , et Ton obtient ainsi un courant circulaire doué d'une grande mobilité.

Le cercle étant mis en place dans l'appareil de la figure 18, on fait passer le courant, et l'on voit à l'instant qu'A y a une force qui le sollicite; il se tourne, il oscille, et enfin il se fixe dans une position déterminée, à laquelle il revient sans cesse lorsqu'on Ten écarte. Ensuite, lorsqu^en plongeant la bascule en sens contraire, on change la direction du courant, le cercle lait une demi-révolution, vient oscQler de l'autre côté, et se fixer enfin dans une position diamétralement opposée. Dans les deux cas, le plan d'équilibre où il s'arrête se trouve exactement

552 LIYRB lU. — HAGNÉTISHB ET ÉLEGTRICITft.

perpendiculaire au plan du méridien magnëtique. UéqmilAn stable a lieu 'qu^mdy:,datii. la partie inférieure du circuit j le couratit ça de tint k Vouést.

Des drcuità fermés, triangulaires, carrés, ou d'une autre figure quelconque, peuvent être mis en expérience sur le même apgutfm (FiG. IS), et présentent les mêmes effets; ainsi, le reolàngle de la figure 16 se dirige comme le cercle précédent.

Pour que Faction de la terre se neutralise par elle-même dans un lieu quelconque; il suffit d'ajuster les fils pour aYoir, de part etji'autre de Taxe 'de rotation, des parties symétriques que le courant traverse dans le même sens; par exemple, la figure 15 représente un rectangle qui n'a aucune force directrice; en effet, il est facile de voir, en suivant la direction du courant de la figure , qu'A y a toujours de part et d'autre de Taxe des tarcei égales qui se détruisent mutuellement , puisqu'elles tendent à produire une rotation dans le même sens.

850. Direetioa des «•■raais ▼«rtieaax par l'btfluenee et la terre. — Les phénomènes précédents ont été analysés pour la première fois dans un mémoire que je présentai à l'Institut sur ce sujet. {Ann. de Chim. et de Phys,^ t. XXI, p. 77.) M. Aug. de La Rive avait fait, de son coté, des recherches analogues dont il donna connaissance , très-peu de temps après, à la Société d'Histoire naturelle de Genève. {Bibl/otAè" que uni{»erseUe^ t. XXI, p. 21.) Pour bien se rendre compte de r action de la terre , il faut examiner ses effets sur les courants verticaux et sur les courants horizontaux. Voici d'abord l'appareil qui m'a servi à ces recherches pour les courants verticaux. Il se compose de deux vases cylindriques de cuivre, l'un supérieur et l'autre inférieur, d'un diamètre un peu plus grand (FiG. 26). Ces vases sont percés en leur milieu d'une ouverture un peu large, pareillement cylindrique, dans laquelle passe la tige f, qui se termine par la coupe c ; la traverse hh' est de substance non conductrice ; elle porte en son milieu une pointe par laquelle elle repose en équilibre sur le fond de la coupe c, remplie de mercure. Les fils v et u' attachés à la traverse sont recourbés, pour plonger par une extrémité dans l'eau acidulée du vase supérieur et par l'autre dans l'eau acidulée du vase inférieur; une petite languette en métal, soudée sur le fond du premier vase, plonge dans le mercure de la coupe, pour

GHAP. m. — DIRECTION DES COURANTS. 553

établir une communication entre Feau et la tige* Ainsi , le courant qui entre par le vase inférieur passe dans l'eau acidulée du vase inférieur, dans les fils verticaux, dans Teau acidulée du vase supérieur, dans la languette, dans la coupe, et vient enfin descendre par la tige t.

Lorsqu'on relève l'extrémité inférieure ou supérieure de Tun des fils pour le faire sortir de Veau acidulée , de manière que le courant passe seulement par l'autre fil, le système se dirige i et vient se placer dans le plan perpendiculaire au méridien magnétique : quand le courant est ascendant , le fil quHl traverse se place à Voccident^ ou du moins, s'il vient à l'orient, il n'y trouve qu'une position d'équilibre instable, dont la moindre force peut Je déranger ; c'est le contraire quand le courant est descendant.

On voit par cette raison que les deux fils pris ensemble , s'ils sont bien égaux, diamétralement opposés, placés à la môme distance de l'axe, et traversés par des courants de même intensité, doivent former un système complètement indifférent à l'action de la terre, puisque, dans toutes les positions autour de l'axe, les deux fils sont alors sollicités par des forces parallèles égales et dirigées dans le même sens, qui ne cessent pas de se faire équilibre. Mais il n'en est pas de même lorsque les deux fils ne sont pas diamétralement opposés, ou lorsqu'il existe entre eux rjuelque légère différence de diamètre , de forme , de longueur, de distance à l'axe, ou de faculté conductrice qui entraîne quelque inégalité dans les moments de rotation. On peut, en variant ces diverses circonstances, faire un grand nombre d'expériences intéressantes. Pour que l'équilibre soit plus stable, on peut, sans modifier en rien les résultats, joindre les extrémités inférieures des fils par un ruban de cuivre formant un cercle parallèle aux bords du vase.

2^1. RotatioB des eovraBla horlsoBlaax par l*lafl«aace de Im terre* — L'appareil qui sert à étudier l'action des courants horizontaux est représenté dans les figures 19, 20 en coupe et en plan ; c'est un simple vase de cuivre analogue aux précédents. Le fil horizontal ab^ terminé par les boules c et d^ est en équilibre stable sur sa pointe, qui repose dans la coupe o^ntrale, et deux appendices verticaux très-courts plongent dans l'eau acidulée du vase. Le courant qui entre, par exemple, par la coupe,

554 UVBE III. — ■AGlfÉTISMB ET ËLECTSICITË.

iniTene en sens opposé les deux moitiés da 61 pour passer dans l'eau acidulée, et de là dans le métal du Tase, et Fou aperçoit aussitôt un mouvement de rotation continu. La rotation se hk de Test à Touest par le nord quand le courant rat an centre à h circonférence, et en sens contraire quand le courant ts de h circonférence au centre du fil.

Le phénomène se produit encore, quoique ayec moins d'mtensité, quand le courant ne passe que par Tune des moitiés da fil, l'autre moitié étant de substance non conductrice, on cessant de plonger dans Veau acidulée.

Mais Û est évident qu'il n*y aurait plus aucun mouyement dans un fil horizontal composé de deux parties égales, et traversées par le même courant, comme le représente la figure 21, qpA que soit d'ailleurs l'angle des deux parties ac et be; car, duis l'une, le courant marche de la circonférence au centre r, et dans l'autre, du centre à la circonférence, en sorte qu'elles tendent i tourner en sens contraire, et composent un système indiffèrent. Ce système toutefois tendrait à se transporter dans un sens on dans l'autre, en suivant la direction de la ligne qui divise l'angle acb en deux parties égales.

D'après cette analyse des actions éprouvées de la part de la terre par les courants verticaux et horizontaux, il est facile de voir que, si le système représenté dans la figure 27 tourne d'un mouvement continu lorsqu'on l'ajuste sur l'appareil de la figure 26 , c'est par reffet de ses branches horizontales , et nullement par Teffet de ses branches verticales qui composent un système indifférent.

SitS. Direction des eoiiraiits par les almaiits* — Ce que nous avons dit sur la direction que le magnétisme de la terre imprime aux courants mobiles suffit pour indiquer la plupart des effets qui seront produits par Faction des aimants; mais, comme la terre agit sans cesse, il faudra, pour ne pas compliquer les expériences, employer des appareils dans lesquels son influence se détruise d'elle-même. Par exemple, le double rectangle de la figure 15 étant suspendu dans l'appareil de la figure 18, on verra qu'il reste en équilibre dans toutes les positions, et, en approchant l'un des pôles d'un aimant, il sera fiicile de l'attirer, de le repousser, et de lui imprimer des mouvements dans tous les sens. liOrsqu'on fait ces expériences, on est frappé d'abord des

GHAP. m. — DIRECTION DES COraAHTS. 555

alternatives d'attraction et de répulsion qui se manifestent pour des positions de l'aimant très-peu différentes. En portant l'un de ses pôles un peu plus à droite ou im peu plus à gaudie , en l'approchant ou en l'éloignant d'une quantité très-petite, on observe à l'instant un renversement dans l'action. Tous ces mouvements si divers et si compliqués en apparence, se déduisent du principe général que nous avons énoncé (84tt). Pour les expliquer, il suffit d'analyser les couples différents qui résultent de Taction de chaque pôle sur les diverses parties du courant, et d'observer en même temps la disposition de ces forces par rapport à l'axe de rotation, et les bras de leviers par lesquels elles agissent; c'est un problème dont les conditions peuvent être variées à l'infini.

On doit à M. de La Rive plusieurs expériences ingénieuses par lesquelles il fait voir que des courants très-iaibles peuvent être dirigés par les aimants, ou même par l'action magnétique de la terre. Ces petits appareils sont des courants flottants, dont on peut varier la forme à volonté (Fig. 29). Dans un morceau de liège, destiné à flotter sur un large vase d'eau acidulée, on ùit passer une petite feuille de zinc j?, qui est soudée en ^ à un ruban ou à un fil de cuivre c ; après avoir décrit une circonférence dans la figure 29, ce fil de cuivre vient à son tour passer dans le liège, et plonger dans Teau acidulée à une petite distance de la feuille de zinc. Dès que l'appareil est sur l'eau, le courant s'établit dans la direction des flèches, et il est assez sensible pour être dirigé par la terre, et à plus forte rason pour être attiré ou repoussé par les aimants. Par exemple, lorsqu'on présente le pôle boréal d'un aimant au cercle de la figure 29, à une certaine dbtance, on le voit se tourner sur lui-même d'une certaine manière, puis s'avancer vers le pôle, s'engager sur l'aimant, arriver jusqu'au milieu et, là, s'airêter après diverses oscillations. Si l'on avance ou si l'on recule Taimant, le cercle avance ou recule pour garder sa position, qui est en effet la seule, comme on peut le voir aisément, dans laquelle il se trouve en équilibre stable.

253. RotatloB des courants par les aimants. — Avec le pôle d'un aimant convenablement disposé relativement au courant horizontal de la figure 19, on peut produire à volonté tous les phénomènes qui résulteraient de Faction magnétique de la terre dans tous les climats, depuis l'équatêur jusqu*aux pôles.

556 UYRE UI. — MAGUËnSME ET ËLECTUGITË.

l^Lepole boréal d*un barreau étant présenté atêHlesêous deFappareil et agissant ainsi dans le même sens que le magnétisme terrastre, on observe une grande accélération de vitesse dans la rotation.

2* Le même pôle étant au contraire présenté mi-^dessus de Tappareil, son action est inverse de celle de la terre, et Ton j»eut, en variant les distances, faire tour à tour prédominer la ficirëede •raîiiant 'ou celle dû globe terrestre.

« 3® Le pâle austral de Taimânt agit toujours eh sens contraire .du pôle boréal ; et, comme l'action de chacun des pùles détermine des rotations opposées, en passant au-dessus ou au-dessous du plan horizontal a6, il est évident que, dans ce plan luimême, l'action de chacun est exactement nulle. On peut ainsi faire avec cet appareil un grand nombre d'expériences, dont il sera facile d'expliquer toutes les particularités.

Les expériences que Ton peut faire avec les courants verticaux, ascendants ou descendants de la figure 26, ne sont ni moins nombreuses, ni moins variées, ni moins faciles à expliquer. Par exemple, il est évident que les deux courants diamétralement opposés , qui forment un système indifférent sous l'influence du magnétisme terrestre, forment au contraire un système capable de recevoir un mouvement de rotation très-rapide sous l'action de l'un des pôles d'un aimant. Concevons, en effet, le cylindre indéfini que décrivent en tournant les deux fils verticaux i^, v' et leurs prolongements : lorsqu'iui pôle austral sera placé quelque part dans Tintérieur de ce cylindre, soit au-dessus, soit audessous des courants, il produira partout une rotation continue dans un sens ou dans Tautre, suivant que le courant sera ascendant ou descendant. Un pùle boréal placé seul produira aussi le même phénomène, toujoiu's en sens inverse, de telle sorte qu'on n'aurait plus de rotation si ces deux pôles contraires agissaient en même temps dans des positions où leur énergie fût égale.

Placés au dehoi^ du cylindre indéfuii dont nous venons de parler, les pôles d'ini aimant ne peuvent plus produire de rotation, mais ils impriment simplement au système mobile une direction déterminée.

Les appareils des iiguros 26 et 19 participent à la fois aux propriétés des branches horizontales et à celles des branches verticales, et ils éprouveront, de la part des aimants, des effets composés dont il sera facile de faire Tanalyse.

CHAP. m. — ROTATION DES COURANTS. 557

On doit à M. Faraday un appareil très-simple, au moyen duquel on produit aisément le phénomène de la rotation continue ; il est représenté dans la figure 28 : zz est un vase de zinc, percé en son milieu, et portant une petite traverse sur laquelle est soudée en s une tige de cuivre se ; dans la coupe qui termine cette tige, on met en équilibre l'appareil de la figure 27 ; le mercure de la coiq>e et Teau acidulée du vase, dans laquelle plonge le ruban circulaire, complètent les communications, et le courant mobile se met à tourner rapidement sous Tinfluence des barreaux qui sont placés en a au-dessous du vase. On peut même donner à cet appareil assez de sensibilité pour qu'il tourne sous Tinfluenoe de la terre.

Le courant est ici produit par l'action chimique que l'eau acidulée exerce sur le zinc du vase.

854. De qael^aes phéBomènes qae pFéfteateBt le» eovramts qoi passent dans les Uqoldes. — C'est sir H. Davy qui a étudié ces phénomènes au moyen de la grande pile de la Société royale, et nous rapporterons ici deux de ses expériences les plus remarquables.

Premièrement. On met au fond d'une soucoupe ou d'un large vase de verre une masse de mercure assez considérable, sur laquelle on verse une couche d'eau acidulée ; les deux pôles d'une pile viennent plonger verticalement dans le mercure en deux points qui soient à peu près à égale distance du centre et de la circonférence. Le courant, une fois établi de cette manière, on n'observe aucun phénomène particulier ; mais, dès qu'on approche Fun des pôles d'un puissant aimant, le mercure semble d'abord agité et tournoyant, et bientôt après toute la masse se met en mouvement de rotation très-rapide, autour de chaque fil, comme autour d*un axe : la direction de ces mouvements est déterminée par celle du courant, par la position et par 'la nature du pôle magnétique qu'on lui présente. L'action est plus vive lorsqu'on fidt agir deux pôles contraires d'un aimant , l'un audessus, l'autre au-dessous du mercure, et hors de l'espace qui est compris entre les fils.

Secondement. On fait passer, par le fond d'un large vase de verre, deux gros fils de cuivre qui sont partout enduits de cire, excepté à leur extrémité supérieure, et qui s'élèvent perpendiculairement jusqu'à un pouce environ au-dessus du fond. Ces deux

S58 LIVKE m. — lAGNfinSlIE ET ÉLECTBICrnB.

fib Mmt à trois pouces Vun de Tautre. Le Tase étant rempli de mercure, de manière que le niyeau s*élèire à une ou deux lignes au-dessus des fils, on fait passer un courant tres-energiqne. Akns on observe les phénomènes suivants : le mercure est fortement agité, sa surface au-dessus de chaque fil s'élève en forme de petits cônes d'où s*échappent de petites ondes dans toutes les direetions ; le seul point sans agitation paraît être celui de la rencontre de ces ondes au centre du mercure entre les deux Os, Ensuite, lorsqu'on approche graduellement au-dessus de Tun de ces cônes le pôle d'un barreau fortement aimanté , son sommet a^affiusse peu à peu, et enfin il retombe au niveau, et même, à une moindre distance, le barreau détermine une dépression du mercure et une espèce d^entonnoir mobile et tourbillonnant, dont le sommet descend presque jusqu'à l'extrémité du fil. L^étain en fusion présente le même phénomène.

UVRE m. ~ MAGNÉTISME ET ËLEGTRKlTà. 5S0