CHAPITRE IV

FolarlMtioB drcsliire atomique tt iiiigtiétiq«e.

D'après la découverte récente de M. Faraday , les forces électriques et magnétiques donnent à certains corps la propriété d'exercer sur la lumière des actions nouvelles, très-analogues , au moins en apparence , à celles qui constituent la polarisation circulaire. J*ai donc rapproché dans un même chapitre ces deux ordres de phénomènes; mais en même temps , pour éviter la confusion , je propose d'appeler polarisation circulaire magnétique , celle qui se rapporte à la découverte de M. Faraday , et polarisation circulaire atomique^ celle que Fresnel avait simplement désignée sous le nom de polarisation circulaire , et qui dépend en effet de l'état moléculaire des corps , comme M. Biot l'a démontré.

S I. Polarisation circulaire atomique.

p. IT. — POtilRIS. CmC. ATOM. KT MAGlliT. 4S7

[arde avec le prisme l)i-réfiringent, le rayon polarise trarerse. On obsenre alors deux images Tivement (8 et de couleurs complémentaires (y^. 32i4)} puis, mt tourner le prisme, les couleurs changenlenmarers l'une ou l'autre extrëmitë du spectre sans cesser x>mplémentaire.s. Si la plaque donne le vert , par e| quand la section principale du prisme est dans primitif de la polarisation , on la verra passer du bleu, à rindigo, etc., en tournant le prisme ?ers t« {fig. 334)9 undis que, pour une autre plaque il foudra au contraire tourner le prisme vers la gau* ur obtenir les mêmes résultats, m lieu d'agir avec la lumière blanche ^ on agit aveo ère homogène, on reconait, au moyen du prisme »ur ou au moyen d'une tourmaline , qu'après avoir é la plaque , le rayon est encore polarisé; mais son 3 polarisation est déplacé , il a tourné d'un certain e de degrés vers la droite ou vers la gauche. Ainsi , ncidence perpendiculaire, le cristal déroche perpenre à Taxe a la propriété de faire tourner le plan de Ktion; certains échantillons le faisant tourner à , et d'autres le faisant tourner à gaudie. e même propriété se manifeste aussi avec la lumière blanche ou homogène i pour le démontrer, il suffit ser les plaques en avant de la première lentille dans eil décrit ^pt^gt AoQ^fig* 3ia), ttudiant ces phénomènes , M, Biot a été conduit aux ivantes :

^ur toutes les plaques tirées d*un même cristal , la n du plan de polarisstion est proportionnelle à Té-

oit qu'un cristal tourne à droite ou à gauche, la épaisseur donne à peu près la même rotation}

^ns les diverses couleurs , la rotation \

428 LIVBE VI. ~ OPTIQUE.

la réfFtngibilité ; pour une plaque dun millimètre, les angles de rotation sont les suirants :

Rouge eitrèUM 17'' 30'

Limite de rorangé 20* Kf

do jaune 21** sa*

— doTert 25' 40*

Limite du bien 30** 3'

— de l'indigo 34* 34'

— duiFiolet 17» SI*

Violet extrême 44* 6'

Ainsi, quand on va regarder le faisceau à l'œil nu, il paraît blanc ; mais , dès quon vient le regarder avec un analyseur quelconque, les plans de polarisation des diverses lumières simples étant très-différents , il faut bien qu'elles se partagent inégalement entre les deux images, et que ces images ofirent par conséquent des couleurs vives et exactement complémentaires (Jig. 334 }•

M. Herschell a remarqué que, dans la variété de quartz appelé plagùsdre^ le sens de l'inclinaison des facettes dé- termine le sens de la rotation.

M. Brewster a remarqué aussi que dans certains échantillons d'améthystes il y a des plages qui font tourner à droite , et d'autres à gauche ; ce qui donne une complication de couleurs assez singulière.

Avant d'aller plus loin , nous devons essayer de donner une idée de la cause que Fresnel assigne à ces phénomènes.

CHAP. IV. — POLAHIS. CIRC. ATOM. KT MAGNKT. 429

tea d*écre rectiligne comme dans les deux faisceaux consi- Ms séparément , sera circulaire et s'exécutera avec une itesse uniforme : les molécules tourneront de droite à ancfae lorsque le système d'ondes en avant aura son plan b polarisation à droite de celui du système d'ondes en rrîère d'un quart d'ondulation, et elles tourneront de gauhe i droite lorsque le premier plan sera à gauche du second, m lo»que|les plans de polarisation restant disposés comme luis le premier cas, la différence de marche sera égale à rois quarts d'ondulation. Si la différence de marche, au loi d'être un nombre pair ou impair de quarts d'ondulakm, était un nombre fractionnaire, les mouvements ribratoires ne seraient ni rectilignes ni circulaires , mais iBipdques.

On conçoit que, dans cette rotation générale des mole* raies autour de leurs positions d équilibre, elles n'occupent pas au même instant les mêmes points des circonférences p'elles décrivent , vu le mouvement progressif des ondes. Four se représenter leurs positions relatives, il faut concemir que celles qui étaient sur une même droite parallèle au njon, dans l'état d'équilibre, se trouvent maintenant placées sur une hélice très-étroite, décrite autour de cette ligne droite comme axe , et dont le pas est égal à la longueur fme ondulation. Si l'on fait tourner maintenant cette liéBc^e autour de son axe d'un mouvement uniforme , de Huière qu'elle décrive une circonférence dans l'intervalle k temps pendant lequel s'accomplit une ondulation lumt- , et que l'on conçoive d ailleurs que , dans chaque infiniment mince perpendiculaire au rayon , toutes les BM^écules exécutent les mêmes mouvements et consermt-les mêmes situations respectives^ on aura une idée Oicte du genre de vibrations qui constitue la polarisation cncolaire.

is il résulte aussi de la théorie mécanique des inteviqir'un système d'ondes folmsé rmcti'/ignefMnt peut

430 UVB£ VI. *^ OPTIQUE.

être remplacé par deux autres systèmes polarisés a angle droit entre eux et coïncidents dans leur marche. De plus, chacun de ceux-ci peut être remplacé par deux autres systèmes polarisé^dans le même plan, ayant sur lui, 1 un uue avance d*un huitième, et l'autre un retard d*un huitième d'ondulation, et par conséquent séparés entre eux par un quart d^ondulation ; ce qui donne quatre systèmes d ondes d'égale intensité, dont deux^ polarisés à angle droit, sont en arrière d'un quart d'ondulation des deux autres, polarisés aussi à angle droit Si maintenant l'on prend ces systèmes pour les combiner tf/t croix ^ c'est-à-dire chacun de ceux qui sont en arrière avec celui qui est en avant, et polarisé à l'angle droit avec lui , on voit que l'on aura pi*écisèment deux faisceaux égaux, d'accord entre eux , et polarisés circulairement, l'un de droite à gauche, et l'autre de gauche à droite.

Donc, en définitive, tout faisceau d'une intensité égale à I et polarisé rectilignement peut toujours être remplacé par deux faisceaux polarisés circulairement^ d'accord entre eux, ayant chacun une intensité ~, et tournant Tun de gauche à droite, et l'autre de droite à gauche, lléciproquement , un système de deux faisceaux polarisés circulaire^ ment reproduit toujours un faisceau polarisé reciiligHement dans un plan unique, mais avec cette condition inJiguéa

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lière propriété de transmettre, avec des vitesses différentes, les faisceaux polarisés circulairement de droite à gauche et ceux qui sont polarisés de gauche à droite , tout faisceau polarisé rectiligneroent devra, en ti-aversant ces substances, éprouver un mouvement de rotation dans son plan de polarisation : ce mouvement s'accomplira dans un sens ou dans rautre,8uivant que Tun des systèmes aura gagné del'arance ou éprouvé du retard ; il sera proportionnel à 1 epaislear de la substance traversée; et enfin il dépendra, suivant certaines lois, de la longueur des ondulations de la lumière.

Telle est l'explication donnée par Fresnel des phéno- ■ènea que présente le cristal de roche perpendiculaire à *WLe. Pour en saisir la clef, tout se réduit, comme on voit, L bien comprendre qu'un faisceau polarisé recHlignmneni »eut être remplacé par un système de deux faisceaux polarises circulairement en sens contraire, et à admettre que, le ces deux systèmes, l'un va plus vite que l'autre lors- |a'ils traversent certains corps.

Ce second point pouvait paraître tout à fait hypothéique; aussi Fresnel a-t-il mis tous ses soins à le démontrer Tune manière directe, et il y est parvenu par une expé* ience décisive dont nous allons rendre compte.

Double réfraction du cristal de roche dans le eene de son wjee. — Le cylindre abcd{Jig. 3 17) est composé de 3 pris«« aes de cristal de roche travaillés séparément, et ensuite ijustés avec beftucoup de soin. Celui du milieu aeb a son iDgle, au sommet ^, de iSa"*; il est tiré d'une aiguille de |uartK, qui fait, par exemple, tourner le plan de droite à {Hache , et ses deux faces latérales as et sb sont également ncUnées sur l'axe. Les deux prismes extrômes dcu et cbs (ont tirés d'une aiguille de quartz qui fait tourner le plan tn sens contraire, c'est-à-dire de gauche à droite \ ils ont eurs faces ad et cb exactement perpendiculaires à l'axe» et ieurs faces <i« et bs convenablement inclinées pour quel»» ixes optiques des trois prismes se trouvent dans la mèl

432 LIVBK VI. OPTIQUE.

direction. Maintenanti si Ton fait passer dans cette direction un rayon polarisé, on reconnaît quil se divise en deux , et donne, après son émergence, deux rayons divergents. Donc, le cristal de roche exerce une double réfraction dans le sens de son axe , et cette double réfraction ne ressemble en rien à celle qui se fait à Tordinaire dans le quartz et dans les autres cristaux; car les deux faisceaux émergents ne donnent ni lun ni l'autre aucune trace apparente de polarisation : du moins, chacun d'eux donne toujours deux images blanches et également intenses, lorsqu'on les analyse avec le prisme bi-réfringent.

Ce phénomène remarquable est la preuve directe que les faisceaux polarisés circulairement en sens contraire ne se propagent pas avec la même vitesse en suivant Taxe du cristal de roche , et que celui des deux qui va le plus vite dans les deux prismes extrêmes va le plus lentement dans le prisme du milieu. En effet, considérons le faisceau polarisé qui se présente en a^^ comme composé de deux faisceaux polarisés circulairement en sens contraire et d'accord entre eux. S'ils prennent des vitesses différentes en traversant le prisme ads , ils éprouveront des réfractions différentes au passage àeadsààn^ asb^ et d autant plus différentes qu'ils doivent ici changer de rôle , le plus lent devenant le alus rapide, et vice vend ^ Les voiLV donc divist^s dinis tout

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Pùlariêaiion et dépolarUation produites par des réflemons 4mlessÊiccessiiw. —abed (/îg. 3i8 ) est un parallélîpipède B wene dont les angles aigus sont de 54° environ , et les ii^es obtus par conséquent de 1 26°. Un faisceau polarisé , Dtnuit perpendiculairement par la face cb^ éprouve deux ifleaiona totales en p et en s sous l*angle de 54'' environ , i ara ya ressortir perpendiculairement par la face ad. Si ifien de polarisation de ce faisceau fait un angle de 45° vec le plan de la double réflexion , Ion trouve qu après smcrgence il y a en apparence dépolarisation complète, ettà-dire que le fiûsceau analysé avec le prisme bi-réfrin- BBt donne dans tous les sens deux images blancbes et '«{pie intensité.

Cependant, la dépolarisation n*est qu'apparente; ce fais- 9aa n'est pas véritablement un faisceau naturel, il en d ifire par deux caractères essentiels :

I* Il reprend sa polarisation dans un plan unique lorsl'oD lui fait subir deux nouvelles réflexions totales sous

aime angle, dans un second parallélîpipède semblable ipremier, quelle que soit la direction du second plan deré* adon par rapport au premier. Si les deux plans coïncident, nouveau plan de polarisation coïncide avec le premier. A* En traversant des lames cristallisées , il développe des intes ayant d'autres caractères et soumises à d'autres lois le celles qui sont données par la lumière naturelle. Enfin, le faisceau dont il s'agit est polarisé circulaire' fsU; il est identique à l'un des faisceaux que nous avons Menna dans l'expérience précédente avec le triple prisme t quarts. Pour prouver cette identité, il suffit de soumettre n double réflexion, dans le parallélipipède de verre, les mtfaisceaux qui émergent du triple prisme. Chacun d'eux nne alors un faisceau polarisé ; mais pour Tun le plan de hriaation fait 45'' h droite du plan de réflexion , et pour ■tre 45* à gauche. Ce qui montre bien qu'ils sont polaés cûrculairement et en sens contraire.