gauss

Les champs désignés parHo ont été déterminés, par analogie avec les champs démagnétisants au minimum dans la pyrrhotine normale, au moyen du rapport de la vitesse de rotation de l'aimantation et du champ dans le voisinage de la direction de difficile aimantation.

On a en effet Hd = H [l — — j (Voir p. 497). La troisième colonne

montre que ces champs sont loin d*être proportionnels aux I,^, comme cela avait lieu pour la pyrrhotine normale.

Pour la substance i, Taimantation à saturation a été trouvée égale à 1,84 unités C. G. S. La substance 2 était un autre fragment du même cristal.

SCHÉMA MOLECULAIRE.

Afin de grouper autour d'une représentation sensible les propriétés du cristal de pyrrhotine, imaginons qu'il soit composé de fdes de petites aiguilles aimantées équidistantes, alignées dans la direclion de facile aimantation et dont les axes de rotation soient perpendiculaires au plan magnétique. Supposons ces aimants petits par rapport aux distances qui les séparent et assez intenses pour exercer les uns sur les autres une action directrice. Admettons en outre que, par suite

FiG. 27.

d'une compensation ou d'une plus grande distance, les files soient sans action les unes sur les autres. Livrés à eux-mêmes, les aimants d'une file adopteront une position d'équilibre dans laquelle le pôle nord de chaque aimant est en face du pôle sud de l'aimant suivant [fig, 27). Faisons agir sur le système ainsi constitué un champ H sous un angle a avec la direction des files. Les aimants seront déviés

d'un angle o. Soit (x le moment magnétique d'un aimant élémentaire; Tensemble de la file exerce alors sur chaque petit aimant un champ magnétisant A^l cos ^, et dans la direction OY un champ démagnétisant — Bfii sin 9, où A et 6 sont des constantes. L'équation d'équilibre de cet aimant est donc :

(H cos a -f- AtJL cos 9) sin 9 = (H sin a — Bu. sinç) cosç ou

H sin (a — ç) zz: (A + Bj {JL sinç cosç.

Or la loi démagnétisante que nous avons trouvée expérimentalement s'exprime, en considérant dans la {/îg. 13 p. 488), le triangle OAB, par :

(a) H sin (a — ©) = NI sin? coso.

En posant :

(6) * Mm=(A+B)ji,

le schéma moléculaire donne donc précisément la Ipi expérimentale pour les points situés sur le cercle de saturation.

L'intensité d'aimantation à saturation est égale à la somme des moments magnétiques des aimants élémentaires contenus dans l'unité de volume. Il résulte donc de l'équation (b) qu'alors môme que la valeur de [l changerait, par la variation de la température par exemple, N reste constant tant que la structure de la substance est invariable.

La loi démagnétisante ainsi retrouvée exprime que, lorsqu'un champ constant H décrit un quart de tour à partir de OX, fig. 20, page 831, l'aimantation décrit un arc AB du cercle de saturation.

Cherchons à nous représenter comment l'aimantation pourra décrire soit le diamètre de facile aimantation AE, soit la corde BCD,

Si l'on fait agir sur les files d'aimants élémentaires dans leur position d'équilibre OX un champ croissant dirigé suivant O ( — X), quand il atteindra une certaine valeur Hc leur équilibre deviendra instable et tous les aimants pivoteront de 180**. Le travail du champ extérieur, égal au champ coercitif multiplié par SImi sera absorbé dansTamortissement de leurs mouvements.

Ce même phénomène se produisant successivement pour les différentes files, mais pour la même valeur, ou du moins des valeurs extrêmement voisines de Hc, le vecteur I décrira le diamètre de

PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DE LA PYRRHOTINE 845 facile aimantation. Le schéma moléculaire rend ainsi compte de la constance du champ coercitif le long de ce diamètre.

On peut remarquer Tanalogie que ce changement d'orientation présente avec un changement d*état. Comme dans la transformation d'un liquide en vapeur saturante do même température, ce sont les portions successives du corps qui subissent la même transformation, et pendant cette transformation le champ coercitif, comme la pression de la vapeur, reste constant.

Lorsqu'un champ constant H aura décrit un quart de tour dans le plan à partir de OX, les aimants élémentaires se trouveront dans une position d'équilibre déterminée par Téquation (a) et pour laquelle :

Pour le même champ, il y a une deuxième position d'équilibre symétrique de la première par rapport à OY. On peut imaginer qu'un champ Hc' dirigé suivant 0 ( — X) fasse passer successivement les différentes files de la première de ces positions d'équilibre à la seconde. S'il en est ainsi, le phénomène d'hystérèse le long de la corde BD, fig\ 20, doit encore correspondre à un champ coercitif constant, ce qui est d'accord avec l'expérience.

La petitesse du champ coercitif, 45,4 gauss, dans la substance étudiée, en comparaison du champ démagnétisant maximum de 7.300 gauss, est un des aspects caractéristiques des phénomènes. Je n'ai pas réussi, jusqu'à présent, à le déduire quantitativement de cette représentation schématique, mais il est permis de penser qu'il est en relation avec ce qui se passe dans la région troublée des extrémités des files.

Si le champ coercitif est dû à l'action mutuelle des aimants élémentaires, il doit être, à structure égale, proportionnel à jjl. La vérilication de cette proposition est accessible à l'expérience (').

Il est possible aussi que les substances anormales, dont les exemples m'ont toujours été fournis par des échantillons de structure feuilletée, doivent une partie de leurs propriétés à la multiplication de ces régions troublées, conséquence de la discontinuité de la matière.

(') Voir à ce sujet, comme pour la proposition analogue relative à NIm, le travail suivant ^ur les variations thermiques de V aimantation de la pyrrhotine.

846 WEISS. — PllOPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DE LA PYRRHOTINE

En cherchant parmi les courbes- d'aimantation qui ont été publiées pour le fer et les autres métaux ferromagnétiques, on en trouverait sans doute plus d*une qui permettrait des rapprochements avec les propriétés de la pyrrhotine et avec le schéma qui les représente. Je ne citerai à titre d'exemple que les cycles d'hystérèse obtenus par M. Ch. Maurain pour le fer électroly tique déposé dans un champ magnétique de quelques gauss. La fig, îf8 est empruntée au mémoire de M. Maurain (<) ; elle représente une courbe cyclique d'hystérèse alternative relevée dans la direction du champ agissant pendant Télectrolyse. Il n'est pas bien surprenant que cette direction ait des propriétés communes avec la direction de facile aimantation de la pyrrhotine. Comme nous Tavons trouvé pour celle-ci, nous retrouvons ici une saturation constante, entre la saturation positive et néga-

FiG. 28.

tive des variations très rapides de l'intensité d'aimantation que les phénomènes démagnétisants provenant de la structure et de l'étendue limitée du dépôt empêchent peut-être seuls d'être instantanées^ et une largeur très sensiblement constante du cycle d'hystérèse.

{})3. de P/njs., 3- série, t. X, p. 123; 1901.

LES VARIATIONS THERBSIQUES DE L'AIMANTATION DE LA PYRRHOTINE ; Par MM. PiEHRE WEISS etJ. RUiNZ.

La méthode expérimentale employée dans le présent travail repose sur la propriété du cristal de pyrrhotine de ne prendre d'aimantation que dans un plan, quelle que soit la direction du champ. Ce plan magnétique est le plan de base du prisme hexagonal dont les cristaux de pyrrhotine semblent dériver. Dans les masses feuilletées à structure cristalline, il est parallèle aux plans de discontinuité de la substance. Rappelons brièvement en quoi consiste cette méthode et dans quelle mesure elle est applicable. Suspendons le cristal de pyrrhotine dans un champ magnétique H horizontal, son plan magnétique AB étant vertical.

Le couple exercé sur lui a pour expression :

HI sin a,

où 1 est la composante horizontale de Tintensité d'aimantation, « Tangle du champ avec le plan magnétique. La mesure de ce couple et de a donne donc I.

Lorsque la propriété du plan magnétique n'est pas rigoureuse et qu'il existe une petite susceptibilité ^ perpendiculaire à ce plan, cette mesure donne, à la place de l'intensité d'aimantation I,une intensité apparente ^')

I — A*H cosa,

que l'on peut souvent remplacer avec une approximation suffisante par:

\ — kH.

Cette expression montre que, dans le cas où l'aimantation à saturation estatteinte, la saturation apparente décroît linéairement en fonction du champ. C'est ce critère qui a permis de reconnaître que la pyrrhotine en cristaux compacts de Morro Velho a, perpendiculairement au plan magnétique, une susceptibilité atomique du même ordre de grandeur que celle des composés paramagnétiques du fer.

(ï) Voir p. 502.

848 WEISS ET KUNZ

On devrait donc, pour ces substances, faire une légère correction ramenant l'intensité d'aimantation apparente à Tintensité vraie. Nous nous en sommes dispensés ; elle est en fi^énéral d'environ 1 0/0 et, dans les champs les plus intenses qui ont atteint 5.000 gauss, elle ne dépasse guère 3 0/0. Nous n'avons pas cherché à dépasser la précision nécessaire à une première exploration.

C'est l'étude thermique qui nous a révélé la différence profonde de propriétés de ces pyrrhotines normales et des masses feuilletées de Morro Velho, de New-Jersey et de Bodenmais,que nous avons appelées anormales. Mais déjà, à la température ordinaire, la propriété du plan magnétique est plus grossièrement approchée pour ces dernières (^). Ce caractère s'accentue aux températures plus élevées, et le plan magnétique ne peut être considéré que comme un plan d'aimantation maxima. La méthode expérimentale n'ayant pas été changée, nous avons tenu compte, dans l'interprétation, de la signification moins simple des résultats expérimentaux.

Les expMences préliminaires. — Le champ magnétique était obtenu dans les premières expériences au moyen d'un électro-aimant en fer à cheval, de construction ancienne, dont les noyaux ont 9 centimètres de diamètre et qui donne, dans un entrerer de plus de 5 centimètres, des champs pouvant atteindre 2.000 gauss. Entre les armatures polaires était placé un cylindre de porcelaine de 4 centimètres de diamètre et de 20 centimètres de hauteur, rempli d'une huile spéciale employée au graissage des cylindres de moteurs à gaz et supportant des températures relativement élevées. Ce bain d^huile était chauffé au moyen d'un brûleur à gaz. En ayant soin d'agiter, on maintenait la température constante, à un degré près, pendant des heures, môme au-dessus de 330**.

La substance, placée au milieu du champ magnétique et du bain d'huile, était portée par une tige de cuivre suspendue à un ressort en hélice, moitié droite, moitié gauche, pour éliminer les déplacements de zéro <lus aux iluctuations de la température. Cette tige porte un miroir pour la lecture des déviations. Le plan magnétique de la substance était vertical et faisait, avant l'excitation de Taimant, un angle fixe a, de 10° environ, avec le champ de celui-ci. Le champ étant établi, on observait, en fonction de la température, les

(>) Voir plus loin, p. 861.

(ï) p. Curie, Ann. Chim. Phys.,1' série, t. V, p. 289; 1895.

petites déviations proportionnelles à Tintensité d'aimantation. Une correction nécessitée par l'altération que ces petites déviations apportent à Tangle a a été faite. t!

L'expérience a porté sur un certain nombre de disques taillés |

parallèlement au plan magnétique et de fragments clivés. Ils |

étaient choisis parmi ceux dans lesquels une des trois composantes '^

du groupement cristallin dans le plan magnétique prédomine. La direction de facile aimantation de la composante dominante était placée horizontalement. Ce sont ces expériences qui ont montré ri

l'irréductibilité des propriétés des deux espèces de pyrrhotine.

Nous donnons plus loin [fig, 3 et 6) la courbe typique des variations de l'aimantation d'une pyrrhotine normale et de deux pyrrhotines anormales.

La première (/?/;. 3). ressemble beaucoup aux courbes analogues trouvées par M. P. Curie (*) pour le fer. L'intensité d'aimantation baisse régulièrement, lentement d'abord, puis de plus en plus vite, pour aboutir à une disparition très rapide du ferromagnétisme à 348**. Le phénomène qu'elle représente est réversible.

Les courbes, /?//. 6, sont plus compliquéees. Dans chacune d'elles la branche descendante est nettement différente de la branche ascendante. Elles présentent l'une et l'autre un minimum et un maximum, et forment ensemble une boucle d'hystérèse thermique.

Il était naturel de supposer que ces phénomènes complexes fussent en relation avec le groupement des trois cristaux dans le plan magnétique ; aussi, séparant à partir d'ici l'étude des pyrrhotines normales et anormales, avons-nous abordé les unes et les autres par l'analyse du groupement cristallin à diverses températures.

DESCRIPTION DB l'aPPAREIL.

L'appareil plus complet, nécessaire pour l'analyse du groupement cristallin dans le plan magnétique, est représenté dans la fy. 1.

Un électro-aimant E, qui possède des noyaux cylindriques de 5 centimètres de diamètre, donne, dans un entrefer de 2*'™, 5, un champ atteignant 5.200 gauss pour un courant magnétisant de 6 ampères environ dans l'enroulement formé de fil de l"*",o. Il est placé sur une plate-forme tournante de bronze B qui permet

«0 WEÏSS ET KUNZ

le donner au champ tous les azimuts par rapport à la substance.

[les azimuts sont lus sur une graduation tracée sur le bord

îylindrique de la plate-forme. I/entrefer de Taimant se trouve

nactement dans Taxe de la plate-forme ; il contient Tappareil de

hauffage.

Fio. 1.

Celui-ci, un four électrique, est formé d'un fil de platine de 0'""',3 e diamètre et de i"",50 de^longueur, enroulé bifilairemeni sur un

AIMANTATION DE LA PYRRHOTINE 8oi

tube de verre v de 20 centimètres de longueur et de 1*''",5 de diamètre. Le fil est fixé sur le tube au moyen d'une pâte formée de silicate soluble et d'amiante, et déposée suivant deux lignes verticales. Il est isolé de Taimant et protégé contre les perles de chaleur par du carton d'amiante. Le courant, de 2 ampères au maximum, y est amené par le godet et la gouttière gg contenant du mercure et placés dans Taxe. Les températures, jusqu'à 400**, pouvaient facilement être maintenues constantes à un demi-degré près.

Elles étaient données par un couple platine-platine rhodié dont l'une des soudures S était placée dans le voisinage immédiat de la substance et l'autre S' plongée dans un verre contenant de la glace fondante, posé sur la plate-forme. Un cordon souple relie le couple à un galvanomètre à miroir. Ce couple a été étalonné par la mesure de la force électromotrice, dont la valeur est connue en fonction de la température, et contrôlée à plusieurs reprises au moyen d'un thermomètre normal.

La substance;} est fixée à une tige de cuivre portant un poids tenseur tt et un amortissement à ailettes a. Cette tige de cuivre est isolée thermiquement du ressort en hélice qui la porte par une tige d'ébonite e sur laquellese trouve le miroir M.

Pour déterminer au moyen de cet appareil l'intensité d'aimantation en valeur absolue (^), il suffit de déterminer, outre le champ, la déviation et l'angle a, le volume de la substance et la constante de torsion du ressort. Le volume est déterminé par la méthode du flacon et vérifié en mesurant la densité sur un fragment plus grand et en pesant l'échantillon. La constante de torsion se déduit de la durée d'oscillation avec et sans une surcharge de moment d'inertie connu.

PYRRHOTINES NORMALES.

Analyse du groupement cristallin dans le plan magnétique. — Lorsque le plan magnétique de la substance fixée à l'équipage mobile de l'appareil est horizontal, on obtient, en faisant tourner la plate-forme de 10* en 10®, et dans les régions de variations rapides de degré en degré, le couple exercé sur la substance pour les différents azimuts du champ dans le plan magnétique. Dans la fig, 2, on a réuni les courbes représentant le résultat de ces mesures

l>) Voir p. 308.

152 WEISS ET KUNZ

lux températures de 20°, 101% 202%7, 283% 308% 327% dans un champ le 1.500 gauss. Les observations à 20" ont été reprises après le etour à la température ordinaire, et les points ainsi obtenus ont été narquéspar 0. Ils sont très voisins de la première courbe.

11 a été e;c pli que ailleurs comment chacune des trois variations jrusques de ces couples, qui se rencontrent à 60"* les unes des autres, iécèle rexislence d'un des trois cristaux élémentaires associés dans e plan magnétique et permet d'apprécier leur importance relative.

Le résultat a été pour réchantillon auquel se rapportent les courbes (le la fig. % avant TéchaulTement :

Première direcUon nruxième direclioii Troisième direetioD

et après réchauffement et Taction simultanée du champ : 100 14,7 21, 7n

Ces deux résultats concordent au degré de précision des expériences.

Cette constance du groupement a été constatée sur de nombreux échantillons de cette espèce ; elle s'observe aussi bien lorsque le champ qui agit pendant réchauffement jusqu'aux températures supérieures à «ISO"" atteint 4.000 gauss.

Lorsque Ton a affaire à une substance cristal! ographiquement simple, le coeffîcient angulaire des courbes [fig, â), représentant les couples C en fonction des azimuts a, prend une signification simple dans les régions voisines du maximum et du minimum d'aimantation (^) ; au minimum, on a :