CHAPITRE II

APPARRILS ET METHODES d'oBSERVATION.

A. — Expériences d'induction.

Les premières expériences ont été faites avec le galvanomètre balistique. La substance j3 (fig, 1, 2 et 3), sous forme d'une sphère et plus tard d'un disque, se trouvait entre les pôles d'un aimant NS. P^lle était fixée à la plate-forme d'un goniomètre, munie d'une alidade, tandis que les bobines induites b, h' étaient portées, au moyen d'un système de pièces de laiton, par l'alidade qui, en temps ordinaire, sert à la lecture des angles de la lunette. Ce système comprend les ressorts R, qui permettent d'écarter les bobines, par le jeu des écrous E, pour enlever la substance p avec son support, et de les ramener ensuite exactement à [leur place. Dans la fig, 2, ce mouvement est indiqué par des flèches. Les bobines avaient chacune 200 tours de 'fil fin de 0""",1 ; elles entouraient la substance aussi exactement que possible et avaient à peu près la disposition des bobines d'une boussole de Helmholtz. Des butoirs tels que e limitaient les angles de rotation de la substance ou des bobines.

Le champ magnétique était obtenu au moyen d*un aimant permanent d'abord, d'électro-aimants ensuite. Ces appareils étaient suspendus à un pied à crémaillère, semblable à ceux des appareils photographiques de grande dimension ; ils pouvaient à volonté être rapprochés ou éloignés des bobines. Ce déplacement servait, avec Taimant permanent, à faire varier l'intensité du champ; mais bientôt il a été évident que la partie la plus intéressante des phéno-

mènes se rencontrerait dans les champs très intenses. L'aimantpermanent a été remplacé alors successivement par trois électroaimapts, dont le plus puissant a permis d*atteindre des champs de 10000 gauss.

Fio. 2.

A plusieurs reprises, j'ai soupçonné le défaut d'uniformité du champ des électro-aimants d'être la cause de certaines irrégularités

PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DE LA PYRRHOTINE 475 dans les mesures; j'ai donc, à chaque reconstruction des appareils, pris des précautions plus grandes pour Tuniformité du champ. Les résultats n'en ont pas été modifiés ; Funiformité était donc suffisante.

Le problème expérimental, dans sa généralité, consiste à déterminer les trois composantes de l'intensité d'aimantation en fonction des trois composantes du champ. J'ai montré ailleurs (*) comment il se simplifie quand on tient compte de la conservation du travail dans les transformations isotbermiques réversibles. Dans ces expériences, je ne me suis appuyé sur cette propriété du travail que pour obtenir des vérifications (Voir loc, cit.) et j'ai abordé le problème directement, en mesurant successivement la composante de l'aimantation parallèle au champ et la composante horizontale perpendiculaire au champ, évitant seulement de rendre nécessaire la mesure de la composante verticale.

Calcul des observations, — Soit un courant i dans un circuit fixe {fiff- ^)^ produisant, en un point quelconque A de l'espace, un champ exprimé par le vecteur G X i. G est la quantité dont l'emploi s'imposerait si l'on faisait du circuit électrique un galvanomètre. Je l'appellerai constante galvanométrique au point A.

Fio.^4.

Supposons, pour la démonstration à faire, le courant t constant, c'est-à-dire la force électromotrice de la source d'électricité constamment égale à la somme de celle qu'exige la loi d*Ohm et de celle qui surmonte la force électromotrice d'induction E.

Produisons en A, par un procédé quelconque, un moment magnétique \L faisant avec Gt un angle cp. L'énergie relative Gi'jjl cos cp

(») C. /?., 4 janvier 1904 ;— J,de Phys., 4- série, III, 494 ; 1904.

476 WEÏSS

de (JL et de l'appareil producteur du champ est transmise par le mécanisme de rinduction à la source. Elle estj Eidt, Donc

G[xcos^ ^2^ I Édt,

Revenant maintenant au cas où le même circuit de résistance totale R, sans courant, contient un galvanomètre balistique, nous mesurerons, au moment de la production du moment jx, une quantité d'électricité :

et, si nous étendons Taimantation à un solide dont l'élément de volume est dvy en posant [a = Idv :

g =z — / I . G ces çc/v.

Considérons deux cas particuliers :

1* Le circuit est quelconque, I est constant en grandeur et en direction dans toute Tétendue de la substance. Soient Ix JyJs,Gj:,Gy,G., les composantes rectangulaires de I et de G, on aura :

(î = g (ix y C^xdv + I,. f Gydv + hf G^dr).

Si la substance est une sphère centrée par rapport aux bobines induites comme dans la fig. 3, et si Taxe des bobines est Taxe

des œ, j Gydv et / G-dv seront nuls, et il restera :

Donc,. dans ce cas, le galvanomètre balistique mesurera la composante de Taimantation parallèle à Taxe des bobines.

2*^ Le champ que produirait un courant t dans les bobines induites est uniforme dans toute l'étendue de l'espace occupé par la substance, alors

qz:^-J lcosç(/r,

et le galvanomètre balistique mesure exactement la valeur moyenne de la composante de Taimantation dans la direction de ce champ uniforme.

Les conditions de Texpérience réalisent approximativement Tun et Tautre de ces cas particuliers, le premier lorsque le champ de Vainiant est uniforme, le second lorsque, comme dans la boussole de Helmholtz, les bobines ont Técartement qui donne le champ le plus uniforme.

Par la rotation de la substance, placée dans un champ magnétique et entre les bobines induites immobiles, on obtiendra donc les varia' lions de Tune ou de l'autre des deux composantes de Taimantation, suivant que Taxe des bobines sera parallèle ou perpendiculaire au champ.

Mais il faut déterminer en outre, pour une position particulière de la substance, Taimantation origine à partir de laquelle ces variations sont comptées.

Des raisons de symétrie donnent souvent les azimuts de la substance pour lesquels Taimantation perpendiculaire au champ est nulle. On peut aussi les déterminer en cherchant par tâtonnenxénts les positions de la substance où des variations d'intensité du champ n'agissent pas sur le galvanomètre. On s'est servi, avant la mise en place de la substance, du même critérium pour déterminer la position des bobines pour laquelle leur axe est perpendiculaire au champ.

Pour trouver la grandeur de la Composante de l'aimantation' parallèle au champ, on fait tourner les bobines induites de 180^, à partir de l'une des positions où leur axe est parallèle au champ, d'abord la substance étant en place, puis la substance enlevée. On voit immédiatement que la différence des deux indications du galvanomètre balistique donne l'intensité d'aimantation parallèle au champ avec la même unité avec laquelle ont été mesurées les variations par la rotation de la substance.

Valeur absolue, — Pour ramener ces mesures à des valeurs absolues, j'ai employé deux procédés.

On sait qu'une sphère de fer doux dans un champ magnétique H, qui n'est pas suffisant pour l'aimanter au delà de la région de forte perméabilité, prend une intensité d'aimantation donnée très approxi-

maiivement par — • Elle est donc connue quand H est connu. Opé-

rant avec cette sphère comme avec la substance, on étalonne Tappareil pour les mesures d*intensité d'aimantation. Cette méthode donne de très bons résultats. Je lui ai préféré, dans la suite, celle qui consiste à mettre à la place de la substance une petite bobine d'aire connue, parcourue par un courant connu, c'est-à-dire de moment magnétique connu, que Ton fait tourner de i80**.

Dans les premières expériences, le champ a été mesuré en faisant tourner de 180^ les bobines induites dont Taire avait été mesurée, le galvanomètre étant étalonné au préalable au moyen d'un solénoYde entouré de quelques tours du circuit induit. Plus tard, je me suis servi de la balance magnétique absolue de M. A. Cotton (*). Toutes les fois que le champ est suffisamment uniforme dans une étendue de 2 centimètres, cet appareil est d'une commodité et d'une exac* titude remarquables.

Les sphères de pyrrhotine avaient 9 millimètres de diamètre, les disques 9 millimètres de diamètre et des épaisseurs variant un peu d'un disque à l'autre, un peu inférieures à 1 millimètre.

B. — Mesure du couple exercé par le champ sur le cristal.

Après avoir fait par la méthode d'induction de nombreuses observations, je l'ai remplacée presque complètement par une méthode fondée sur la mesure du couple qui tend à faire tourner la substance autour d'un axe vertical quand un champ d'intensité détermtnée*occupe successivement tous les azimuts dans le plan horizontal. Ce couple est égal au champ multiplié par la composante de l'aimantation perpendiculaire au champ et horizontale. Le champ étant connu, cette composante l'est aussi par la mesure du couple.

Dans un certain nombre de questions, cette composante intervient seule, et la méthode se suffit à elle-môme. Je montrerai dans le chapitre consacré au plan magnétique dans quelle mesure elle peut être adaptée à la mesure de la composante de l'aimantation parallèle au champ.

La /îi/. 5 représente l'un des appareils que j'ai employés. Un électroaimant E, dont les bobines portent 2000 tours de fil, donne, entre les noyaux écartés de 12"", 5, pour un courant de 45 ampères, un champ très uniforme de 11000 unités. Il est porté par l'intermédiaire d'une

(1) A. CoTTOif, J. de Phys., 3* série, IX, p. 383; 1900.

pièce de bois 6, destinée à ménager la place nécessaire à la balance magnétique, par un pivot de bronze percé dans Taxe, et entraîne le cercle divisé c.

La substance placée entre les pôles est fixée sur une longue tig^ de cuivre suspendue au ressort de torsion r. Cette tige porte le miroir M, pour la lecture des déviations de Téquipage, et le poids de laiton p, plongé dans de la glycérine qui donne de la stabilité et sert d'amortisseur. Le bâti, formé de forts tubes de laiton T, T', est pourvu des mouvements de réglage nécessaires, dont une partie seule est représentée.

Cette méthode est beaucoup plus sensible que celle du galvanomètre balistique et permet d'examiner des échantillons beaucoup plus petits. Quand on se sert d'échantillons de même grandeur, toutes les perturbations dues aux courants d*air, au magnétisme du support sont négligeables ; elle devient extrêmement commode et sûre.

La petite correction des azimuts du champ par rapport à la substance lus sur le cercle, provenant de ce que la substance tourne par la torsion du ressort, a été faite.