CHAPITRE V

LE PLAN IfÀGNBTIQUB.

Dès le début des mesures sur la pyrrhotine, j'ai été frappé par la très grande différence d'intensité des propriétés magnétiques dans le plan de base du prisme hexagonal et perpendiculairement à ce plan. En tenant à la main un cristal que l'on approche d'un aimant, on se rend compte de l'attraction très vive qu'il éprouve et qui disparaît quand on le tourne de façon à présenter le plan de base et perpendiculairement aux lignes de force.

Mesurant la grandeur de raimantation dans le plan magnétique d'une part(*), et la différence entre Taimantation parallèle et perpendiculaire à ce plan de l'autre, j'ai trouvé ces quantités égales.

Ayant placé, dans le goniomètre magnétique de la page 474, une sphère de pyrrhotine, dont le plan magnétique était vertical, j'ai déterminé pour tous les azimuts par rapport au champ la composante de l'aimantation parallèle au champ et la composante perpendiculaire au champ et horizontale. La fig, 16 montre comment la recomposition de l'aimantation résultante, à partir de ces données expérimentales anciennes et relativement peu précises, donne des points situés tous sur la trace du plan magnétique dans le plan horizontal. Chaque direction de champ fournit deux points à cause de rhystérèse.

Plan magnétique' FiG. 16.

Le contrôle le plus effectif avait été obtenu en mesurant le courant induit dans une bobine placée dans le champ d'un électro-aimant, lorsqu'on y introduisait la pyrrhotine dont le plan magnétique avait été réglé perpendiculairement au champ.

Toutes ces expériences avaient été faites dans des champs relativement faibles de quelques centaines d'unités. J'ai tenté à plusieurs reprises de répéter les dernières dans des champs intenses, et je cite ici quelques-uns des résultats obtenus :

(I) C. R., t. GXXVI, p. 1099; 1898. — 3. de Phys., 3« série, t. VIII, p. 542; 1899.

PROPRIÉTÉS MAONÉTIQUES DE LA PYRRHOTINE ÎSOl Pyrrhotine normale (Morro Velho)

AimanUtion AimanUtion En pour cent

dans le plu maenéUque perpendiculaire au de raimanUUon dans le

uMis io |MMi iu«(^ueu4uo pi^^ magnéUque plan magoéUque

H = 5000 H = iOOOO H = 5000 H = 10000 H = 5000 H = 10000

Pyrrhotine anormale (Rodenmais) 54,6 57,8 7,52 11,47 13,8 19,8

L'expérience donne donc une aimantation perpendiculaire au plan magnétique assez notable. Remarquons cependant que la plupart des causes d'erreurs, les erreurs de taille des disques, les erreurs d'orientation, la courbure quelquefois observée de Tédifice cristallin, les impuretés magnétiques consistant en matières étrangères ou en pyrrhotine de plan magnétique différemment orienté, tendent à faire apparaître cette aimantation. En rapprochant cette remarque de l'allure capricieuse des résultats d'expérience, on ne peut leur attribuer une portée décisive, et on doit recourir à une autre méthode.

Elle s'est présentée d'elle-même lorsque j'ai employé la méthode du couple exercé sur la substance à la détermination de la composante de l'aimantation parallèle au champ.

Suspendons un disque de pyrrhotine AB {fig. 17) dans l'appareil à aimant tournant de la page 479, son plan magnétique placé verticalement. Soient I la composante horizontale de l'intensité d'aimantation, a l'angle du champ avec le plan magnétique et C le couple exercé sur la substance. On aura, si la propriété du champ magnétique est rigoureuse :

C = HIsina.

/. de Phys,, 4« série, t. IV. (JuUlet 1905.) 34

to2 \\ÊISâ

a étant lu sur Le cercle divisé de Taimant, I est ainsi déterminé. Supposons maintenant que l'intensité d*aimantation s'écarte du plan magnétique d'un angle p, grâce à une faible susceptibilité k normale à ce plan. Alors :

. f, /tH sin 9L sm p = j —

C=zzHIsin{a — p)

et, par suite, avec une grande approximation :

C = H sin a (I — /fH cos a) ;

a n'a pas dépassé 10"*. On peut donc, puisque k^ est petit par rapport à I, écrire avec une approximation encore suffisante :

C — H (I - KH) sin a.

On mesurera donc, à la place de l'intensité d'aimantation réelle, une intensité d'aimantation apparente d'autant plus faible que le champ est plus intense.

Si les champs employés sont assez intenses pour produire la saturation, on observera par cette méthode ou une aimantation constante, ou une aimantation apparente décroissante, suivant que la susceptibilité normale sera ou ne sera pas nulle.

Plusieurs séries d'expériences m'ont paru confirmer d'abord la rigueur du plan magnétique. J'ai observé, par exemple, sur une substance normale de MorroVelho :

I (unité arbitraire)

Il est difficile d'atteindre la saturation dans un échantillon complexe formé dç cristaux associés. On se place dans les conditions les plus favorables en dirigeant la plus grande composante parallèlement au champ» Mais l'étude des propriétés dans le plan magnétique a montré que l'obliquité de l'aimantation des plus petites composantes est alors loin d'être négligeable.

^HOPftIÉTES MAGNÉTIQUES DE LA PYRRhOTiNÉ 80à Ce que Ton observe est une aimantation apparente qui décroît avec le champ à cause de la susceptibilité normale et croît par suite de la saturation incomplète, et les deux effets peuvent se masquer mutuellement. 11 est donc nécessaire de faire la correction des substances parasites par Tétude préalable du plan magnétique. Le résultat de ces opérations sur la substance 3, à laquelle se rapportent la plupart des mesures de ce travail, est contenu dans le tableau suivant et représenté dans la fig. 15, page 493.

AimftntalioD annîirîntft dp"lii CorreclioD ^ar Aimantation

apparente br,te S'rSiimpie * = 314 X 10-<^ corrigée

L'aimantation apparente brute possède un maximum ; l'aimantation apparente de la matière simple, représentée par la courbe II, décroît régulièrement. La courbe 1 et la dernière colonne du tableau se rapportent à cette aimantation corrigée, par addition d'une quantité égale à 314 X IQ-^H et rendue ainsi sensiblement constante. On doit donc admettre que la susceptibilité normale au plan magnétique est égale à

Les champs normaux pour lesquels elle est observée sont compris entre 0 et 2000 gauss. Elle correspond à une aimantation de 0,67 0/0 de la saturation, pour 1000 gauss. Si elle restait constante dans les champs plus élevés, elle conduirait à la saturation pour un champ de 150000 gauss. Elle rend suffisamment compte, avec les causes d'erreur invoquées, des résultats des expériences d'induction

Dans les premières expériences sur le plan magnétique (*), j'avais estimé que, pour une pyrrhotine de Morro Yelho, l'aimantation per-

pendiculaire au plan magnétique ne dépassait pas 7^ de l'aimantation dans ce plan. Cette évaluation reposait sur l'opinion que, dans le

(») C. R., t. CXXVI, p. 1099, 1998 ; — J. dt P/t//5., 3- série, t. VIU, p. 542; 1899.

b04 WEISS

plan magnétique, la pyrrhotine pouvait être traitée, dans le cas de la

sphère, comme une substance de susceptibilité notable, alors qu'en

réalité elle était voisine de la saturation. La limite trouvée doit donc

être portée à ^rr* La détermination actuelle montre qu'elle n'est

dépassée que pour des champs supérieurs à 6^0 unités.

11 est intéressant de comparer la susceptibilité du fer dans les composés faiblement magnétiques ou paramagnétiques à cette susceptibilité normale.

Si Ton attribue le magnétisme de la pyrrhotine uniquement au fer qu'elle contient, on obtiendra la susceptibilité spécifique ^ du fer dans la pyrrhotine en divisant la susceptibilité parla densité du fer dans la pyrrhotine, qui est de 1,76.

On trouve :

Xzz:l7bX10-«,

et pour la susceptibilité atomique :

Pour 9 composés ferreux et ferriques, la susceptibilité moléculaire / . m est, par atome de fer dans la molécule, comprise entre 0,0127 et 0,0151 (*). Elle est égale à la susceptibilité atomique si Ton attribue les propriétés magnétiques uniquement au fer dans la molécule.

Rapprochons encore de ces données le paramagnétisme du fer et de lamagnétite au-dessusde latempérature de perte du ferromagnétisme, déterminés par M. Curie. M, du Bois (^oc. ciï., p. 486) définit la constante de Curie C par ^ = C X H, où 0 est la température absolue. La constante de Curie atomique pour le fer aux hautes températures est:

GXfl — 2,16,

et pour la magnétite, la constante de Curie moléculaire de la molécule Fe^O* :

ex m "3 X2,17.

On déduit de ces deux valeurs remarquablement concordantes (*), par extrapolation, une susceptibilité paramagnétique du ferauxtem-

(') Du Bois, Rapports du Congrès inl. de Phys,, t. H, p. 496; 1900. (2) Du Bois, loc. cit., p. 494.

PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DE LA PYRRHOTINE 505 pératures ordinaires :

La susceptibilité atomique du fer dans fa pytThotine, prise normalement au plan mag^nétique^ est donc très voisine de la suseeptibilité atomique du fer dans les corps paramagnétiques.

Il convient de lever une objection. Cette susceptibilité n'a été reconnue que grâce à son anisotropie. Une susceptibilité paramagnétique isotrope, superposée aux phénomènes déjà considérés, eût passé inaperçue et doit être recherchée.

Les objections qui rendent suspecte la méthode d'induction pour Fexpérience de zéro ne s'appliquent pas au même titre à l'expérience analogue pour la mesure de l'intensité d'aimantation à saturation dans le plan magnétique. J'ai trouvé ainsi, en unités arbitraires, pour la mêjne substance :

Aimantation brute

Aimantation de la matière simple

L'aimantation est donc parfaitement constante. La saturation exclut donc une susceptibilité paramagnétique de même direction qu'elle^ du même ordre de grandeur que celle des composés faiblement magnétiques du fer.

Si Ton craignait d'attribuer une trop grande importance à la coïncidence numérique des susceptibilités paramagnétiques reposant sur l'étude, assez exacte il est vrai, d'une seule substance, la dernière colonne de ce tableau suffirait à montrer que le ferromagnétisme et le paramagnétisme dépendent de la même cause profonde.

Remarquons enfin que, si l'on ne disposait que des champs inférieurs à 70 gauss, le phénomène serait linéaire^ l'aimantation ne s'écartant de la ligne de facile aimantation que d'un centième tout au plus dans le plan magnétique et d'un deux-millième perpendiculairement à ce plan.

La méthode qui résulte de cette analyse des propriétés du plan magnétique a été employée à plusieurs reprises pour la détermi-

S06 WEÏSS

nation de la composante de Taimantation parallèle au champ en fonction de Tazimut du champ dans le plan magnétique. Ainsi, les courbes de la fig, 11 et les courbes de la fig, 10 qui en dérivent ont été obtenues de cette manière. A cet effet, l'appareil représenté fig. 48 était suspendu au ressort de torsion, le petit disque d\ gradué sur son bord^onique, placé au centre du champ. Le disque de pyrrhotine, taillé parallèlement au plan magnétique, était collé sur ce petit

Ti i

JT

Fio. 18.

disque, que Ton pouvait faire tourner autour de son axe au moyen de la petite transmission T, sans le retirer du champ, tandis que Ton lisait sa graduation avec une loupe. L'appareil avait un frottement suffisant pour que le disque, réglé à un azimut déterminé, restât en place pendant le cours d'une expérience, consistant à observer les déviations du système suspendu au moyen du miroir M, Taimantoc-

PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DE LA PYRRHOTINE b07

cupant successivement des positions écartées de -{- iO*" et de — 10^ à partir du parallélisme du champ avec le plan magnétique. Le couple mesuré a pour expression HI sin 10'', où I est la composante cherchée. Plusieurs petites corrections sont nécessaires, notamment celle de la susceptibilité normale qui a été faite avec k = 314 X 10-*.

Il est nécessaire, en outre, pour l'interprétation de cette méthode, de savoir si une composante du champ perpendiculaire au plan magnétique altère ou non les phénomènes dans ce plan. Le travail d'aimantation peut s'écrire, pour un cristal à trois dimensions :

dl=id (H^U + ^y\y + Hsic) — [\xd^x + \yd^y + WH-).

Soit XOY le plan magnétique, la condition (Tï différentielle exacte donne :

Si 1. est constamment nul, c'est-à-dire si le plan magnétique est rigoureux, les phénomènes dans ce plan ne dépendent donc pas d'une composante normale Hs.

Si, comme cela est possible, la susceptibilité normale k = r^

est constante avec une approximation suffisante, Ton a encore :

Je n'ai rencontré aucun fait qui fût en désaccord avec cette hypothèse. Notamment quand, dans la méthode exposée ci-dessus, j'ai répété l'expérience en donnant au champ un mouvement d'amplitude moitié moindre à partir du plan magnétique, les résultats ont été concordants.

Mais, pour élucider définitivement ce point, de nouvelles expériences seraient nécessaires, pour lesquelles il faudrait, sans doute, des moyens d'investigation plus puissants.

L'indépendance des propriétés dans le plan magnétique de toute composante normale permet de généraliser la méthode d'observation que nous venons de développer. Au lieu de donner au champ des oscillations de petite amplitude de part et d'autre du plan magnétique, on lui fait décrire, en s'arrétant de 10^ en 10^, par

exemple, un tour complet, et on lit les couples correspondant à ces diverses positions. La composante du champ dans le plan magnétique passe alors de la valeur maxima H à zéro, et de zéro à — H, etc. On relève aiiisi en une seule opération une courbe d'aimantation au sens habituel du mot. Le commencement OA de la courbe II {fig. 15), entre autres, a été déterminé de cette manière.

Détermination de Caimantation de la pyrrhotine en valeur absolue.

Il suffit de déterminer en valeur absolue Tintensité à saturation pour pouvoir, par proportionnalité, y ramener les mesures relatives de toutes les intensités d'aimantation. L'intensité à saturation de l'échantillon qui a été Tobjet des plus nombreuses expériences (substance 3) a été trouvée, par la méthode d'induction,

Im = 47 unités C. G. S.

Auparavant, l'aimantation de cette substance sans correction de l'obliquité des composantes parasites, dans un champ de 3800 gauss, avait été trouvée égale à 44,8 C. G. S. avec des appareils et une méthode opératoire différents.

Pour trois autres échantillons de Morro Velho que j'ai mesurés, j'ai trouvé des intensités supérieures :

M. J. Kunz, de son côté, a trouvé pour des pyrrhotines de même origine des résultats compris entre 64,2 et 66,7, par la méthode des couples, en déterminant en valeur absolue la constante du ressort de torsion.

L'intensité à saturation de la pyrrhotine de Morro Velho, tout en étant toujours du même ordre de grandeur, ne semble donc pas être invariable d'un échantillon à l'autre.

L'intensité à saturation des pyrrhotines anormales est extrêmement variable, elle est comprise, pour les échantillons qui ont été l'objet de déterminations absolues, entre 18,3 et 128.

[A suivre,)

MARCHIS. — DIAGRAMME ENTROPIQUE

SQK LE DU6BAMIIB BNTBOPIQUE D'UN 8T8TË1IE FORMfi Dim UQUIDE % BT DE 8A TAPEUR SATUBÉE;

Par M. L. MARCHIS.

Considérons an système de masse égale à Tuniié formé d'un liquide et de sa vapeur saturée. Traçons dans le plan (S, T) des deux axes rectangulaires OS (entropie), OT (température absolue), le diagramme entropique de ce système correspondant à une pression P. Ce diagramme se compose :

i^ D'une portion de courbe AB, montant de gauche à droite et représentant les variations avec la température de Tentropie de l'unité de masse du liquide chauffé sous la pression P ;

2o D'un segment de droite BC, parallèle à Taxe OS et relatif à la transformation du liquide en vapeur saturée sous la tension P ;

3^ D'une courbe CD montant de gauche à droite et figurant en fonction de la température les variations de Tentropie de Tunité de masse de ia vapeur surchauiTée.

Fio. 1.

Faisons croître la pression P jusqu'à la pression critique n, les points B et C décrivent deux courbes d5 et 8 : la première, d5, représente les variations de l'entropie de l'unité de masse du liquide saturé

bio marchïs

quand la température croît jusqu'à la température critique; la seconde, C, figuré dans les mêmes conditions les variations de Fentropie de Tunité de masse de vapeur saturée. *

La courbe ^ monte toujours de gauche à droite ; à la température critique, elle présente une tangente parallèle à OS. Si, en effet, m 0st la chaleur spécifique du liquide saturé, une variation r/S de Pentropie de ce liquide correspondant à une variation cTT de la température est donnée par la relation :

Or la chaleur spécifique d*un liquide saturé est toujours positive et croît indéfiniment aux environs du point critique. L'équation (1); dont le premier membre est le coefficient angulaire de la tangente à la courbe 5), montre bien que, pour la valeur T ^= Tit de la tempéra^ ture critique, ce premier membre est nul.

La courbe O, lieu des points C, rencontre' la courbe ^ au point

r (T) critique K : en effet, la longueur BC représente le quotient — Tp-?

r (T) étant la chaleur de vaporisation à la température T. Or, on sait que celle-ci est nulle à la température critique.

De plus, les deux courbes ^ et G ont au point K même tangente parallèle à OS. Si, en effet, rfS' est la variation de Tentropie de Tunité de masse de la vapeur saturée correspondant à la variation de température û^T, le coefficient angulaire de la tangente à la courbe C a pour expression :

m' étant la chaleur spécifique de la vapeur saturée. Or cette Chaleur spécifique est infinie au point critique.

11 reste à étudier Tallure de la courbe G. C'est cette étude qui constitue, croyons-nous, la partie originale de cette note.

La chaleur spécifique m' est infinie et négative pour T = O ; la courbe G est donc asymptote à l'axe OS.

Si la chaleur spécifique m' reste négative jusqu'à la température critique, la courbe G monte constamment de droite à gauche (*).

(>) Tel semble être le cas de rammoniaque, dont la chaleur spécifique de vapeur

DIAGRAMME ENTROPIQUE Ui

Mais, en général, cette chaleur spécifique présente deux points d'inversion pour des températures T/, et T/,. Dans ce cas, la courbe C monte d'abord de droite à gauche jusqu'au point I,, correspondant à la première température d'inversion T/, ; en ce point I^, où m' est nul, la courbe 3 présente une tangente verticale. Entre le point I, et le point I j, qui correspond à la deuxième température d'inversion T,^, la courbe C monte de gauche à droite; elle présente au point I, où m' est nul, une tangente verticale. Enfin, au delà du point I^,. jusqu'au point critique K, la courbe © monte de droite à gauche.

Les points de la courbe O compris entre \^ et la correspondent à des valeurs positives de la chaleur spécifique m\ tous les autres points correspondant à des valeurs négatives de cette quantité. La portion de courbe IJ, est connue pour divers corps. D'après les recherches de M. Mathias, la chaleur spécifique de la vapeur saturée d'anhydride sulfureux est positive entre 100' C. et 120' C. environ. Mais, pour d'autres corps, les limites de température entre lesquelles m' est positif sont beaucoup plus étendues : pour l'éther ces limites sont 0» C. et 120*» C. ; pour le chloroforme, 80«C. et 160« C. ; pour la benzine, 140«C. et 210« C.

La forme de la courbe 3 renseigne immédiatement sur le sens de9 transformations isentropiques d'une vapeur saturée dont la température varie. Si l'état de la vapeur est représenté par le point a^ ou par le point 6| {m! négatif), une élévation de température amène le point figuratif dans la région de la vapeur surchaufTée, un abaissement de température l'amène dans la région où cette vapeur subit une condensation partielle. Au contraire, l'état de la vapeur est-il figuré par le point d, (m' positif), une élévation de température amène le point figuratif dans la région de condensation partielle de la vapeur,, tandis qu'un abaissement de température amène ce point figuratif dan^ la région où la vapeur se surchauffe. Or une augmentation brusque ou une diminution brusque de volume abaisse ou élève la température d'une vapeur saturée. La forme de la courbe G permet donc de se rendre compte des phénomènes de condensation et de surchauffe qui se produisent dans la détente ou la compression brusque d'une

saturée m' va en croissant de la valeur — i,207 à 0* C. à — 1,201 à 50* C, puis décroît de nouveau et a la valeur — 1,075 à 10* C.

DiETBRici, Veher die ther mise hen und kalorischen Eigenschaflen des Ammoniaks [Zeitschrift fttr die gesamte Kûlte- Industrie, 11*^ année, Heft 3 mars].

512 TURPAIN .

vapeur saturée, suivant que, dans les conditions où se trouve cette

vapeur, sa chaleur spécifique est positive ou négative.

APPAREIL POUR L'OBSERYATIOlf ET L'ENREGISTREMElfT AUTOMATIOUE DES ORAGES;

Par M. A. TURPAIN (»).

Cet appareil, qui est en expérience à l'Observatoire météorologique du Puy-de-Dôme, réalise le dispositif suivant :

Une série de sept cohéreurs de sensibilités différentes sont en relation avec Tantenne. Un seul des cohéreurs, le plus sensible, est en circuit fermé sur un relais Claude. Les six autres, de sensibilités graduellement croissantes, sont en circuits ouverts. Leurs sensibilités, qui se trouvent de ce fait diminuées (^), restent r^/^avement les mêmes.

Lorsqu'une décharge atmosphérique impressionne Tappareil, le cohéreur en circuit (cohéreur de démarrage) fait naître un courant qui sert à déclencher Tappareil. Un commutateur tournant, entraîné par un poids, peut alors effectuer un tour complet et revient au repos (position d'enclenchement).

Pendant que le commutateur tourne, la relation de l'antenne avec les cohéreurs se trouve supprimée. L'influence de décharges atmosphériques qui viendraient troubler l'enregistrement est ainsi évitée. La durée de la rotation du commutateur est d'ailleurs réduite au minimum.

En effectuant sa rotation complète, le commutateur produit les opérations suivantes :

i<* Interrogation des six cohéreurs de sensibilités graduées qui, introduits successivement dans le circuit d'un galvanomètre très sensible, permettent d'enregistrer photographiquement les élongatiens successives du galvanomètre sur une plaque sensible mobile ;

2^ Décohésion des cohéreurs sur lesquels un frappeur agit pendant un temps suffisant;

(■) Commun icatioB faite à la Société française de Physique : Séance du n juin 1904.

(2) Sur le fonctionnement des cohéreurs associés (Soc. fr. de Physique, séance du 19 février 1904).