Action d’un aimant

Rappelons deux propriétés fondamentales des aimants. D’abord ils agissent sur tous les corps, attirant les uns qu’on appelle paramagnétiques et repoussant les autres qu’on appelle diamagnétiques. Le fer est le type des corps de la première classe ; le bismuth celui des autres. Ensuite les aimants exercent sur les conducteurs, qui sont le siège d’un courant électrique des actions découvertes par Ampère, qu’on appelle électro-magnétiques.

Nous pouvons nous attendre à retrouver ces deux sortes d’actions dans les changements que l’approche d’un aimant détermine dans l’étincelle. Les particules incandescentes étant ou paramagnétiques ou diamagnétiques subiront l’attraction ou la répulsion de l’aimant; en outre, la

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chaîne conductrice qu’elles forment , étant le lieu d’un courant électrique soit temporaire, soit continu, se comportera comme une portion de courant, et subira l’action attractive, répulsive ou rotative de Taimant. Tels sont en effet les caractères de tous les phénomènes que nous allons étudier dans ce paragraphe.

Après la découverte d’Œrstedt, Arago avait soupçonné l’action des aimants sur l’arc voltaïque : c’est Davy qui le premier la constata. L’arc voltaïque était produit dans l’air raréfié, et il atteignait une longueur de 10 centimètres. Quand on approchait de l’œuf électrique un puissant aimant, l’arc était attiré ou repoussé avec un mouvement rotatoire, suivant la position du pôle de l’aimant et le sens du courant.

M. de la Rive plaça sur l’un des pôles d’un puissant électro-aimant une plaque de platine, et au-dessus de cette plaque une pointe de même métal, et il fit jaillir entre elles l’arc voltaïque. Quand on aimante l’électro-aimant ainsi disposé on entend un sifflement, et il faut rapprocher la pointe de la plaque pour que l’arc continue, la plaque étant positive. Si la plaque est négative, l’arc est projeté vers les bords de la plaque et se rompt avec un bruit sec analogue à celui d’une décharge de bouteille de Leyde.

Avec une plaque et une pointe d’argent , les particularités de l’expérience sont très-remarquables. Voici comment M. de la Rive les décrite « Quand la plaque est posi- (( tive, la portion de la surface qui se trouve au-dessous (( de la pointe présente une tache en forme d’hélice qui (( semble indiquer que le métal fondu dans cette portion (( a éprouvé un mouvement gyratoire autour d’un centre, (( en même temps qu’il est soulevé en forme de cône. La (( courbe en hélice est, en outre, dans toute sa longueur, (( bordée de petites ramifications

^ Traité d' Électricité , tome II, page 259.

« Quand la plaque est négative et la pointe posi-

« tive, les traces sont bien différentes ; c’est un cercle {( d’un très-petit diamètre d’où part une ligne plus oA (( moins courbe, qui forme comme une espèce de queue à (( la comète dont le petit cercle serait le noyau ; la direc- (( tion de la queue dépend du sens dans lequel l’arc a été (( projeté. ))

M. de la Rive a aussi observé l’arc entre deux électrodes

Fig. 54. — Action de l’aimant sur l’arc voltaïque.

de fer placées chacune dans une bobine, de manière à former deux électro-aimants. L’arc ne peut s’établir, quand le fer est aimanté, que si les électrodes sont très-rapproclîées l’une de l’autre. Les étincelles jaillissent bruyamment dans toutes les directions ; il semble que les particules se détachent avec peine des électrodes.

La meilleure disposition pour étudier les phénomènes de ce genre est celle qu’a employée M. Quet (fig. 54). Ce physicien plaça les électrodes de charbon entre les pôles rapprochés, A et B, d’un fort électro-aimant. Lorsque le

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noyau de fer fut aimanté, l’arc prit la forme du dard que le chalumeau produit dans une flamme ; sa longueur était dix fois l’intervalle des électrodes. On entendait un bruissement, et la projection pouvait être assez forte pour rompre l’arc ; alors se produisait une forte détonation.

On répète aujourd’hui la môme expérience en se servant de l’étincelle de la bobine de Iluhmkorff. On obtient

Fig. 55. — Action de l’aimant sur l’étincelle d’induction.

entre les deux pôles une nappe de feu demi-circulaire, perpendiculaire à la ligne des pôles et dans laquelle ou distingue un grand nombre de traits brillants, qui jaillissent circulairement autour du centre de la nappe (fig. 55). Quand on change le sens du courant, la nappe change de côté. 11 en est de même , quand on change les pôles de l’électro-aimant, en renversant le courant qui produit le magnétisme.

Ce renversement de la nappe lumineuse prouve qu’elle

est due à l’action électro-magnétique. Sans doute les particules incandescentes subissent l’action paramagnétique ou diamagnétique suivant leur nature , de même que celles d’une flamme de bougie que l’on place entre les pôles de l’électro-aimant, laquelle forme un dard perpendiculaire à la ligne des pôles. Mais la chaîne des particules se comporte ici surtout comme un conducteur gazeux traversé par le courant voltaïque, et l’explication du phénomène se trouve dans les lois d’Ampère.

Considérons une portion infiniment petite de la ligne droite qui joint les électrodes. Lorsque l’électro-aimant est à l’état naturel, les particules situées dans cette portion transmettent le courant électrique. Dès que l’aimantation est développée, il naît, d’après Ampère, une force perpendiculaire au plan qui passe par la petite ligne considérée et par un pôle de l’aimant ; le sens de cette force est donné par la loi d’Ampère ; elle a pour effet d’écarter les particules dans ce sens. L’autre pôle de l’électro-airnant ajoute son effet au précédent. Voilà comment les particules primitivement situées sur la ligne des électrodes sont distribuées après l’aimantation sur une ligne courbe passant par les extrémités de ces électrodes.

Comme le charbon est diamagnétique, ses particules sont repoussées par les pôles de l’électro-aimant, abstraction faite du courant qu’elles transmettent ; l’action diamagnétique s’ajoute donc à l’action électro-magnétique. Si l’on emploie des électrodes de fer, substance paramagnétique, les particules de l’arc sont attirées par la force paramagnétique et l’action électro-magnétique est la même que précédemment ; de là une différence entre la nappe lumineuse de l’arc obtenu avec les électrodes de charbon et celle que donnent les électrodes de fer ; mais la différence n’est pas très-grande, ce qui prouve que l’action électro-magnétique est prédominante.

Dans l’expérience de M. de la Rive, où les électrodes étaient de véritables électro-aimants, l’action électro-ma-

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gnétique paraît moins intense que l’action paramagnétique ; celle-ci retenant les particules du fer sur les électrodes, on se rend compte de cette manière des bruits singuliers que fait entendre l’arc voltaïque et des apparences lumineuses qu’il présente.

L’étincelle d’extra-courant se comporte comme l’étincelle d’induction, quand elle éclate dans le voisinage d’un aimant. Au lieu d’avoir la forme d’une flamme allongée, elle prend celle d’une nappe demi-circulaire, orientée conformément aux lois d’ Ampère. Cette observation confirme l’analogie que nous avons constatée entre cette étincelle et les autres, en nous appuyant sur d’autres observations.

L’action d'un électro-aimant sur l’étincelle d’induction a été étudiée par un grand nombre de physiciens dans des circonstances variées. Nous compléterons l’étude que nous venons d’en faire dans l’air, en citant les récentes expériences que M. Trêves a faites dans divers gaz. La nature du gaz influe sur l’apparence de la nappe lumineuse, comme on pouvait le prévoir. M. Trêves a vu l’azote donner lieu â une nappe jaune d’or, sans les traits obscurs que présentent les autres gaz. 11 est probable que le magnétisme du gaz joue un rôle dans ces phénomènes ; car les particules gazeuses qui environnent l’étincelle ne sont pas dans le courant électrique, et il n’y a pas pour elles d’action électro - magnétique qui puisse prédominer , comme cela avait lieu pour les particules qui complètent le circuit de la décharge entre les électrodes.

Les plus intéressantes de ces expériences sont celles où l’on a fait usage des tubes de Geissler. Elles ont amené des découvertes inattendues. M. Plücker a commencé à observer l’effet de ces tubes en 1858. MM. Gassiot, de la Rive, Trêves les ont soumis ensuite à de nombreuses investigations. Voici les principaux résultats.

M. Plücker plaça perpendiculairement à la ligne des pôles d’un électro-aimant un tube de Geissler ayant en son

milieu uii renflement sphérique *. Il vit la lueur électrique

Fig. 56 — 2. Action d’un aimant sur un tube de Geissler.

allirée ou repoussée, suivant le sens du courant d’induc- ^ Annales de Chimie et de Physique, 5® série, tome LlY.

PROPRIÉTÉS DE L’ÉTINCELLE. 2‘25

lion et celui des pôles magnétiques. En plaçant le tube parallèlement à la ligne des pôles , il vit la lueur se briser en deux moitiés et se porter sur les deux côtés opposés du tube. Ces effets s’expliquent par les lois d’ Ampère. Pendant ces expériences, M. Plücker remarqua que l’action magnétique produisait un changement de couleur dans la lumière du tube. Mais il ne poursuivit pas l’étude de ce changement.

Il soumit ensuite à l’action des pôles magnétiques la lueur qui environne l’électrode négative du tube, et qui

Fig. 56 — 5. Action d’un aimant sur un tube de Geissler.

est séparée, comme on le sait, du reste de la lumière par un espace obscur. Les fig. 56 représentent les formes que prit cette lueur dans diverses circonstances. Elles ont toutes un caractère commun. La lueur violette qui remplit tout le tube autour de l’électrode négative , lorsque l’électro-airnant est à l’état naturel, se concentre en une couche mince et plane sitôt que rélectro-airnant est rendu magnétique. Cette couche est parallèle à la ligne des pôles de 1 aimant, et est limitée du côté de cette ligne par une courbe semblable à celles qu’on obtient dans l’expérience connue des courbes magnétiques, en saupoudrant de limaille de fer un carton posé sur un aimant.

Dans les deux premières figures, la direction du tube est perpendiculaire à la ligne des pôles, et l’extrémité

t>26 LES MERVEILLES DE L^TIISGELLE ÉLECTRIQUE.

négative du tube est tournée à droite ou à gauche par rapport à cette ligne. Dans la troisième, le tube est parallèle à la ligne des pôles. La partie positive est remplie de lumière stratifiée dans les trois expériences.

M. Plücker a réussi à rattacher ce résultat inattendu à la théorie d’ Ampère.

M. Trêves employa des tubes de Geissler, présentant une partie capillaire dans leur milieu (fig. 57), et s’attacha à observer les changements de couleur que M. Plücker avait entrevus.

Un tube de Geissler contenant de l’hydrogène raréfié était placé perpendiculairement à la ligne des pôles d’un énorme électro-aimant. Celui-ci étant à l’état naturel, l’étincelle est d’un bleu violacé dans les extrémités renflées, et d’un beau rouge dans la partie capillaire. Dès que le magnétisme est développé, le rouge disparaît et fait place à une lumière blanche ; dès que le magnétisme cesse, le rouge reparaît.

Le spectroscope révèle un changement complet dans la structure de l’étincelle. La lumière blanche de l’hydrogène soumis au magnétisme donne un spectre avec une raie jaune brillante, et un renforcement dans le bleu et le violet.

En répétant la même expérience avec d’autres gaz, M. Trêves observa pour chacun d’eux des changements de couleur caractéristiques. Ainsi l’oxygène passa du blanc au rouge par l’action magnétique, l’azote du bleu pâle au bleu foncé, l’acide carbonique du blanc au bleu, etc. — L’aspect du spectre de ces diverses étincelles éprouvait des changements analogues. Les propriétés magnétiques du gaz raréfié que contient le tube jouent ici un rôle qui paraît prédominant. Ainsi on voit la matière lumineuse attirée vers la partie capillaire dans le tube à oxygène, et, au contraire, repoussée, refoulée vers les extrémités dans le tube à hydrogène. Or le premier de ces gaz est paramagnétique. Ces mouvements de la

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matière incandescente déterminent des changements de densité dans la partie capillaire, qui correspondent aux changements de couleur.

De nouvelles recherches éclairciront ces questions, et nous feront mieux connaître les relations du magnétisme avec la lumière. Déjà Faraday avait observé que le magné“

Fig. 57. — Changement de couleur de l’étincelle produit par un aimant.

tisme modifie certains effets lumineux ; les découvertes de MM. Plùcker et Trêves montrent son influence sous un nouvel aspect, et elles sont appelées à contribuer aux progrès de l’optique. Au point de vue de l’étude que nous poursuivons, elles confirment la théorie de 1 étincelle, telle que nous l’avons établie dans les chapitres précédents.

M. de la Rive avait réussi, dès 1849, à démontrer par une expérience très-frappante que l’étincelle dans les gaz raréfiés est un véritable conducteur gazeux, qui obéit à l’action électro-magnétique conformément aux lois d’Ampère. Cette expérience consiste à faire tourner l’étincelle autour d’un pôle magnétique d’une manière continue. Parmi les divers appareils que. cet habile physicien a imaginés, celui qui est le plus répandu est le suivanUifig. 58).

Un ballon de verre, de forme ovoïde, renferme un cylindre de fer recouvert sur toute sa surface latérale d’une couche isolante très-épaisse, formée de gomme laque et d’un tube de verre recouvert lui-même de gomme laque. Un anneau de cuivre entoure le cylindre par-dessus la couche isolante, à l’une de ses extrémités. C’est cette extrémité qui ferme la tubulure du ballon par laquelle le cylindre de fer est introduit, de façon que la base nue du cylindre soit au dehors, et que l’anneau communique avec la douille de cuivre qui est mastiquée sur la tubulure. Une seconde tubulure plus petite est munie d’un robinet, que l’on visse sur la machine pneumatique pour raréfier Pair ; elle sert aussi à introduire de petites quantités d’un liquide volatil, tel que l’éther. Quand la raréfaction a été poussée le plus loin possible, on pose la base nue du cylindre sur un électro-aimant, en faisant communiquer le cylindre de fer et Panneau respectivement avec les pôles de la bobine de Rulimkorff. L’étincelle jaillit alors entre cet anneau et la base supérieure. du cylindre, en formant un ou plusieurs jets recourbés. Lorsqu’on aimante le fer, ces jets tournent uniormément dans un sens qui dépend du sens de la décharge et de celui des pôles magnétiques. Le sens de la rotation est conforme aux lois d’Ampére.

On obtient plus facilement un seul jet lumineux, en faisant communiquer le cylindre de fer avec le pôle positif de la bobine. Quand il n’y a pas de vapeurs mêlées au

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gaz, l’étincelle peut prendre la forme d’une nappe qui semble se déverser du sommet du cylindre en tournant

Fig. 58. — Rotation de l’étincelle par un aimant.

sur elle-même; le degré de raréfaction influe beaucoup sur son aspect.

M. delaRive a établi des rapprochements remarquables

entre ces phénomènes et les aurores boréales. Ces brillants météores sont sans doute dus à des décharges électriques qui s’opèrent à de grandes hauteurs dans l’atmosphère, entre les régions équatoriales et les régions polaires. Leurs couleurs, leurs mouvements singuliers ont pu être imités par le célèbre physicien de Genève à l'aide d’un appareil qui repose sur le même principe que le précédent.

Le lecteur qui a quelques connaissances de physique demandera sans doute, en voyant l’étincelle obéir aux actions électro-magnétiques, si elle n’obéit pas aussi aux actions électro-dynamiques. Ainsi l’étincelle d’induction et l’arc voltaïque sont-ils attirés ou repoussés par le fil conducteur d’un courant, auquel ils sont parallèles, suivant que la décharge est de même sens que le courant ou de sens contraire?

La réponse affirmative n’est pas douteuse, bien qu'on n’ait pas, à ma connaissance, d’expériences directes sur ce sujet. M. Trêves a observé récemment l’attraction et la répulsion de deux arcs voltaïques parallèles, ce qui est exactement le même phénomène, puisque chacun des arcs est un conducteur de courant à l’égard de l’autre. L’analogie qu’Ampère a montrée entre les aimants et les courants est un guide infaillible relativement à ce genre de question.

On peut demander encore si la terre, qui se comporte comme un aimant à l’égard des aimants et des courants, n’agit pas aussi sur l’étincelle électrique. Nous avons une observation de Despretz qui répond affirmativement.

Ce physicien a reconnu qu’un arc voltaïque vertical a sa plus grande longueur lorsque l’électrode positive est en haut ; avec le charbon l’arc atteignait 74 millimètres, et le sens du courant étant renversé, il ne dépassait pas

^ Comptes rendus de ^Academie des sciences^ tome XXX.

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56 millimètres. Si l’arc est horizontal et perpendiculaire au méridien magnétique, Tare est le plus long quand l’électrode positive est à l’est ; il atteignit dans une expérience, et en renversant le courant, on le fit descendre à La théorie d’ Ampère rend compte de ces curieux effets. Dans le dernier cas, par exemf)le, l’arc voltaïque conduisant le courant de l’est à l’ouest est attiré par les pôles magnétiques terrestres, ce qui favorise le transport des particules incandescentes.

La variété des expériences que l’on peut imaginer et qui s’expliquent par les mêmes principes que les précédentes est infinie. 11 est utile de ne négliger aucune particularité ; car on peut découvrir des analogies inattendues entre les faits que l’on observe et d’autres phénomènes naturels, et être amené à leur explication. Ainsi M. Planté faisant usage d’une batterie de 400 couples secondaires, dont le courant temporaire équivalait à celui d’une pile de 600 couples de Bunsen, a fait récemment de très-curieux rapprochements entre les trombes et les décharges électriques L

(( On fait écouler une veine d’eau salée d’un entonnoir, muni d’un robinet communiquant avec le pôle positif de la batterie ; le liquide est reçu dans une cuvette où plonge le fil négatif, et au-dessous de laquelle se trouve un électro-aimant. Dès que le circuit voltaïque est fermé, un filet lumineux, accompagné de quelques points brillants, apparaît dans la veine, à sa partie inférieure; des étincelles jaillissent avec bruissement à son extrémité, de la vapeur d’eau se dégage, et le liquide qui entoure le bas de la veine prend un mouvement gyratoire en sens inverse de celui des aiguilles d’une montre, si le pôle de l’électro-aimant est boréal et dans le même sens, si ce pôle est austral. »

On sait que les trombes ont un mouvement gyratoire

^ Comptes rendus de V Académie des sciences^ 17 janvier 1876.

dont le sens est conforme à la règle précédente, suivant qu’elles se produisent dans l’hémisphère boréal ou dans l’hémisphère austral.

Il est donc possible que l’eau qui les forme soit le conducteur d’une décharge électrique, dans laquelle les nuages seraient électrisés positivement et le sol négativement, et que les pôles magnétiques terrestres déterminent la rotation. Ce serait la répétition en grand de l’expérience précédente.