CHAPITRE XIV
DIAMAGNÉTI8ME. — ACTION DU MAGIléTISIIE SUR LB8 CORPS TRANSPARENTS.
Nous sommes en droit de conclure de la série trèsétendue d'observations et d'expériences examinées jusqu'ici, que les phénomènes qui se manifestent dans les corps sont des affections particulières de la matière, envisagée sous deux états différents : un que nous nommons matière pondérable, et qui est sa forme grossière et composée; l'autre qui est un état d'atténuation et de subtilité extrêmes, qu'on nomme éther ou impondérable. Toutefois il nous est impossible de regarder Téther comme élément chimique du corps ; cela ne pouvant se dire que des molécules pesantes qui forment partie invariable d'antres molécules pesantes de même genre.
L' éther pénétrant tout, on était en droit de penser que tous les corps devaient être influencés plus ou moins par les aimants, parce que ceux-ci donnant naissance à un tourbillon qui les enveloppe complètement, les divers corps plongés dans ce tourjsillon en subissent nécessairement l'action. L'éther une fois admis, le magnétisme devenait une force universelle. Celte conséquence se trouvait étrangement contredite par le très-petit nombre des corps affectés par le magnétisme, de telle sorte qu'elle devenait une objeclion contre la théorie elle-même. Mais toute difficulté a disparu depuis les découvertes de Faraday. Ce physicien a prouvé que réellement, tous les corps sont sujets à l'action magnétique, et cela indépendamment du fer qu'elles peuvent renfermer; bien plus, lorsqu'elles en contiennent, la manière dont se comporte ce métal est entièrement différente de celle que l'on connaissait depuis
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longtemps. Ainsi le magnétisme qui donna à Kepler la première idée de la force régulatrice de Tunivers, reprend dans la science le rang de force cosmique, et ces phénomènes si curieux et si inattendus, loin de jeter quelque trouble sur les idées théoriques exposées précédemment, viennent au contraire les confirmer d'une manière éclatante comme nous allons le faire voir.
Le caractère distinctif de l'action magnétique, c'est que le corps qui y est soumis, est attiré par l'aimant, et se place de façon à ce que sa plus grande dimension soit dans la direction de la ligne des pôles, c'est-à-dire prend la position dite axiale ou polaire. Au contraire la plupart des autres corps sont repoussés par l'action magnétique et prennent une position équatoriale, telle que leur longueur se met à angle droit avec la ligne de jonction dos pôles. La découverte de cette nouvelle condition magnétique est due à Faraday, qui la nomma diamagné" iisme.
Un petit barreau de bismuth, d'antimoine, de phosphore, de verre pesant (boro-silicate de plomb), et d'un grand nombre d'autres substances, suspendu dans le champ magnétique d'un puissant électro-aimant, se place perpendiculairement à la ligne des pôles. Dans le principe, cette direction fut attribuée à une faible polarité magnétique transversale, qui se développe assez facilement dans le laiton, le bronze et un petit nombre de substances susceptibles de s'aimanter légèrement (voy. chapitre précédent); mais des recherches très-délicates ont montré qu'il s'agissait là d'une action différente. On expérimenin avec des balles de substances fortement actives, de bismutby de verre pesant par exemple, attachées à de longs fils, ou fixées à Textrèmité de leviers horizontaux extrêmement mobiles; lorsqu'on les mettait en regard d'un pôle, quel qu'il fût du reste, on constatait une répulsion manifeste et tellement prononcée que les substances allaient
se fixer loin du pôle magnétique; et, quand on les plaçait entre les deux pôles, elles se fixaient à égale dislance de chacun d'eux, c'est-à-dire là où l'action magnétique était minimum. Par conséquent la position équatoriale que prennent certains barreaux est tout simplement un effet de répulsion exercée par les aimants ; cette direction étant celle le long de laquelle la force sollidtante est minimum. Les recherches entreprises dans le but de savoir si les substances diamagnétiques pr^ntent une polarité contraire à celle de Taimant inducteur, n'ont pas céussi à tianeher la question, et plusieurs physiciens distingués soutiennent encore la doctrine de la polarité renversée. H. Tyndall, à l'aide d'un ingénieux appareil, est parvenu à obtenir la déviation d'un système d'aiguilles aimantées très-sensihle, au moyen de barreaux diamagnétiques mis en mouvement dans des hélices traversées par un courant ; et il regarde les mouvements des aiguilles comme dea effets de la polarité diamagnétique. Hais on peut interpréter autrement les résultats dé cet habile observateur. Sans entrer dans une discussion contradictoire à ce propos, nous ferons remarquer qu'il n'y aurait aucune impossibilité à ce que, sous l'influence du mouvement magnétique, il se développe à l'intérieur et à l'extérieur de certains corps une rotation contraire à celle du tourbillon inducteur. L'idée peut paraître étrange à première vue; cependant, pour reconnaître qu'elle n'a rien d'absurde, il suffit de se rappeler ce que nous dirons tout à l'heure des moulinets dont les ailes ou hélices seraient disposées en sens inverse; car ceux-ci, placés au milieu d'un même courant, tourneraient en sens contraire. Il est possible que dans l'expérience de M. Tyndall, le courant du tourbillon magnétique renforce non-seulement les courants moléculaires dirigés dans son sens, mais aussi ceux de sens opposé.
Si les rotations sont différentes, si les unes s'effectuent
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rans un sens et les autres en sens contraires, cela tient très-probablement à la forme des molécules intégrantes; autour desquelles elles s'accomplissent. Ces molécules ont des moments d'inertie inégaux, toutes leurs dimensions ne sont pas les mêmes, l'inclinaison des lignes qui délerminent leur figure extérieure est très-variable, de là une facilité à entrer en mouvement plus grande dans telle direction que dans toute autre. Nous trouvons là précisément une raison pareille à celle qui fait que deux hélices inclinées en sens inverse, placées dans le même courant, tournent en sens contraire. C'est une observation déjà ancienne, que la substance la plus magnétique est précisément celle dont la structure fibreuse est ta plus prononcée, preuve certaine que la forme des molécules n'ost pas indifférente. En outre, rappèlons-nous que, dans les questions de mécanique, chaque action particulière ne doit être envisagée que comme partie do l'action générale qui s'exerce sur tout le système : ainsi nous voyons le moulinet de Woltman se maintenir toujours en avantdans le sens du courant par Teffet du courant lui-même agissant sur une plaque formant gouvernail et ûxëe à Tarriére de Tinstrument; de même, au sein des substances diamagnétiques, il peut naître une telle combinaison de mouvements que Taction exercée sur une partie oblige l'autre à marcher en sens contraire du courant, comme la réaction exercée par le gouvernail d*un navire, fait souvent avancer celui-ci contre le vent. Par conséquent, l'aimantation du fer dépendant non de la création de courants nouveaux, mais de la facilité avec laquelle s'orientent les courants préexistants dans les circuits moléculaires; il n'ost pas impossible que, dans des circonstances particulières, les courants contraires soient les plus aisés à orienter. Rien ne 8*oppose donc d'une façon absolue à la possibilité d*une polarité diamagnétique.
Les aimants agissent non-seulement sur les solides,
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mais encore sur les liquides et les gaz; les flammes, surtout celles chargées de carbone subissent une violente répulsion de la part des aimants, l'oxygène au contraire est magnétique.
L'intensité absolue de ces diverses actions, même des plus énergiques, est très*petite comparativement au pouvoir magnétique du fer; ainsi représentons par 1000 le pouvoir magnétique du fer. On trouve à poids égal +337 pour l'oxygène et -1-140 pour le perchlorure de fer en solution alcoolique; — Spourl'eauet — 65pourlebismuth^ Ces valeurs sont en général assez faibles, a l'exception de celle appartenant à l'oxygène qui est la plus grande, circonstance qui doit exercer une certaine influence sur h variation du magnétisme terrestre. L'atmosphère entière équivaut sous le rapport magnétique à une enveloppe de fer dont la terre serait recouverte sur une épaisseur d'un dixième de millimètre. On conçoit qu'une pareille couche continuellement agitée puisse troubler l'aiguille aimantée, et que son pouvoir magnétique dépendant de la températurc, son échauffement aux différentes heures du jour puisse concourir à la production des variations diurnes de la boussole, en plus de l'action bieji connue de l'électricilé atmosphérique.
Parce que ces forces sont extrêmement peu énergiques, il ne faut pas* croire qu'on puisse les négliger dans l'économie des forces naturelles. Au contraire, sous le rapport de Tintensilé, elles se placent bit-n avant la gravitation universelle, alors môme que leur action s'exerce sur des masses égales. Les expériences comparatives de Reich, Baily ctCavendish ne laissent aucun doute à cet égard. On sait qu'il a fallu des masses d'un poids de plusieurs milliers de livres pour imprimer à l'aigiiille d'uni' balance de torsion une déviation moindre qw
, * Voyez pour <t^res nombres Daguiii; 2« tklilioii, l. II, p. 58i-7iJt.
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celle obtenue en faisant agir sur une balle de bismuth un électro-aimant d'une puissance ordinaire.
Jusqu'ici aucune relation n'a élé trouvée entre le pouvoir diamagnétique d'une substance et ses autres propriétés physiques et chimiques; seulement tout indique qu'il dépend de la structure moléculaire et que les phénomènes de cet ordre sont intimement liés au mouvement électrique intérieur, qui se traduit à nous par les courants thermoélectriques. Dans une question aussi obscure, nous devons savoir profiter des moindres analogies ; il est donc utile de remarquer que les corps les plus diamagnéliques, le bismuth et l'antimoine, sont précisément parmi les substances conductrices celles qui, accouplées, donnent naissance à des courants thermo-électriques très-énergiques. Toutefois disons que tandis qu'ils donnent des courants de sens contraire, tous deux sont diamagnétiques ; les deux propriétés ne sont donc comparables qu'à certains égards.
La structure moléculaire, soit naturelle, soit artificielle c'est-à-dire communiquée aux substances par la compression ou toutautre procédé mécanique, influe d'une manière très-prononcée sur la direction que prennent ces corps déplacés dans le champ magnétique. Les métaux cessent d'être diamagnétiques lorsque par la fusion ils abandonnent l'état solide ; nous savons que dans les mêmes conditions, ils ne donnent plus naissance à des courants thermoélectriques. Quant aux corps non métalliques, le phosphore, Teau, les gaz, la chaleur ne détruit pas leurs propriétés diamagnétiques. De là nous pouvons déduire que dans ces derniers laquaUté diamagnétique dérive de courants rigoureusement moléculaires tandis que dans les métaux la circulation des courants s'effectue autour de la masse finie des molécules intégrantes. Ce fait nous ramène aux idées exposées plus haut relativement à la différence du mouvement circulatoire électrique dans les métaux et dans les
isolants, et confirme ce que nous disions alors, à savoir
que dans les métaux la circulation s'effectue dans des masses sensibles, tandis que dans les isolants elle est moléculaire. Nous avons remarqué à ce propos cpie le fer, amené à l'état de fusion, perd pour ainsi dire complètement sa verlu magnétique, car pour la rendre sensible il faut user des moyens les plus puissants.
Les substances faiblement magnétiques agissent comme si elles étaient diamagnétiques lorsqu'elles sont réduites en plaques minces dans certaines conditions. Matleucci, examinant les co rps dont la densité par des procédés convenables est rend je inégale dans les divers sens, est arrivé à la règle sUiVante : Le corps se dirige de telle sorte que la ligne de conr pression maximum soit disposée axialement quand la suûstance est magnétique et équatorialemeni lorsquelle est diamagnétique^. Exemple : un cube de bismuth comprimé se fixe avec la ligne de compression équatorialement et un cube fait de lames minces artificielles s'oriente de façon à ce que les lames soient en position équatoriale, chacune d'elles agissant comme un petit barreau : au contraire des cubes taillés dans du bismuth cristallisé suivant différents plans de clivage, sont neutres pour certaines directions de clivage par rapport aux fat es artificielles; mais en général le plan du clivage le plus facile se dirige axialement dans les substances magnétiques et équatorialement dans les diamagnétiques. Ainsi dans ces cas chacune des petites lames se comporte comme un barreau isolé. Dans le cas où ces trois chvages sont égaux, comme dans le sel gemme, ou nuls, comme dans le quartz, les corps ne s'orientent pas. Les substances fibreuses, l'ivoire par exemple, se placent équatorialemeni.
La position définitive d'une substance dans le champ magnétique dépendant, comme on le voit, de la forme extérieure et de l'agrégation moléculaire, il était naturel
* Traité d'induction^ p. 254.
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d'examiner sous ce rapport les cristaux dont la structure n'est pas la même dans les divers sens. Des recherches ont été entreprises par Plucker puis par d'autres, et on pensa d'abord que les résultats obtenus, relativement à la distribution intérieure de réther revenaient à ceux déjà fournis par l'étude des propriétés optiques. En effet dans un grand nombre de cristaux à un seul axe, celui-ci se dispose axialement pour les substances dites attractives par les opticiens, dont Taxe de densité maximum coïncide avec l'axe optique; pour les autres dites négatives, il se place équatorialemenl. Enfm, dans les cristaux à deux axes, c'est une ligne équidistarite de chacun d'eux qui prend la position axiale. C'était là une conclusion précipitée : des expériences ultérieures ont établi que la direction des cristaux dans le champ magnétique dépend plus de la direction du clivage que de celle des des axes optiques, et que la ligne de densité maximum est celle le long de laquelle les forces magnétiques s'exercent avec la plus grande intensité ; en sorte que si une substance est magnétique cette ligne s'oriente axialement, et équatorialement quand la substance est diamagnétique. Ce résultat est parfaitement d'accord avec celui obtenu en opérant sur des c(jrps comprimés.
Ainsi dans les diamagnétiques c'est la hgne de densité maximum qui se dispose équatorialemenl, et cette ligne renferme dans Tunité de longueur le plus grand nombre de molécules, par conséquent les cristaux diamagnétiques ne se comportent pas autrement que des corps homogènes ayant une forme allongée, dans ceux-ci en effet l'orientation équatoriale appartient à la ligne, rencontrant à l'intérieur du solide le plus grand nombre de molécules.
Concluons donc que la direction d'un corps dans le champ magnétique, varie : 1° selon que la substance est magnétique ou non, et que par suite elle est attirée ou re-
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poussée par Taimant. 2<^ Elle dépend de l'état de la compression intérieure.
La meilleure façon d'expliquer ces phénomènes, nous paraît être celle que déjà nous avons signalée dans le chapitre précédent. On peut diviser les corps en deux classes, dans les uns les mouvements rotatoires moléculaires peuvent céder à l'action du tourbillon magnétique, dans les autres il n'en est pas ainsi. Les premiers sont nommés magnétiques, et les autres diamagnétiques. Dans ce dernier cas, évidemment, les rotations intérieures éprouveront une grande difficulté à continuer leur mouvement dans le tourbillon magnétique, et naturellement la ligne le long de laquelle ces rotations senties plus nombreuses se porte là où le mouvement antagoniste est moindre. Aussi, quand les corps sont entièrement libres ils s'éloignent des pôles de l'aimant, et quand ils sont maintenus dans l'espace interpolaire, il se placent de façon à occuper la partie du champ magnétique où l'énergie polaire est minimum, c'est-à-dire équatôrialemenl, d'où larépulsion apparente. De même un corps flottant librement au milieu d'un cours d'eau, se place de façon à offrir la moindre résistance au fluide. Ainsi la ligne suivant laquelle le tourbillon rencontre la plus grande somme de résistance, qui dans une masse figurée homogène est la dimension dominante, et dans une masse comprimée la ligne de plus grande densité, cette ligne se dirige équatorialement.
Considérons le cas d'un corps magnétique, ici la somme des rotations mobiles et qui toutes deviennent parallèles les unes aux autres, comme nous l'avons dit à propos des aimants forcera le solide à ^e diriger axialement. Les piles de lamelles prendront l'une ou l'autre position suivant que prévaudra l'influence de la densité ou celle de la forme extérieure, mais la première influence en général l'emportera de beaucoup sur la seconde, car elle agira direc-
DUMAGiNÉTISME. 545
tement sur les rotations moléculaires et modifiera la mobilité du milieu.
De ces indications théoriques il ressort que le tourbillon circumpolaire d*un aimant est un milieu résistant au sem duquel les mouvements des corps diamagnétiques, sont gênés, fait qui du reste est mis en pleine lumière par les expériences citées à la fin du chapitre précédent. Nous avons vu en effet un disque de cuivre mis en rotation à Taide d'une manivelle ou un cube de même métal suspendu à un fil fortement tordu et pirouettant sur lui-même, placé entre les pôles d'un électro-aimant, s'arrêter ou tout au moins se mouvoir avec extrême difficulté. Ce frottement virtuel est d'autant plus intense qu'il s'exerce contre des corps offrant un plus libre passage intérieur à Télher qui constitue le tourbillon magnétique, c'est-à-dire contre des substances bonnes conductrices telles que le cuivre, etc.
La position que prend un solide entre les pôles d'un aimant, est déterminée par la résultante totale des actions magnétiques sur les diverses molécules, mais dans les liquides et dans les gaz, chacune des molécules peut s'orienter librement, et alors on observe une circonstance qui montre que le diamagnétisme est une pure action différentielle, c'est-à-dire qu'une substance magnétique peut sembler diamagnétique si elle est moins magnétique que le milieu dans lequel elle est plongée, de même que les corps pesants s'éloignent de la surface de la terre, quand ils pèsent moins, à égal volume, que le milieu environnant : ainsi le principe des pressions différentielles, ou principe d'Archiméde, trouve encore son application dans les phénomènes magnétiques. Cette remarque est d'une grande importance, car elle indique l'existence autour des aimants d'une pression continue engendrée parle mouvement magnétique et confirme ce que nous avons dit de l'action des aimants, lorsque nous l'avons expliquée par
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le mouvement d*un fluide qui entraîne le corps dans le sens où le tourbillon a la moindre activité.
Hais ces rotations moléculaires auxquelles nous attribuons une importance si considérable, ont-elles lieu réellement? avons-nous quelque preuve de leur existence à Tintérieur des corps? La réponse est très-simple : depreaves directes aucune, car ces rotations ne peuvent ni se voir ni se toucher, mais les preuves indirectes abondent et cela suffit, car qui ne veut accepter que des démonstrations directes et palpables, doit renoncer à l'étude de la philosophie naturelle. Ampère accueillit avec grande joie la découYerle de Seebeck, car le nouveau moyen de développer l'électricité par la chaleur montrait la possibilité dans des circuits entièrement métalliques de courants semblables à ceux qu*il admettait autour des particules des aimants^. Aujourd'hui les expériences de Faraday, cet habile et infatigable observateur, nous ont fourni des preuves bien autrement concluantes.
Disposant (fig. 25) un parallélipipède c de verre pesant ou de verre ordinaire entre les pôles d'un très-fort électro-aimant MN de façon à le faire traverser suivant la ligne des pôles ah par un rayon de lumière polarisé * , il observa une déviation du plan de polarisation dans le sens que présenteraient les courants d'Ampère que Ton peut imaginer dans un fer doux placé entre les pôles de l'électroaimant. L'expérience réussit plus difficilement avec les corps cristallisés: cependant elle donne des résultats positifs, et il en est de même avec tous les autres corps trans-
* liecueil, etc., p. 378.
- Les électro-aimants MN sont fixés à deux chariots o et o' mobiles
, , -inalyi
A l'aide d'une alidade, ce dernier tourne au centre d'un cercle jmdué de façon à permettre d'apprécier la déviation du plan de polarisation.
DIAMAGNÉTISHE. S47
parents solides ou liquides, seulement la déviation est plus ou moins prononcée
Une telle propriété est analogue à celle que présente le quartz mais il y a des différences qu'il faut examiner. Nousavons déjà fait connaître l'esplication ingénieuse qu'en avait donnée Fresnel en montrant que cela éttit dû à un dédoublement du rayon lumineux. Le rayon simple à l'entrée se dédouble à l'intérieur du cristal, et les vibrations qui constituent les nouveaux rayons ne sont pas reclilignes mais circulaires et de sens opposé dans cbacun d'eux. Fresnel parvint à isoler les deux rayons au moyen d'un ingénieux système de prismes et à démontrer que l'un et l'autre étaient polarisés circulaircment comme cela arrive dans la réflexion totale àl'intérieur de certains prismes de verre. Enfin il prouva que la déviation du plan de polarisation dans les lames de faible épaisseur résultait de la recomposition de deux vibrations circulaires l'une dextrorsum et l'autre sinistrorsum en une vibration unique
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rectiligne et que Tangle de déviation dépendait du retard relatif de l'un des deux rayons qui ne traverse pas le cristal avec la même vitesse.
On a constaté que le pouvoir de faire tourner le plan de polarisation n'appartenait pas exclusivement au quartz, et que diverses substances le possédaient également : tels sont certains liquides, comme le sirop de sucre, la dextrine, l'essence de térébenthine, qui dévie encore le plan de polarisation alors qu'elle est à l'état de vapeur. Il résulte de là que l'effet produit par les corps sur le plan de polarisation est dû à l'une des deux influences suivantes: l'action individuelle des molécules et l'arrangement des molécules dans la structure du solide. Le premier cas se présente dans les liquides et la vapeur d'essence de térébenthine ; le second est celui du quartz qui est dextrogyre ou IsBVogyre, suivant les faces de la figure plagiédrique, et qui perd toute action en perdant sa structure cristalline, si bien que la silice fondue est inerte. Dans les liquides, on n'a pas encore réussi à séparer les rayons comme dans le quartz.
Enfin il est une troisième condition qui peut donner aux substances le pouvoir rotaloire; c'est le magnétisme. Mais ce genre d'action est caractérisé par une circonstance essentiellement différente. Avec les substances nommées cidessus, la rotation se fait dans une direction toujours la même par rapport à la direction du rayon transrais, de telle façon qu'elle reste la même quand on retourne la lame active face pour face. 11 arrive ici ce qui se passe lorsque, tenant une vis à la main, on en regarde soit une extrémité, soit l'autre, on voit le filet s'enrouler toujours dans le même sens autour de l'axe. Par conséquent, si un rayon traverse une lame de sul)stance à polarisation rotatoire deux fois en sens contraire, par exemple une première fois de a on /;, puis une seconde fois après avoir éprouvé une réflexion de h
en fl, la rotation est nulle, ce qui est facile à vérifier dans le quartz.
Au contraire, dans le cas du pouvoir rotatoire causé par le magnétisme, la déviation ne dépend pas de la position de la plaque, mais de celle de l'aimant.. La rotation se fait à gauche quand le pôle sud est tourné vers Tobservateur, et se fait vers la droite de l'observateur, alors que le pôle nord est le plus voisin de lui. Ce renversement de la rotation du plan de polarisation est facile à obtenir à l'aide d'un électro-aimant, car il suffit de changer le sens du courant. Lorsque, soumettant une substance transparente à l'action d'un aimant, on fait passer un rayon plusieurs fois à travers la plaque, la déviation du plan de polarisation augmente de plus en plus.
Cette différence montre que les phénomènes n'ont pas exactement la même origine. En effet, il est deux manières de concevoir comment les deux spirales, l'une dex- Irorsum et l'autre sinistrorsum, en lesquelles se divise le rayon lumineux à rentrée, arrivent à se superposer à la sortie avec une différence de phase et d'angle de rotation.
La première consiste à faire marcher moins vite, comme Ton dit, un des deux rayons; alors, au moment de la sortie, tandis que l'un des rayons effectue n tours durant son trajet au travers de la substance, l'autre est resié dans le corps transparent, pendant n tours, plus ou moins un arc d'un certain nombre de degrés ; à ce mouvement a participé solidairement toute la spirale qui marche plus ou moins vite pendant que chaque molécule fait son tour dans un temps toujours le même.
La seconde manière d'envisager les choses, est de supposer les molécules marchant dans leurs orbites avec des vitesses giratoires différentes sur les deux rayons, et ainsi l'un des rayons fait une circonférence pendant que l'autre en fait une plus une fraction de degré, de telle sorte qu'après n tours il y aura une différence de phase, comme
dans le premier cas , mais alors sans séparation des rayons.
Le quarlz étant biréfringent, à Tinlérieur de ce cristal nécessairement les deux rayons marchent avec une vitesse de propagation différente; par suite la première hypothèse lui convient exactement, car de là résulte que, si la marche d'un rayon s'accélère, quand il va de droite à gauche, elle se ralentira d'aulant, lorsqu'il ira de gauche à droite.
Mais dans la déviation du plan de polarisation parle magnétisme, on n'est pas encore parvenu à mettre en évi dence la double réfraction du rayon, par conséquent Taccélération ou le retard du rayon doit être expliqué d'après la seconde hypothèse citée tout à l'heure. Et même il n'y a que ce moyen d'expliquer comment la marche du rayon est accélérée aussi bien pendant l'aller que pendant le retour ; car, seulement dans le second des deux cas admis cotnme possibles, les rotations sont indépendantes du sens de la translation de l'onde, et ne changent pas, le sens de la gyration restant le même, que ronde aille de a vers 6 ou de 6 versa. Cela posé, la déviation du plan d'un rayon polarisé s'explique parce que, à l'iiitérieur des corps soumis au magnétisme, le rayon lumineux ne reste pas linéaire dans le premier plan de polarisation; mais, rencontrant un milieu où l'influence de Taimant développe des rotations en deux sens opposés, il se propage par vibrations circulaires, et celles qui marchent suivant le tourbillon magnétique sont accélérées, et celles qui le contrarient sont retardées,
La rotation du plan de polarisation est toujours assez faible; elle atteint 12° à 15*^ pour un trajet d'environ un pouce lorsqu'on emploie des aimants fort puissants. Cela prouve que l'accélération du mouvement hélicoïdal de l'atome lumineux produite par l'action magnétique est une fraction extrêmement petite de la vitesse qui anime l'atome
DÏAMAGNÉTISME. 551
lui-même ^ On a ainsi une idée de la vitesse du tourbillon par rapporta celle des vibrations lumineuses circulaires, et on voit combien le mouvement étbéré magnétique est plus lent que celui qui constitue la lumière.
Par conséquent, à Tintérieur des aimants, les mouvements éthérés venus du dehors se transforment en mouvements circulaires. En confirmation de ceci il faut rappeler Texplication que donna Ampère de la rotation des aimants par les courants. 11 démontra que lorsqu'on fait passer un courant à travers le corps d'un aimant en équilibre au milieu d'un bain mercuriel, la portion rectiligne du courant qui parcourt le barreau est comme si elle n'existait pas, c'est-à-dire comme si Von avait supprimé cette portion du circuit total^ . Il faut donc dire que le mouvement rectiligne du courant, se résolvant en une accélération des rotations moléculaires, devient circulaire à l'intérieur de l'aimant, de même que quelquefois l'oscillation rectiligne de la lumière se change en vibration circulaire.
Toutes les substances diamagnétiques font tourner le plan de polarisation dans le sens du courant; mais il y a quelques corps magnétiques, comme le chôrure de titane et certaines dissolutions salines, qui impriment à ce plan une rotation contraire. Par exemple, le chlorure de fera une force rotatoire 6 à 7 fois plus grande que Faction diamagnétique de l'eau. Ce fait vient appuyer l'opinion la plus accréditée parmi les physiciens, que le tourbillon n'agit pas sur les molécules lumineuses d'une façon directe, mais seulement médiatement, parce qu'il modifie la ma-
* Supposant une déviation de 20* pour 25 minimèlres, l'avance d'un des rayons sera .10<> et le relard de l'autre 10*, et comme sur cette longuenr il se fait environ 4 millions d'ondes lumineuses jaunes, l'avance se réduit, tout calcul fait, à être un peu moins de i/100 de seconde par tour de spire de l'orbite hélicoïdale du rayon.
* Ampère, Recueil^ p. 569.
tière pesante. Il en est de même des recherches de I)elalive et Yerdel, qui ont prouvé que la rotation n'est pas proportionnelle an pouvoir réfringent de la substance, mais à sou poids spécifique. La rotation négative exercée par les corps magnétiques est une exception curieuse ; cependant elle peut s*expliquer en disant que, dans ces substances, une notable partie des rotations intérieures étant magnétiques, ces mouvements sont moins fortement accélérés par le tourbillon magnétique que ceux de sens contraire, parce que, possédant déjà en partie la vitesse du tourbillon, ce dernier ne peut leur communiquer le même accroissement qu'aux autres; par suite, l'influence dominante s'exerce sur les rotations contraires qui, par la résistance plus grande qu'elles opposent, reçoivent une accélération relativement plus marquée, et ainsi l'effet final sera celui qui convient à celles-ci.
Avec les substances diamagnétiques, la déviation du rayon a été trouvée proportionnelle à l'intensité de la force magnétique employée ; et pour les directions obliques, on a reconnu qu'elle variait en raison directe de la composante magnétique et en raison inverse du carré des distances comme toutes les autres actions. Le pouvoir rotatoire d'une substance dépend de la compression (Matteucci), et de tout ce qui peut altérer la liberté des molécules. Ainsi, il augmente quand on rend les mouvements moléculaires plus faciles; par exemple, la rotation des différentes espèces de verres croît lorsqu'on les chauffe et s'affaiblit quand on les comprime. Telle est encore la raison de la trés-faible intensité de la puissance rotatoire que présentent les corps cristallins, spécialement ceux de formes très-compliquées. Les récents travaux de Verdet ont démonlrè que pour ces rotations n'a pas lieu la loi trouvée pour les autres, d'être en rapport inverse du carré de la longueur d'onde*. De là une nouvelle raison d'admettre que les deux genres de mouvements rotatoires n'ont pas
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la môme origine et ne s'accomplissent pas suivant le même mécanisme.
Malgré les nombreuses recherches entreprises sur cette question intéressante, il reste encore beaucoup à faire. Le diamagnétisme est d'une observation délicate; en outre, la difficulté que Ton éprouve à se procurer des substances pures, de structure homogène et de forme régulière, est un obstacle sérieux à l'établissement d'une théorie générale. Toutefois il résulte clairement des faits exposés ci-dessus que :
i° Le magnétisme est réellement un agent dont l'action s'exerce sur tous les corps .
2^ Lps rotations intérieures admises dans les aimants existent aussi dans les autres corps, avec cette différence que, dans un très-grand nombre, ils n'ont pas une mobilité suffisante pour s'orienter dans le sens du lourbillon magnétique du fer, quoique ceperdant ils n'échappent pas à son influence.
Z^ Le diamagnétisme n'est pas une force spéciale, mais ua simple effet de la résistance qu'éprouvent les mouvements giratoires des molécules au milieu du tourbillon magnétique.
C'est le nombre et la distance relative des molécules qui déterminent la position d'un corps dans le champ magnétique : autrement dit, celte direction se règle sur celle de la ligne de plus grande densité, et celle-ci se place axialeinent lorsque les courants des molécules présentent une grande mobilité et une orientation facile, tandis qu'elle est repoussée là où la résistance est minimum, quand les rotations intérieures ne sont pas susceptibles de s'orienter.
4** En général, les rotations magnétiques sont plus lentes que les mouvements circulaires auxquels en optique on attribue la déviation du plan de polarisation. Elles consistent sansdoute en tourbillons comprenant un grand nombre de molécules, de telle sorte que ces mouvements circula-
loiressont assez étendus relativement aux petits tourbillons des molécules. Ceux-ci dès lors se comportent comme s'ils élaieut immergés dans des courants reclilignes, et par suite, suivant leur forme, les molécules tournant en sens contraire du tourbillon magnétique, leur mouvement peut être accéléré. Telle est la conception qui permet d'embrasser dans un même ensemble le nombre considérable des faits connus jusqu'à présent. Il se. trouve, à la vérité, quelques observations peu concordantes avec les autres, mais aucune d'elles ne paraît contredire le principe fondamental.
5° C'est peut-être par ces mouvements circulatoires que se propage le courant dans les corps magnétiques : cela du moins semble indiqué par les phénomènes optiques et par les observations d'Ampère relatives à la rotation continue d'un aimant sous l'influence d'un courant. Cet habile physicien a démontré que, dans ces circonstances, la portion rectiligne de courant qui fait corps avec le cylindre aimanté est comme si elle était supprimée du circuit total ; il faut donc que le mouvement de l'éther devienne circulaire à l'intérieur du barreau, car le calcul permet d'établir que sans ce mouvement circulaire la rotation du barreau ne saurait avoir lieu.
Des faits exposés dans ce chapitre il ressort une autre conséquence : c'est que les prétendues actions à distance se réduisent à des actions qui s'exercent par l'intermédiaire d'un milieu environnant. En effet, combien d'actions diverses, toules extraordinaires dans leur manière d'agir, ne devrait-on pas imaginer pour expliquer les phénomènes si variés du diamagnétisme? Le cas d'un corps magnétique plongé dans un miUeu plus magnétique correspondrait au cas d'une force qui, attractive jusqu'à une certaine distance, deviendrait ensuite répulsive. L'action sur le cube de cuivre tournant ne saurait être seulement attractive, il faudrait de plus la supposer révolutive, car la neutrahsa-
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lion de l'effet de torsion du fil suppose un couple opposé au couple de torsion, ce que ne sauraient produire des forces simplement attractives résultantes de la forme des masses influencées, le cube étant parfaitement symétrique.
La rolation du plan de la lumière polarisée serait attribuée à une force révolutive spéciale, mais alors on serait forcé de la considérer comme variant avec la nature des substances, puisque celles-ci tournent à droite, celles-là à gauche, et ainsi de suite.
Si Ton éprouve quelque peine à expliquer les phénomènes de diamagnétisme par des mouvements spéciaux de Félher, les mêmes difficultés se présentent quand on leur donne pour cause des forces abstraites; et comme dans ce cas il faut imaginer des farces ayant des propriétés exceptionnelles et même contradictoires, cette seule considération suffirait pour nous faire repousser toute théorie de ce genre.
C'est donc avec raison que, dès les premières lignes de cet article, nous avons affirmé que le magnétisme est rangé aujourd'hui parmi les forces cosmiques, puisqu'il n'est aucun corps qui échappe à son aclion. Si, en outre, on se rappelle ce que nous avons dit de la grande quantité d'électricité mise en mouvement par le déplacement des métaux en présence de l'aimant terrestre, on comprendra qu'une telle action ne doit pas être négligée lorsqu'on parle des phénomènes moléculaires et surtout de la gravitation. Peut-être les particularités présentées parles comètes, les répulsions que l'on observe entre les éléments de leurs queues et de leurs chevelures ont une origine diamagnétique. Qui sait encore si les différences constatées par Baily, lorsque, répétant l'expérience de Cavendish, il introduit dans la balance de torsion des balles de substances diverses*, ne sont pas dues au magnétisme?
* Voy. Mémoires de la Soc. astr. de Londres, vol. XIV, p. 78.
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Et à cela rien d* étonnant, puisque aujourd'hui le magnétisme occupe le premier rang parmi les forces planétaires. Des observations nombreuses prouvent que ce n*est pas une propriété spéciale à la Terre; ainsi, certains aérolithes sont magnétiques. D'après les travaux de Kreil, Sabine, Bâche et autres, la Lune influencerait les magnétomètres et son action varierait avec Tangle horaire de notre satellite. Le magnétisme solaire n'est pas encore un fait démontré; mais il est certain que cet astre agit sur la Terre comme un aimant, soit directement, soit indirectement. Le synchronisme de la période décennale des taches solaires et de la période des fluctuations magnétiques met hors de doute l'influence que les variations de l'astre central exercent sur les planètes par l'intermédiaire de l'agent magnétique, tandis que jusqu'ici on avait pensé que la gravitation était la seule force émanée du centre de notre système cosmique et exerçant son action à travers l'espace.
Il n'est donc point absurde d'admettre dans Tespace céleste un milieu en mouvement capable de transmettre l'action des astres; ce mouvement diffère de la vibration qui constitue lumière et chaleur, et nous n'hésitons pas à le nommer tourbillon, malgré le ridicule attaché à ce mot. Les astres, comme les aimants, sont enveloppés chacun d'un tourbillon; seulement, dans ceux-ci, vu leurs faibles dimensions, l'influence magnétique devient insensible à une distance très-faible. Ces tourbillons sont formés par des rotations d'une étendue très -restreinte, et même par une translation circulaire de l'èther, effet qui peut être le résultat des mouvements vibratoires, comme Ampère l'a montré pour les aimants. Enfin rien ne s'oppose à ce qu'une partie du tourbillon soit animée de translation, et Fresnel lui-môme admettait que la terre emporte avec elle une partie de l'élher environnant, idée qui a été confirmée par de récentes expériences d'optique.
