CHAPITRE Xll

UES ÂITEACTIOHS KT BKPULSIOHS éLBCTRO-DTHAMiQUBS. DES ACTIO.^S îlAGHâTiQIIES.

Le luagnélisiue a vivement excité la curiosité des observateurs. Un le regardait comme un des mystères les plus impénétrables de la nature, et Ton croyait la force dont il est la manifestation sans analogie avec les autres forces connues. Lorsque le génie expérimental eut banni des écoles les discussions inutiles, et que la philosophie natui«Ue s'engagea dans la voie de Texpérience et de l'observation, le magnétisme attira Tatteution des physiciens d'une façon toute spéciale. La science s'enrichit d'observations nouvelles, les lois des phénomènes furent découvertes, mais leur cause première resta toujours inconnue dans son essence. Jusqu'à ces derniers temps les physiciens rapprochaient le magnétisme de rélectricité, bien plutôt parce qu'ils avaient remarqué certaines analogies dans les apparences des deux ordres de phénomènes, que parce qu ils étaient parvenus à les rattacher à une même cause. 11 était réservé à notre siècle de faire connaitre une nouvelle modalité de Félectricité, grâce à laquelle la connexion des deux agents se trouve nettement indiquée. Dès lors, la réduction de rélectricité et du magnétisme i un principe unique ne fut plus une simple hypothèse, mais une conséquence rigoureuse de l'analyse mathématique. Ainsi les actions magnétiques sont devenues un cas particulier des actions électro-dynamiques et nous ne devons pas séparer leur étude.

1 ° Ce qui frappe à première vue dans les phénomènes produits par les aimants c'est l'exclusivité de la vertu magnétique. Elle est propre à un petit nombre de substances

seulement et même à proprement dire à une seule, le fer. Depuis la découverte d'Ampère, ce prétendu caractère spécifique n'a plus aucune valeur, on sait que les substances les plus diverses deviennent des aimants aussitôt que l'on détermine autour de leur masse une circulation convenable d'électricité.

2® Une seconde particularité semble séparer d'une manière absolue le magnétisme de l'électricité. L'aimant exerce son action à travers toutes les substances indislinctement, ce qui n'a pas lieu pour l'électricité statique ni pour les radiations ; sous ce rapport, l'action magnétique se rapproche de celle de la gravité. Les seules substances qui offrent une résistance à la force magnétique sont celles susceptibles d'être aimantées, et les corps conducteurs dans l'intérieur desquels le mouvement fait naître des courants induits. Ainsi la transmissibilité du mao:nétisme n'est pas exactement semblable <à celle de la gravité, puisque certaines substances résistent à l'influence des aimants tandis qu'il n'en est jamais ainsi pour l'attraction universelle.

3® Les actions magnétiques et les forces électro-dynamiques présentent encore une propriété qui leur est spéciale, c'est la polarité — autrement dit la faculté d* exercer des actions égales et opposées aux detix extrémités d'une ligne. Ce mot polarité est d'un emploi fréquent en physique, il revient à l'occasion des phénomènes les plus divers, et malheureusement on ne l'emploie pas toujours pour indiquer une modification constamment la même. Ainsi, dans la polarisation de la lumière, tout se réduit à unedi, rection des vibrations dans un même plan. Certains chimistes nomment polarité l'état particulier dans lequel se trouve un liquide décomposé par voie électrolytique. Suivant eux, dans une dissolution aqueuse quelconque traversée par un courant, l'hydrogène de toutes les molécules se trouveraient électrisé en plus, et l'oxygène électrisé en

moins, le passage du courant se faisant par une série de décomposition successives. Birio (Yoy. p. 479) entend pac polarité une orientation matérielle des centres de gravité produite par le courant, laquelle serait essentiellement différente de la polarité magnétique. Enfin on parie souvent de la polarité électro-statique, telle que celle des cristaux thermo-électriques ; cette polarité se distingue de celle des aimants en ce que la charge des premiers K'side à leur surface, tandis que dans les seconds elle se trouve à Fintérieur de chacune des molécules; eo effet, tandis que les cristaux électrisés mis en contact avec un corps conducteur se déchargent complètement, dam les mêmes conditions les aimants ne perdent rien de leur force. Dans les deux cas les phénomènes sont moléeulaires, et lorsqu'on brise un aimant, les fragments conservent les pôles dans la direction de ceux que présentait la masse entière avant sa division. Par exemple, si on casse Textrémité d*un barreau aimanté rectangulaire AB (fig. 50) de manière à en détacher un morceau mn de même base que le barreau, mais dont la moindre dimension corresponde à la longueur de la barre; on obtient ainsi un nouvel aimant dont les pôles sont disposés dans le sens de la moindre dimension CB. A la vérité, cette polarité se dé-

Fig. 50.

truit avec le temps, mais enfin elle dure assez longtemps. Enfin, quelques physiciens ont désigné sous le nom de polarité l'état des conduceurs d'une machine éle^ trique à disque, mais c'est donner à ce mot une extension abusive.

Grove compare la polarité magnétique à la direction

que prennent un certain noin1)re de girouettes, lorsque le vent venant à souffler d'un point unique de l'espace les dispose toutes parallèlement les unes aux autres ; puis il igoute que si le vent vient à cesser elles reprendront leunk positions primitives ou conserveront leur orientation suivant qu'elles sont ou non en équilibre indifférent. Mais cette comparaison qui rappelle assez bien les idées de Bizio sur la polarité, n^explique en rien l'action que ces girouettes exerceront sur leurs voisines pour les disposer parallèlement à leur propre direction, àjnoins que l'on n'imagine en chacune d'elles, deux centres d'action opérant à distance et dont les signes soient contraires. C'est là précisément l'idée fondamentale de l'ancienne théorie d'après laquelle chaque molécule possédait du fluide austral et dn fluide boréal. Ift découverte d'Œrsted le conduisit, comme nous l'avons dit, à attribuer aux conducteurs une polarité transversale, piais les travaux analytiques d'Ampère et lesphénomènesde rotations électro-magnétiques ont démontré le peu de fondement d'une semblable doctrine.

i L'impossibilité, dit Ampère, d'imiter avec des aimants seulement, de quelque manière qu'on les dispose, le mouvement continu, toujours dans le même sens, qu'offrent les circuits voltaïques non fermés, soit sous Tinfluence d'un circuit fermé, soit sous celle d'un aimant ou du globe de la terre ; mouvement qu'on ne peut produire avec les circuits fermés, les seuls que ma théorie assimile aux aimants; cette impossibilité, dis-je, prouve directement ce que je cherchais à établir dans cette discussion sur des preuves complètes et indirectes, savoir : que quoiqu'on puisse rendre raison de tous les phénomènes que présentent les aimants, en y admettant des courants transversaux formant autour de leurs particules des courants fermés, on ne peut pas expliquer tous ceux qu'offrent les fils conducteurs en y admettant une aimantation transversale, et

5i) DE L'ÉLECTRICITÉ.

qu* ainsi l'hypothèse de ces physiciens ne saurait être admise ^

Ampère s'occupe tout d'abord de savoir si les courants moléculaires des aimants se créent de toutes pièces dans les substances magnétiques, pendant l'aimantation, ou bien si la cause qui aimante ne fait que déterminer une circulation de courants préexistant dans les métaux à rétat naturel *.

Il se décide en faveur de la dernière opinion, à cause de plusieurs raisonset en particulier de cette considération que Taimantation ne saurait changer la température du morceau de fer qui l'éprouve, d'où il résulte que les ci^ cuits magnétiques ne peuvent être constitués autrement que par les circulations intérieures qui dans tous les corps accompagnent l'existence de la^chaleur. Hais il faut ici distinguer les groupes moléculaires des simples molécules, parce que le vrai magnétisme polaire est propre seulement aux substances solides ; et bien qu'une certaine forme de magnétisme ait été découverte dans quelques liquides et dans un petit nombre de gaz, une polarité permanente n'y a été jamais démontrée, et les effets obtenus paraissent dépendre plutôt d'une propriété contraire, lediamagnétisme, dont nous allons parler un peu plus loin, que du véritable magnétisme propre aux masses de fer. Un fait certain, c'est que les substances magnétiques par excellence perdent, autant qu'on peut le reconnaître par les moyens ordinaires, leur vertu par la fusion. Matteucci Ta démontré en expérimentant sur le fer; d'où l'on croit que la qualité magnétique résulte surtout de l'état d'agrégation des molécules constitutives du solide.

L'hypothèse d'Ampère assimilant les propriétés des aimants à celles des courants, les premières seront expli-

* Ampère, Recueil d'observations électro^ynamiqttes, p. STC». « IbiiL, p. 181.

quèes dès que nous aurons trouvé une interprétation satisfaisante des secondes. Or, pour faire comprendre les phénomènes électro-dynamiques, il suffit de donner la raison physique de la formule établie par Ampère, car elle renferme en principe tous les cas imaginables : de sorte qu'ayant trouvé le principe physique sur lequel repose cette formule, rintelligence de tous les autres faits deviendra facile. C'est là, du reste, le grand avantage du calcul : il réduit les observations les plus complexes à quelques faits élémentaires fort simples ; de telle sorte que ceux-ci une fois expliqués, les autres le sont du même coup, car ils découlent des premiers comme autant de corollaires nécessaires.

La formule en question suppose deux forces existant dans lescircuits électro-dynamiques savoir : 1° une action à distance agissant tantôt comme attraction, tantôt comme répulsion suivant le sens des courants; 2° une tendance de ces mouvements à donner une résultante unique facile à déterminer d'après les règles de la composition des forces statiques ordinaires.

Les considérations tirées des mouvements qui peuvent avoir lieu dans un fluide conduisent facilement à donner la raison de ces deux éléments; toutefois Ampère, afm de rendre les principes sur lesquels il fondait son analyse indépendants de toute idée théorique, aima mieux les regarder comme données expérimentales. Quant à nous, nous devons suivre une marche différente, et arriver par la tliéorie à démontrer les faits fondamentaux admis par Ampère*.

Faisons remarquer tout d*abord que, même dans les fluides ordinaires, il se produit fréquemment des mouvements d'éloignement et de rapprochement qui nous sembleraient des attractions et des répulsions véritables si le

* Ampère, Becueil, etc., p. 215.

milieu dans lesquels ils se développent échappait à nos sens. Ne voyons-nous pas, généralement deux veines de direction opposée qui viennent à se heurter changer de direclion et suivre la résultante des deux impulsions primitives? De même, un vent violent dévie un jet d*eau et Te déplace dans le sons dé sa propre direction, et réciproquement, un jet d'eau communique un mouvement d'ascension à la masse d*air environnante. En dirigeant un courant d'air aune petite distance d'une flamme, et parallèlement à sa direction, la flamme se dirige vers le point d*où Tair souffle, il y a en quelque sorte une attraction : dans le cas où le flux atmosphérique se fait en sens contraire du mouvement ascensionnel de Tair chaud; il y a éloignement ou répulsion ^ Rappelons enfin les phénomènes d'aspiration qui accompagnent l'écoulement des liquides, et dont nous avons parlé assez ci-dessus : à tout ce que nous avons dit alors, comme exemple d'attraction apparente, on peut ajouter le fait très-connu d'une mince rondelle attirée contre une paroi plane dans laquelle se trouve une ouverture laissant échapper un jet d'air comprimé.

En examinant les choses au point de vue purement théorique, on peut dire que toute masse liquide qui se met en mouvement relatif par rapport aux objets circon voisins détermine nécessairement dans le milieu ambiant une diminution dépression tout autour d'elle. Cela est une conséquence du principe de continuité, c'est-à-dire de ce fait fondamental que dans l'écoulement d'un liquide la section de la masse en mouvement est inversement proportionnelle à la vitesse. Par conséquent toutes les fois que dans une masse de fluide un mouvement prend naissance suivant une direction donnée, la section de la masse qui s'écoule deviendra plus petite, et par là il se formera dans le milieu envi-

^ Ce phénomène s'observe facilement avec la flamme fuligineuse de Tessence de térébenthine.

ATTRACTIONS ET RÈPULSIOxNS ÉLECTRO-DYNAMIQUES. 315

ronnantun vide ou tout au moins une diminution de pression. Il s'ensuivra donc comme effet corrélatif une rupture d'équilibre, non-seulement dans le fluide lui-même, mais encore par Tintermédiaire de celui-ci dans les masses pondérables au milieu desquelles il coule. Ainsi lorsque le tuyau de décharge d'un réservoir plein d'eau est à parois flexibles, il éprouve une compression de dehors en dedans au moment de l'écoulement, par suite de la diminution de pression. Concluons donc que les attractions et les répulsions électro-dynamiques peuvent résulter simplement des actions mécaniques d'un fluide, A la rigueur nous pourrions nous contenter de reconnaître que rien ne s'oppose à accepta cette manière de voir, en attendant que des études théoriques ultérieures sur les fluides et la découverte de nouveaux faits expérimentaux viennent jeter une lumière plus vive s^r ce sujet; cependant il ne sera pas mauvais de préciser ces indications générales.

Sans doute nous rencontrons une sérieuse difficulté à expliquer comment s'exerce à distance l'action des courants, que nous comprenons facilement lorsqu'il y a contact. Aussi est-il nécessaire de détefftfiiner quelle peut être la modification qui a lieu dans l'èther environnant, par lequel se transmet l'action d'un point à un autre. En un moty essayons de combler la lacune qui est inévitable lorsqu'on admet l'action à distance.

Les faits de Tinduction dynamique nous ont prouvé que durant le passage continu du courant dans un conducteur, l'éther environnant est profondément modifié tout autour de ce même conducteur ^ Cette modification est toujours faible quelque puissants que soient les courants employés, cependant elle peut être reconnue plus aisément à l'aide des aimants très -énergiques résultant de l'influence du

* Voyez les idées d'Ampère sur ce point dans Recueil^ etc. [p. 2i4), et Felici, Memoria sulla induzione {Annales de l'Université toscane,

▼oi. m, p. 0).

516 DE L'ËI.KCTRIGITÉ.

courant électrique sur le fer doux. Alors les effets sont notablement renforcés, et comme ils ne diff^nt en rien de ceux obtenus avec les courants seuls, il est préférable de les prendre comme sujets d*étude. Parmi les faits nombreux propres à mettre en évidence, les changements qui surviennent dans Téther autour d'un conducteur traversé par le courant, nous rappellerons Ténorme résistance qu'eo éprouve à entretenir la rotation d'un disque de cuivre entre les pôles d'un éiectro^iinant, la violence du brait que fait Tétincelle électrique, jaillissant entre ces pôles, comment enfin un cube de cuivre animé d'une rotation rapide et placé sur la ligne p(riaire d*un électroaimant, s'arrête lorsqu'on lance le courant dans le fil; tous ces faits npus .prouvent qu'il y a là une force, c'est* à-dire une modification profonde de Tèlher extérieur. Hais la permanence de cette force est inîse eu pleine lumière par une remarquable découverte de FtanÔKj, || a observé la déviation du plan de polarisation d'un ra|oa transmis par le^ substances diaphanes lorsqu'diet seut placées entre les pôles des aimants ; le plan tourne ims le sens des courants ampériens que l'on pourrait eoncevoir dans la suhMance diaphane, si elle était un morceau de fer doux.

Nous étudierons plus loin les diverses particularités de ce phénomène; ici nous en déduirons seulement que dans les milieux répandus autour des aimants Fètber est profondément modifié, et que le mouvement circulaire imaginé par Ampère dana les aimants est fort probable. Jusqu'à présent les déviations du plan de polarisation n'ont pu être obtenues que dans les milieux pondérables, de telle sorte que nous ne pouvons rien en déduire relativement aux changements qui peuvent avoir lieu dans le vide; mais M. de la Rive vient de démontrer que ces effets sont proportionnels à la densité des roaases employées, d'où résulte que dans les corps d'une faiblt»

effets peuvent ne pas être sensibles. Toutefois, eonâdérant les analogies du vide et des diaphanes, on est porlé à croire que les mêmes mouvements existent aussi dans . le vide. Les mouvements circulaires dont la lumière nous révèle Texistence au sein des isolants sont dtt genre de ceux que depuis longtemps on sait produire avec les conducteurs soumis .à Taction des courants et des aimants : par exemple, la rotation du mercure et des liquides répandus à sa surface.

Il y a plusieurs circonstances essentielles à considérer dans Tétlier qui environne un aimant ou le conducteur du courant.

i<^ Lorsque le courant envahit un conducteur, il se forme autour du filet central, parallèlement à sa direction^ un véritable flux, à peu près comme nous voyons le ioag des rives d'un fleuve se développer des remous sur une étendœ. déterminée ; ou bien encore une circulation s'éta- Mîi suivant des orbites infiniment petites, toutes les fois que oi».tiKiuvement n*est pas rendu impossible par la diffiêultft que l'éther rencontre à se mouvoir dans l'intérieur de certaines substances. Dans ce dernier cas la communi- Ctlion du mouvement doit être comparée à celle qui dé- IttBnîae la résonnance de la colonne gazeuse renfermée dlws un tube sur Torifice duquel on dirige normalement IMI courant d'air ; en effet, les molécules aériennes tournent alors suivant des courbes fermées, dont l'amplitude égale celle de l'oscillation des mêmes molécules à Tinté- FÎeur de l'onde sonore, c'est-à-dire une fraction très-petite delfulongueur d'onde. Évidemment 1 un des deux mouve- 0ie0l8 se produit de préférence à l'autre, selon la nature cbtjcorps : ainsi aux conducteurs convient le premier genre fiéimouvement, aux isolants et au vide le second.

i^ Outre le mouvement circulaire qui prend naissance dans le milieu, il faut aussi considérer la diminution de pression que produit autour du fil la vitesse du courant,

comme nous l'avons reconnu en parlant de Imduction. Par conséquent, lorsqu'il s*agit d'expliquer les actions électrodynamiqueSy on doit combiner les actions rolatoires avec cette seconde force, considération qui avait échappé à Ampère.

3"^ Il est nécessaire de ne pas perdre de vue le point fondamental suivant : ce que nous nommons courant n'est réellement qu'une succession de molécules qui s^avancent comme autant de projectiles animés d'une vitesse commune ; il en résulte que les règles de la composition des forces de projections se doivent appliquer en réalité à chacun des éléments en particulier et non à cet ensemble idéal que nous nommons courant. Celte réflexion extrêmement simple nous apprend que les résultantes de ces mouvements se trouveront d'après les règles ordinaires de la composition des forces statiques, et nous comprenons comment Ampère a pu poser en principe fondamental que les éléments infiniment petits de courant (autrement dit les molécules dont nous parlions tout à l'heure) agissent les uns sur les autres conformément aux principes de la composition des forces. Pour en déduire la composition des courants angulaires, et leur tendance au parallélisme, il suffit de supposer que les divers éléments ou les molécules qui les composent doués de rotation; car, sans cette rotation, l'explication complète de la tendance au parallélisme est impossible.

A^ La vitesse d'un courant étant considérable, la pression latérale ne demeure pas la même dans tous les sens; d'où production de mouvements à distance et d'un mouvement tourbillonnaire dans le milieu ambiant. Ce tourbillon prend naissance de la sorte : le filet central ayant une vitesse relative plus grande que les couches voisines, chaque molécule se trouve par là soumise à l'action d'un couple, elle prend un mouvement de rotation et se trouve entraînée dans le milieu ou règne la plus grande

vitesse, et là le couple cesse d'exister. Rappelons à ce propos une observation que chacun a faite et qui se trouve ici parfaitement à sa place., Dans les cours d*eau toutes les substances dont la densité est moindre que celle de Teau et qui flottent à la surface, se réunissent vers le milieu^ là où la vitesse a un maximum et la pression un minimum ; celles qui sont hors du filet central ont un mouvement continuel de rotation, produit manifestement par la vitesse variable que possède le courant dans les parties éloignées du milieu, et qui forme un couple moteur.

Cela posé, examinons le cas de deux courants séparés par un milieu isolant ; car lorsque deux conducteurs communiquent ensemble métalliquement, ils n'en forment qu'un seul.

Concevons (fig.51) deux conducteurs AB,HN, animés par des courants parallèles et de même

sens : deux actions bien distinctes A *" b

se développeront autour d'eux.

1*^ Une diminution de pression qui obligera Téther environnant à s se rapprocher des conducteurs, et comme dans les fluides le filet du

milieu est toujours^celui dont la x — ^ ^ y

vitesse est la plus grande, l'aspiration dont nous parlons commencera dans le conducteur lui-même et se propagera de proche en proche au milieu ambiant. L'action s'exercera à la fois sur les parties H el K, situées en dehors, et sur celles P Q, comprises entre ces mêmes conducteurs. Dans l'intervalle interposé, les deux effets s'ajoutent; l'aspiration intérieure sera prépondérante sur celle qu'ils exercent sur les corps extérieurs, et les conducteurs seront poussés l'un contre l'autre.

2<» Le milieu interposé étant mauvais conducteur les mouvements circulatoires qui s'y établiront ne pourront

tm DE L'ÉLECTRICITÉ.

s'efTeetuer que suivant des orbites infiniment petites, et leur action se répétant de couche en couche toujours la même, donnera naissance à une disposition intérieure parfaitement semblable à celle qu*Âmpère suppose dans les aimants. La résultante finale de tous ces mouvements sera donc celle de deux mouvements finis, allant à la rencontre l'un de Tautre à travers le milieu, lesquels étant de plus parallèles et de même sens, donneront lieu à un rapprochement, c'est-à-dire à l'attraction produite par l'aspiration des deux courants.

Supposons maintenant les deux fils parcourus par des courants de sens contraire; les courants élémentaires, qui naîtront dans le milieu compris entre les conducteurs, agiront en sens opposé et se heurteront les uns les autres ; d'où s'ils sont d'égale intensité, tout mouvement cessera aussitôt dans le milieu PQ. Mais il faut considérer l'effet des chocs réciproques, celui de ces mouvements giratoires de directions contraires et celui des aspirations extérieures en H et K. Des premiers il résultera une rotation tendant à rendre parallèles les mouvements élémentaires, et des deux derniers une tendance à l'éloigner: l'effet de l'aspiration intérieure étant contrarié par le choc contraire des rotations opposées. Donc^i toute rotation est empêchée, comme cela arrive avec certaines combinaisons de conducteurs, on obtiendra seulement un éloignement et une répulsion, qui sera égale à l'attraction du cas précédent. Mais pour la majeure partie des mouvements gyratoires, les choses se passent comme lorsqu'il s'agit des influences d'un mouvement de rotation sur un autre, lesquels, d'après les loisstaliques de la composition des forces, doivent se réduire au parallélisme; par conséquent, dans le cas où la mobilité du fil est suffisante, il tournera sur luimême et deviendra parallèle à l'autre. Ainsi la composition de ces courants élémentaires revient à celle des rotatioib ordinaires qui, en dernière analyse, dépendent de la coin-

position statique des forces appliquées aux points de chacun des corps tournants.

On voit ainsi qu'Ampère, prenant toujours la composition de forces statiques comme point de départ de la théorie qui lui a permis de relier les nombreux phénomènes électro-dynamiques, a basé ses formules sur un principe que l'on peut regarder comme une conséquence du mouvement mécanique des fluides combiné avec les actions latérales. Et comme ces actions décroissent à mesure qu'augmente la niasse qui doit être mise en mouvement, et celle-ci, pour toutes les actions que l'on suppose émanées d'un centre unique, croissant comme le carré des disiances, de même ces actions, considérées dans leurs éléments, ne devront pas s'éloigner de celte grande loi naturelle.

La force avec laquelle réagissent l'un sur l'autre deux conducteurs finis quelconques, ou deux conducteurs hélicoïdaux nommés solénoïdes, ou deux aimants, n'étant qu'un cas particulier du principe sur lequel repose la formule, fondamentale, se trouve ramenée à n'être qu'une conséquence naturelle du mouvemejit mécanique de l'é- Hi^r. Le coefficient absolu de celte force a été déterminé par Caziu ; il a trouvé que l'action d un courant capable de décomposer un équivalent d'eau, soit 9 milligrames en une seconde, est telle que, concentrée sur un conducteur linéaire d'un mètre de long et agissant à une distance d'un mètre, elle est égale à 188 milligrammes ^