SUITE OD MAGNETISME. <— MAGNETISME TERRESTRE

Les considérations précédentes suffisent à expliquer les réactions mutuelles des aimants, mais à cause de la

* Voy. Moigno, Monttes, science pure, 1863, p. TSl. •

532 DE L'ÈLECTRiaTË.

très- grande importance du magnétisme comme force naturelle, nous devons présenter encore quelques réflexions relatives à sa manière d'agir et aux circonstances qui raccompagnent.

La terre, comme on le sait, est en réalité un vaste aimant d'une puissance énorme, que Gauss évalue celle de 8464 trillions de barres d'acier pesant chacune une livre et aimantées à saturation^. Attendu l'action de cet aimant immense sur l'éther, le globe terrestre est enveloppé par un de ces tourbillons, dont nous avons parlé, qui l'accompagne dans sa course à travers l'espace, soit parce que notre planète entraine avec elle une partie de Téther environnant, soit parce que ce tourbillon se -forme succ*.essiYenient aux divers points de la trajectoire terrestre. L'intensité magnétique du tourbillon terrestre est tellement énergique que nos aimants artificiels, qui, pour de faibles distances, lui résistent efficacement, deviennent promptement incapables de l'équilibrer. Elle pénètre les enwloppes de fer, comme nous le voyons dans les bâtiments blindés, dont les énormes masses métalliques dévient la résultante terrestre à peine de quelques degrés. Nobili comparait les tourbillons des aimants ordinaires aux nœuds du bois qui dévient les fibres ligneuses de leur direction naturelle seulement dans un espace assez resserré autour du point qu'ils occupent. Gela provient de l'énorme disproportion des masses aimantées.

Avant les découvertes d'Ampère, on ne savait comment expliquer Texistence d'une intensité magnétique aussi considérable, dans un corps renfermant en définitive une quantité relativement minime de matières réellement magnétiques. On invoquait des aimants intérieurs, mais cette hypothèse inconcihable avec la haute température du centre du globe, se trouvait encore insuffisante à ex pliquer les lois de la

* Gauss, General theory ofterr. magn., n? 31.

distribution du magnétisme à la surface terrestre. Ampère montra comment un corps, en l'absence de toute matière de nature ferrugineuse, pouvait acquérir une puissance magnétique énergique par le seul fait de l'établissement d'une circulation d*éther autour de sa surface, quelle que fût d'ailleurs la cause de ce mouvement. Mais rien ne dit que le courant éthéré qui, enveloppant notre globe, détermine les effets de magnétisme terrestre, soit le plus intense de ceux qui peuvent exister dans l'espace; il est donc rationnel d'admettre que ce tourbillon magnétique est constitué seulement par une fort petite portion de i'élher aii milieu duquel flotte la terre ; et nous ne sommes pas en mesure d'assigner quelle est son action maximum.

Une expérience bien connue donne une idée de la disiribution de la force magnétique autour d'un aimant. On couvre de limaille de fer une feuille de papier posée sur un aimant : les parcelles métalliques se disposent en lignes coorbes convergentes, dont les extrémités se réunissent au niveau des pôles. Ces courbes ont été nommées lignes de force magnétique, mais il importe de savoir qu'elles ne représentent nullement, ni la direction du courant à l'intérieur des tourbillons, ni les lignes de mouvement de l'éther, mais seulement la disposition des lignes le long desquelles la force résultante des deux actions polaires est d'une intensité et d'une direction déterminée. Ces lignes sont utiles ft considérer lorsqu'il s'agit d'expliquer la perturbation que la présence d'un corps jette dans l'espace nommé champ magnétique. En outre, comme elles se forment à travers les corps isolants, elles nous apprennent que l'action du tourbillon magnétique n'est pas une circulation plus ou moins étendue, s'accomplissant dans l'espace ambiant ainsi que cela se fait au sein des conducteurs mis en communication avec la pile voltaîque ; mais qu'elle consiste en une rotation suivant des orbites infiniment

52 i DE L'ÉLECTRICITÉ.

petites, donl l'effet résultant ne diffère pas, en déGnitive, de celui d'un mouvement circulatoire fini. Nous pouvons nous former une idée de la manière dont un tel mouvement s'accomplit dans Tétlier par ce qui arrive lorsqu'un cours d eau traverse une masse liquide en équilibre ; il y produit une multitude de petits tourbillons latéraux, dont le nombre et retendue diminuent avec la distance ; et, à mesure que les premiers formés s'effacent et disparaissent, de nouveaux se reproduisent sans cesse, tant que dure le courant.

Ce que nous nommons /brce cœrcitive dans les aimants, n'est autre que la propriété spéciale à certaines substances (l'acier surtout) de conserver orientés les mouvements circulaires intérieurs. Mais ici, comme dans tous les cas d'actions semblables, une telle orientation ne peut se réduire en activité sans un travail initial, lequel est évaluable en équivalents mécaniques. On peut le rendre sensible en le répétant plusieurs fois de suite, à quoi il est facile d'arriver à l'aide de substances dans lesquelles l'orientation n'est pas permanente, du fer doux, par exemple. Ainsi M. Sorel, ouvrant et fermant alternativement le circuit d'un électro-aimant, de façon à aimanter et à désaimanter le fer doux, plusieurs fois de suite, a reconnu que la force du courant et la chaleur dégagée dans le circuit, subissaient une notable diminution. Lorsque l'attraction exercée par un électro-aimant sur son contact est employée à produire un travail mécanique, cet effet s'obtient aux dépens de la chaleur du cir(îliil. (Favre.)

Dans l'aimantation par les procédés ordinaires de simple ou de double touche, le travail en question parait se faire sans consommation de force vive ; bien plus, il semble que Taimant engendre de lui-même une force dont on ne peut assignei" l'origine en s'appuyant sur la grande loi de la constance de la force. Aussi bien des gens s'y sont trompés et ont cherché à tirer de là le moyen de réaliser

i)U MAGNETISME. 52^

le mouvement perpétuel. Un aimant en attirant le fer exécute un travail, en même temps il perd de son énergie, et quand le fer s*attaclie à Taimant, l'action exercée à distance par ce dernier sur d'autres morceaux de fer doux ne reste plus ^a même. L'aimant récupère toute sa force lorsqu'on le sépare du contact; mais, pour y arriver, il faut dépenser un travail égal et contraire à celui fait par l'aimant au moment de l'attraction.

Semblable chose s'observe dans le problème inverse, c'est-à-dire quand, par une série de magnétisations et de démagnétisations successives obtenues par voie mécanique, on produit un courant. La machine inagnéto-éleclrique de V Alliance, construite pour obtenir de la lumière électrique au -moyen de courants d'induction développés par des aimants, nous fournit une exemple remarquable d'absorption de travail pendant une action magnétique. Quand la machine tourne à vide, c'est-à-dire lorsque les circuits sont ouverts, la force d'un homnie suffit à mettre ses disques en mouvement; mais, lorsque les circuits sont fermés et qu'elle donne naissance aux courants induits, la force de deux chevaux est nécessaire pour la maintenir en activité. Les données numériques fournies par cette machine ont permis de calculer l'équivalent mécanique de la chaleur, le magnétisme servant d'intermédiaire, et le résultat auquel on est arrivé est identique à celui de Joule; cependant ici la chaleur est produite par l'électricité, comme dans l'expérience du disque de cuivre tournant entre les pôles d'un électro-aimant, ce qui nécessairement introduit dans les calculs des éléments étrangers dont il est difficile de tenir compte.

11 suit de là, Ampère en avait déjà fait la remarque, Timpossibilité de réaliser le mouvement perpétuel avec les aimants comme avec tous les impondérables. En effet, les aimants agissent comme des forces dirigées vers des centres (ixes; ils ne peuvent donc augmenter en rien la

5S6 DE L'ÉLEGTEIGITË.

force vive, et il n*y a pas en eux une cause peitnanente qui excite incessamment un nouveau travail, comme est l'action chimique dans la pile.

On n'avait pas réussi jusqu'à ces années dernières à expliquer la théorie de la polarité magnétique à l'aide des principes de la mécanique ordinaire, aujourd'hui les études pratiques des phénomènes de rotation ont vivement éclairé la question. L'instrument nommé gyroscope donne une idée assez nette de la façon dont un simple mouvement mécanique, peut produire les phénomènes d*orientation que nous présentent les aimants. La règle que les mouvements rotaioires tendent au paraHélismey renfermant tous les cas de réactions réciproques entre les corps en rotation, résume en même temps la théorie des mouvements magnétiques. Les démonstrations, données par Ampère pour les aimants, sont encore applicables, comme on l'a montré depuis, aux masses métalliques qui, lorsqu'on Jes met en rotation par des moyens appropriés, nous présentent des manifestations qu'on pourrait dire polaires. Si bien qu'étant donné le principe des rotations magnétiques, et leur appliquant la théorie trèssimple des mouvements circulaires, on pourrait remonter à l'action de deux courants rectilignes en suivant un ordre de raisonnement inverse de celui que nous avons tenu cidessus.

Toutes ces vues théoriques deviendront parfaifement claires si nous nous arrêtons un instant sur les curieux phénomènes présentés par les corps en rotation. Soil (fig. 52) un tore A tournant autour d'un axe placé horizontalement dans une chape circulaire B. Cette chape est elle-même suspendue dans l'intérieur d'une autre par des pointes GC qui lui permettent toute liberté de mouvement. Celte dernière est attachée à l'extrémité d'un cordon tordu sur lui-même. La torsion donne naissance à un couple qui tend à faire tourner le tore autour de la

DU HAGHËTlSMIi.

verticale passant par le fil de suspeneion ; mais le disque métallique n'obéit pas à cette Torce, tant que son axe, qui a été tout d'abord placé horizontalement, n'est pas devenu

Fig. 51.

parallèle à la direction de l'axe de la relation que tend à lui donner la torsion du (il. Par là nous voyons la chape eitérieure qui porte le cercle inlérieur rester d'abord immobile malgré la torsion, pendant que le cercle qui porte le tore se relève peu à peu par une des exlrémllës du diamëlre correspondant à l'axe, jusqu'à devenir verticale et parallèle h la direction de la corde : à ce moment, tout le système cède à la force de torsion et se met à tourner autour du fil comme axe. Une personne qui ignorerait les propriétés des corps tournants, et qui tiendrait un gyroscope dont la cbape pàt être saisie d'une seule main, conatatanl que la ma.-'se ne présente pas une égale mobilité dans les divers sens, se ligunTait que quelque action mystérieuse sollicite le tore â prendre une di-

rection fixe dans l'espace, de préférence à toute autre. Elle croirait, par exemple, que cet instrument tend vers le p6\e de la sphère céleste, car on sait que le gyroscope s*oriente de la sorte si bien qu'il peut servir à indiquer la direction de l'axe terresiro.

Pour qui connaît la théorie des mouvements de rotation, le mystère s'explique aisément, car l'efTet observé résulte de ce que la rotation de l'instrument tend à se mettre parallèle à la rotation terrestre.

Cette tendance, comme nous l'avons déjà dit, n'est pas due à quelque force mystérieuse ,ellee8t simplement la résultante de la composition statique, des diverses forces impulsives dont les molécules sont animées chacune en particulier, avec les réactions engendrées par la force centrifuge et par la cohésion des parties du corps; telles sont les composantes dont la combinaison donne lieu à ces mouvements singuliers qui à première vue semblent sans analogie avec tous ceux connus.

Nous citerons encore une expérience prouvant qu'un mouvement rotatoire donne naissance à une véritable translation, toutes les fois que de semblables déplacements sont nécessaires pour maintenir le parallélisme des axes. On prend {Cig, 55) un tore en bronze tournant autour d'un axe placé dans une chape circulaire, dans laquelle est implantée une tige métallique. Supposons cette tige perpendiculairement placée relativement à l'axe de rotation du tore et fixée par sa partie supérieure à une pièce mobile autour d'un axe ab, faisant partie d'un support S placé sur une barre horizontale ou portant d'un appareil semblable à celui qui sert aux expériences sur la force centrifuge. Le support S est installé de telle sorte que l'axe ab soit perpendiculaire au rayon du cercle décrit par le portant AB, si bien que le gyroscope peul osciller autour de ab, comme un pendule dans le plan du portant, et par conséquent subir l'inlluence de la force

UU HAGNËTISHE, 52U

ceutrifnge. Le lore mis eii rotalion, on fait tourner AB autour de CD. Voici ce que l'on observe. Pour un certain sens de la rotation du portant, le pendule gyroscopique s'écarte de sa position d'équilibre, en s'èbignant de l'axe G l>, inais si l'on change le sens de la rolalion du portant, on voit le pendule quitter la position vi^rlicale el se rapprocher de l'axe CD, malgré l'effet de la force centiifuge qui

tend à l'éloigner du centre du mouvement. Dans le cas où le support S serait installé sur le portant de façon à ce que le pendule gyroscopique puisse osciller dans un plan perpendiculairement au rayon du cercle décrit par AB) on verrait pendant la rotation de l'appareil le pendule cailler la verticale el s'incliner de façon à précéder le support S ou A rester en arrière suivant le sens de la rotation du portant.

Les mouvements sur lesquels nous venons de dire quel-

ques mots sont parfaitement semblables à ceux observés avec les aimants. Supposons des aimants fixés par leur centre de gravité, tout mouvement de translation étant impossible, ils se disposent de telle sorte que les rotations de leurs petits tourbillons moléculaires deviennent parallèles; par conséquent, les pôles de même nom se repoussent, car lorsqu*il^ sont placés l'un en face de l'autre, leurs rotations se font en sens inverse ; quant aux pôles contraires, ils s'attirent, parce que les rotations y sont de même sens. — Considérons maintenant les aimants mobiles dans toutes les directions, ils s'éloignent ou se rapprochent, ou, comme l'on dit, se repoussent ou s'attirent, suivant que l'un ou l'autre de ces mouvements les amène plus loin ou plus près du centre de mouvement, dans la position déterminée par ja résultante des actions rolatoires. Le milieu qui sert à la transmission de ces mouvements de rotation est l'éther ambiant qui lui-même entre en rotation. 11 se produit là quelque chose de comparable à ce qui a lieu lorsqu'un gyroscope élant plongé dans un liquide animé de rotation, la masse fluide force l'inslrument à prendre une rotation parallèle à la sienne.

Pour nous former une image sensible de l'état intérieur des aimants, nous pouvons recourir à une représentation mécanique; imaginons un grand nombre de petites hélices ou de petits moulinets semblables à ceux qui servent de jouets aux enfants, adaptés à un même axe, autour duquel ils peuvent tourner avec une grande facilité; lorsque le vent vient à agir sur eux, ils prennent tous un mouvement de rotation dans le même sens : s'il a quelque moulinet ayant les ailes disposées en sens contraire des autres, il tournera en sens opposé.

Les expériences faites avec le gyroscope nous montrent donc que le principe de la composition des rotations explique non-seulement les mouvements d'orientation des aimants, mais aussi ceux de translalioui En outre, pour

comprendre exactement le mécanisme des mouvements de translation, on doit tenir compte du principe mécanique général de la diminution de pression, qui existe autour d'un centre de circulation, quel qu*il soit ; ce qui détermine une véritable attraction, c'est-à-dire un rapprochement des parties. Ainsi rh\pothèse d'Ampère, regardée par certains comme la plus compliquée de toutes celles imaginées afin d'expliquer les phénomènes magnétiques, est au contraire la seule qui en donne une théorie fondée exclusivement sur les principes de la mécanique. Mieux encore, elle jette une grande lumière sur le principe général des attractions ; car, ayant démontré que Tune de ces actions résulte de mouvements mécaniques, on pourra toujours en dire autant des autres , quoique leur manière d'agir soit plus obscure.

Nous savons que Tune des propriétés les plus singulières du magnétisme est d'appartenir à un petit nombre de substances, et même, pratiquement parlant, à une seule substance, le fer. Hais si la théorie que nous développons est vraie, et si l'action magnétique consiste en une modification spéciale, produite dans la masse d'éther qui est dans l'intérieur de l'aimant et qui Tenvironne, comme cet éther se trouve aussi en mouvement dans tous les corps, évidemment l'action magnétique ne doit pas être complètement sans influence sur les autres substances, et Ton doit observer des phénomènes différents selon que l'on considère l'un des deux cas suivants :

1* Il peut se faire que les petits tourbillons moléculaires, existant à l'intérieur des corps, soient déjà tous dirigés vers uu même point, ou tout au moins faciles à orienter dans une direction commune.

Ou bien : 2® ils peuvent résister à l'orientation et être liés entre eux et avec les molécules autour desquelles ils circulent, au point de ne pas avoir une mobilité suffisante pour céder au tourbillon magnétique.

Dans le premier cas, les courants moléculaires prendront la direction du tourbillon magnétique lui-même, et le corps se dirigera de façon à ce que la ligne de leur somme maximum soit disposée suivant Taxe du tourbillon. Quelquefois cette ligne pourra ne pas coïncider avec la plus grande dimension du corps; ainsi en employant des artifices particuliers, il est possible d'aimanter un barreau rectangulaire d*acier, de manière à obtenir les pôles dans le sens de la largeur. Mais, même dans ce cas, la loi d'attraction reste la même, les mouvements rotatoires tendent au parallélisme : autrement dit, les pôles contraires se dirigent toujours l'un à une extrémité, Tautre à l'extrémité opposée. On observe un effet de cette espèce avec certaines pièces de laiton et de bronze contenant une minime quantité de fer (Pianciani), qui reçoivent la polarité dans le sens de leur épaisseur. Ces cas sont exceptionnels. La liste des substances qui se comportent comme le fer est aujourd'hui assez étendue; elle ne comprend plus seulement le chrome, le nickel et le cobalt, mais des corps divers, entre autres le gaz indispensable à l'entretien de notre vie, l'oxygène *. ^

Si Ja substance est constituée de façon à ne pas permettre un déplacement facile aux courants moléculaires, le corps n'échappera pas à cause de cela à l'influence du tourbillon magnétique, seulement son action sera contrariée ; toutefois, pour une position convenable du corps, l'action deviendra manifeste, et son tourbillon moléculaire le disposera de telle sorte qu'il éprouvera la plus petite résistance de la part du tourbillon magnétique, ce à quoi il arrivera en s'éloignant de la partie où l'action est la plus énergique ; en d'autres termes nous obtiendrons une répulsion apparente. De pareils corps

* Pour de plus amples renseignements, voir le Traité sur Vituluciion de Matteucci, et le Traité d'électricité de de la Rive, et l'exceliont Traité de physique de Daguin.

pu MAGNÉTISME. 5rir>

existent, on les a nommés diamagnétiques afin de les distinguer des autres, qui dans le principe avaient été appelés par opposition paramagnétiques , dénomination aujourd'hui abandonnée. Nous examinerons bientôt les propriétés de ces corps singuliers, pour le moment terminons ce chapitre en indiquant sommairement les faits qui démontrent la résistance exercée par ce tourbillon magnétique et que nous avons déjà cités plusieurs fois (voir page 441).

On suspend entre les pôles d'un très-puissant électroaimant avec un cordonnet de soie, un petit cube de cuivre ayant environ 15 millimètres de côté; le fil, après avoir été fortement tordu suivant son axe, est abandonné à lui-même, il prend alors un rapide mouvement de rotation; quand la vitesse est à son maximum on lance un courant dans le fil des bobines, aussitôt le cube s'arrête et demeure immobile malgré la forte torsion du cordon. Le courant cessant dans Télectro-aimant, le cube recommence à tour-ner avec la même vitesse qu'auparavant ; que Ton excite de nouveau Taimaiit, le cube devient immobile, et plusieurs fois de suite cette admirable et curieuse expérience peut être répétée toujours avec le même succès.

Or, quelle puissanc^e invisible arrête la masse métallique et Tempêche d'obéir à la rotation que tend à lui imprimer la force de torsion? Assurément c'est l'action du tourbillon magnétique, et comme l'expérience faite ici avec le cuivre réussit avec tous les autres métaux, à cette différence près que l'arrêt a lieu plus ou moins promptement suivant leur force conductrice, on peut dire que la résistance du champ magnétique se fait sentir à tous les corps.

Ordinairement ces résultats sont attribués aux courants d'induction, mais en analysant exactement les phénomènes on voit qu'une telle explication est insuffisante. A la vérité, ces courants se produisent dans la masse du

554 DE L'ËLEGTRICITÉ.

cube, et si la substance était isolante et n*en admit pas, les efTets seraient insensibles; mais pour qu'ils se développent, il est nécessaire que le cube se meuve, et tant qu'il reste en repos le courant n'a pas lieu ; donc, si le courant peut arrêter le cube, il est incapable de le maintenir immobile. En effet, l'arrêt du cube mit fin à l'induction, tandis que la torsion du fil agit d'une manière continue sur le métal, par conséquent si le courant induit était la cause efficiente le mouvement du cube ne devrait pas cesser, mais simplement éprouver un ralentissement jusqu'à ce qu'un équilibre fût établi entre la force de torsion et la réaction des courants induits. Or le cuivre reste immobile dans le cbamp magnétique ; donc il y a là un obstacle sans cesse renouvelé qui prend origine dans les pôles de Taimant.

Tous ces faits nous paraissent très-simples à comprendre, lorsqu'on se laisse guider par les considérations développées dans les paragraphes précédents. Le cuivre n'appartient pas à la classe des corps qui permettent Torientation de leurs courants moléculaires, et le tourbillon magnétique, en faisant irruption dans sa masse, sebriseet se disperse; il en résulte un frottement qui arrête le mouvement de cube, aussi longtemps que durent l'état de circulation établie au sein de la masse métallique, Tinfluence du tourbillon magnétique et la torsion du fil. Faisons même remarquer que le courant d'induction qui dès l'abord s'établit dans le cube au moment de la fermeture du circuit voltaïque est dû, en dèfmitive, à la même cause, c'esl-à-dire à un reflux du fluide éthéré forcé à prendre une nouvelle disposition à l'intérieur du corps, comme nous l'avons déjà dit en parlant de l'induction électro-dynamique (chap. xii). Les corps isolants sont trèspeu influencés par ce magnétisme dit de rotation : la raison en est évidente : ils ne laissent pas pénétrer à l'intérieur de leur masse le mouvement du tourbillon lui-même,

car ils n'admetteut le mouvement longitudinal que d'une manière très-incomplèle, comme nous le verrons tout à l'heure.

Le frottement du tourbillon magnétique sur une masse métallique animée de rotation, est rendu aussi palpable que possible par l'expérience du disque tournant entre les pôles d'un éleclro-aimant. Ici, c'est par l'intermédiaire du frottement de ce frein invisible que le travail mécanique se transforme en chaleur, et i'éther renfermé dans le métal agit à la façon d'un fluide ordinaire. Ne voit-on pas le mouvement d'une roue tournant au sein d'une masse liquide, être gêné par le milieu environnant, et une certaine force vive être alors absorbée et convertie en chaleur? (Joule.) Ce frottement virtuel engendre la vibration thermique des molécules, souvent à un degré suffisant à fondre les alliages, dont le point de liquéfaction est peu élevé. (TyiMlall.)

Ces faits mettent en évidence un autre fait très-intéressant, la résistance de I'éther au mouvement de la matière pondérable; et, envisagés à un point de vue plus général, ils nous montrent combien il est inexact de dire, comme on le fait bien souvent, que I'éther ne résiste pas, puisque ces phénomènes ont lieu dans le vide, là où on ne saurait imaginer autre chose que I'éther. vSeulement, vu la subtilité et la mobilité extrêmes de ce fluide, il n*oppose de résistance sensible que lorsqu'il est animé d'une vitesse énorme et, très-vraisemblablement, il en est ainsi dans les expériences citées plus haut. On voit aisément quelles importantes conséquences on pourrait tirer de là, relatives au mouvement des corps célestes. Hais poursuivons les recherches expérimentales.