ACTION DES AIMANTS A DISTANCE. —INFLUENCE DE LA CHALEUR, DE LA LUMIÈRE

L'intensité des attractions et des répulsions magné* tiques varie avec la distance. Quelle est la loi de ces yariations ? C'est la même qui régit aussi la gravitation et les autres forces sensibles à distance. Tout mouvement qui rayonne librement en tous sens, lumière, électricité, chaleur ou son, se répand à partir du point d'origine sur des systèmes concentriques. Or, la surface de ces sphères croissant toujours comme le carré du rayon (une surface quadruple correspondant à un rayon double), il s'ensuit que l'intensité de la force émanée des centres doit diminuer dans le même rapport à mesure qu'elle s'éparpille sur les sphères suc* cessives. Donc l'intensité d'un rayonnement décroît sans cesse à partir du centre : elle est, en un point quelconque, en toison inverse du carré de la dislance. Elle se réduit au quart à la distance 2, à un neuvième à la distance 5, et ainsi de suite.

Pour vérifier cette loi, il faut mesurer Tintensité des actions magnétiques , et l'on a imaginé à cet effet plusieurs instruments. Un des meilleurs est la balance de torsion de Coulomb, qui sert également à mesurer les attractions et les répulsions électriques. Dans une cagedeverre^ cylindrique oucarrée(fig. 30), surmontée d'un tube de verre, est suspendue à un fil métallique une aiguille aimantée. Tout autour de la cage règne une bande sur laquelle sont tracées des divisions pour mesurer les angles dont Taiguille s'écarte de sa position de repos. Un disque gradué, au sommet du tube, permet de tordre le fil de manière à faire tourner l'aiguille dans un sens ou l'autre, et l'expérience a prouvé que la force de torsion qui tend à ramener le fil à son état initial est proportionnelle à l'arc qui mesure cette torsion. La lecture du disque gradué et des divisions tracées à la hauteur de l'aiguille permet donc d'apprécier la force de torsion qui agit sur cette aiguille; lorsqu'elle a été écartée de sa position de repos.

L'aiguille étant d'abord placée dans le méridien magnétique sans qu'il y ait aucune torsion, on commence par faire tourner le disque pour amener l'aiguille dans une série de positions en dehors du méridien. Les forces de torsion qui correspondent à ces positions contre-balancent l'efTort que fait la force directrice du globe pour ramener l'aiguille dans le méridien magnétique; on peut ainsi mesurer cette force pour chaque position de l'aiguille par un angle de torsion équivalent.

Ces déterminations préliminaires obtenues, et

ACTION DES AIHAHTS A DISTAKCB. SI

l'aiguille apnt été ramenée dans le méridien, on approche d'un des pôles de l'aiguille le pâle de même nom d'un aimant vertical qu'on fait passer par un trou pratiqué dans le couvercle de la cage, et qui doit se

- Balance de torsion.

trouver dans le méridien magnétique. L'aiguille est repoussée, s'écarte du méridien, et s'arrête dans une position d'équilibre où la répulsion qui émane de l'aimant est contre-balancée par la somme de la force de torsion et de la force directrice terrestre qui correspondent à l'angle d'écart observé.

Si maintenant on fait tourner le disque gradué de manière à tordre le fil davantage, Taiguille se rapproche de l'aimant, et les deux forces qui tendent à la ramener dans le méridien sont équilibrées par une répulsion plus forte. En évaluant ces forces par une série de positions successives de l'aiguille, on trouve que les répulsions sont effectivement en raison inverse du carré des distances qui séparent le pôle de l'aiguille du pôle de l'aimant.

Une autre méthode pour comparer les intensités magnétiques consiste à compter les nombres d'oscillations qu'une aiguille aimantée accomplit dans un temps donné lorsqu'elle se trouve vis-à-vis d'un autre aimant, placé successivement à diverses distances. Les oscillations s'accélèrent lorsqu'on rapproche l'aimant, elles se ralentissent lorsqu'on l'éloigné ; le nombre d'oscillations, par minute, diminue donc à mesure que la distance augmente. Or la théorie démontre qu'il y a un rapport simple entre l'intensité de la force magnétique qui produit les oscillations horizontales de l'aiguille (comme la pesanteur produit les oscillations verticales d'un pendule) et le carré du nombre d'oscillations accomplies dans un temps donné. On peut ainsi, des nombres d'oscillations observés à diverses distances, conclure les intensités, et s'assurer de nouveau que ces intensités sont en raison inverse du carré des distances.

Il faut dire cependant que la loi des attractions magnétiques ne s'est point révélée aussi simple du premier coup aux physiciens qui l'ont cherchée. Hauksbee, en observant les déviations d'une aiguille

aimantée produites par un aimant qu'il en approchait à des distances variables, n'avait obtenu que des résultats compliqués où il était impossible d'apercevoir une loi régulière. Le docteur Brook Taylor, chargé par la Société royale de Londres de répéter ces expériences, ne fut pas plus heureux que son devancier. Whiston, qui s*y appliqua à son tour, obtint une série d'obser^ vations où le carré inverse des distances jouait déjà un certain rôle, mais l'incertitude de ces résultats était encore telle que Newton lui-même se contente de dire: a La force magnétique décroît en raison non , pas du carré, mais plutôt du cube de la distance, autant que j'ai pu en juger d'après quelques déterminations assez grossières. « Cet énoncé est d'ailleurs exact lorsqu'il s'agit des déviations produites par l'action simultanée des deux pôles d'un aimant sur les deux pôles de Paiguille, à des distances un peu considérables.

Vingt ans plus tard, un laborieux expérimentateur hollandais, Pierre de Musschenbroek, eut recours à la méthode déjà proposée par Hooke, qui consiste à suspendre au fléau d'une balance un cylindre de fer auwlessus du pôle d'un aimant, et à mesurer l'attraction à diverses distances par les tares qu'il faut ajouter aux poids placés dans le plateau de la balance. Musschenbroek trouva que l'attraction diminuait tantôt simplement en raison inverse de la distance, tantôt suivant une proportion intermédiaire entre celle-ci et la loi du carré; mais il n'arriva point à formuler une loi générale.

Ce n'est que vers 1760 que Tobie Mayer, dans un travail resté inédit et dont il fit à peine connaître les

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conclusions, démontra la véritable loi des attractions magnétiques. Lambert y en 1 765, reprit ces recherches, établit la théorie mathématique de ces attractions, et fit voir comment la présence de deux pôles contraires complique toujours les actions magnétiques accessibles à Tobservation directe. Il imagina des méthodes propres à éliminer ces complications. Depuis cette époque, la loi du carré des distances était donc connue ; néanmoins elle a été encore plus d'une fois révoquée en doute, notamment par JSpinus. Musschenbroek, par ses nombreuses expériences entreprises sans discernement, n'avait fait que retarder de trente ans la recherche d'une loi simple de l'action des aimants.

Les anciens physiciens, qui voyaient dans le magné, tisme quelque chose de matériel, un élément qui faisait partie de la substance de l'aimant, multiplièrent les expériences dans l'idée qu'ils pourraient chasser ou peut-être même, qui sait? extraire la matière magnétique de l'aimant par le feu ou par les acides. On arriva ainsi à beaucoup de résultats contradictoires, parce que les expériences étaient faites sans un plan méthodique. Gilbert reconnut le premier qu'un barreau aimanté perd sa force lorsqu'on le chauffe jusqu'au rouge blanc. On peut faire l'expérience d'une manière fort simple en introduisant une pointe de cuivre dans la mèche d'une lampe à alcool et en posant sur cette pointe une petite aiguille aimantée. La lampe étant allumée, l'aiguille plongée dans la flamme ne tarde pas à rougir. Tant qu'elle n'est encore que rouge bleuâtre, elle est attirée ou repousséc par les pôle» d'un aimant, mais cet efiet cesse dès qu'elle

passe au rouge blanc. On laisse encore quelque temps l'aiguille dans la flamme, puis on éteint la lampe; l'aiguille se refroidit lentement, et en se refroidissant reprend quelques traces d'aimantation^ si elle n'a pas été dirigée perpendiculairement au méridien magnétique*

Un barreau aimanté, chauffé au rouge blanc, n'attire plus le fer, aimanté ou non, et reste insensible lui-même à l'action d'un aimant. De même, une barre de fer doux, chauffée au blanc, n'a plus d'action sur l'aiguille aimantée et n'est plus influencée par un aimant ; mais au rouge sombre l'action est plus forte qu'à froid, comme l'ont démontré les nombreuses expériences de Barlow. L'acier aussi devient éminemment sensible à l'influence magnétique, à la température du rouge sombre, où la force coercitiye semble pour ainsi dire suspendue; en se refroidissant, il garde ensuite le magnétisme qu'il a pris dans cet état.

Robison et iEpinus ont su tirer parti de cette influence de la chaleurpouraccroitrelaforce d'un aimant. Après avoir porté un barreau à la température rouge, ils le plaçaient entre les pôles de deux forts aimants et le laissaient refroidir dans cette position ; l'aimantation ainsi obtenue persistait ensuite. Un barreau porté au rouge, puis trempé dans la position verticale, s'aimante aussi par l'influence terrestre, comme l'avait déjà constaté un contemporain de Newton, le docteur Hooke.

Une chaleur modérée diminue la force magnétique d'un aimant, et cette diminution devient permanente, si l'action de la chaleur a duré longtemps. Coulomb,

Kupffer, Dufour, ont fait beaucoup de recherches sur ce sujet. D'après Dufour, Taimant s'affaiblit toujours .lorsque la température s'élève au-dessus et même lorsqu'elle descend au-dessous de celle où s'est faite l'aimantation.

Après les ingénieuses recherches de Coulomb, exécutées aux environs dé 1785, il y eut comme un temps d'arrêt dans l'évolution de cette branche de la physique. On se contenta, pendant près de trente £y;is, de reproduire un certain nombre d'expériences et de considérations théoriques qui, dans les traités, composaient le chapitre un peu sommaire ce du magnétisme.» Enfin, en 1812, l'annonce d'une découverte nouvelle émut le monde savant: un physicien de Rome, le professeur Domenico Morichini, crut avoir constaté que les rayons violets du spectre solaire communiquaient aux aiguilles d'acier des traces de polarité. Un collègue de Morichini avait même réussi, disait-on, à aimanter les aiguilles par la double touche en promenant sur elles, à partir du centre, Timage des rayons . violets concentrés par un miroir ardent.

Des aiguilles ainsi préparées furent envoyées à diverses académies et sociétés savantes. On s'empressa de répéter l'expérience, mais sans succès. Yoltafitre- • marquer que probablement M. Morichini avait été induit en erreur par l'influence du magnétisme terrestre; le physicien de Rome répondit qu'il s'était entouré de toutes les précautions désirables à cet égard. Alors un savant de bonne école, Configliachi, de Pavie, entreprit une série d'expériences avec des aiguilles d'acier qu'il laissa pendant quatre mois dans une chambre

obscure, montées sur des pivots et abandonnées à ellesmêmes; il se trouva que la plupart se dirigeaient peu à peu dans le méridien magnétique par la simple influence de Taimaiit terrestre. On procéda ensuite à Fétude de l'influence des rayons solaires. En les concentrant sur des aiguilles placées dans la direction du méridien, on vil ces aiguilles s'aimanter; mais on obtenait le même résultat en les chauffant dans l'obscurité. Nous sa¥ons en effet que la chaleur rend le fer et l'acier plus sensibles aux actions d'influence. Enfin les rayons violets ne produisaient aucun résultat quand les aiguilles étaient placées de manière à paralyser l'action terrestre. Il fut donc prouvé que l'in-^ fluence du globe, aidée par la chaleur, avait été la vraie cause des phénomènes observés à Rome.

Néanmoins Morichini et ses amis ne se tinrent pips pour battus. Forts du témoignage d'Humphry Davyct d'un autre physicien anglais, Playfair, qui avaient assisté à quelques-unes de leurs expériences, ils continuèrent de proclamer le pouvoir magnétique de la lumière solaire. En 1825, lady Sommerville vint à la rescousse avec des expériences qu'elle faisait sur des aiguilles à coudre exposées à la lumière violette, bleue ou verte, et quatre ans plus tard, M. Zantedeschi vint à son tour prêter son appui à la théorie décriée. Il fallut les recherches étendues et très minutieuses de deux physiciens renommés, Riess et Moser, pour vider définitivement la question et pour démontrer que la prétendue influence de la lumière n'était qu'une illusion comme toutes celles auxquelles s'exposent des observateurs superficiels. C'est du moins ce qu'admet

aujourd'hui U généralité des physiciens bien (jue de temps en temps la doctrine mal enterrée de rinfluenje solaire vienne encore troubler le repof des amateurs qui ont des loisirs, un prisme et quelques aiguilles à leur disposition.