COMPOSITION ET ETAT

coefficifn'i d'hystérésis A

Fer doux

Acier doux Bessemer.

Acier Whitworth. .

Id. id.

Acier au manganèse.

Acier au tungstène .

Fonte grise. . . .

Recuit

0,045 pour cent, carbone, recuit

o»32 id.

id. id.

id.

id.

id.

d. id. id.

d. id. trempé

d manganèse, forgé d. tungstène, trempé d. carbone. . . .

(*} Steînmetz, L'indusfrie électrique, 6 mars 1892.

Avec les forces magnéiisantes dont on dispose dans les machines dynamo-électriques, le fer de celles-ci ne dépasse guère une induction magnétique de 20000 unités C. G. S. Mais, en produisant des champs particulièrement puissants, MM. Ewing et Low sont arrives à communiquer au fer très doux une induction de 45 000 unités C. G. S. Sous ces inductions élevées, l'intensité d'aimantation a une valeur constante d'environ i 700 unités C. G. S., correspondant à la saturation , et la perméabilité descend à une valeur constante comprise <între i et 2.

On a alors la relation

^ — 3e + 47i:5=:ae + etc.

Ajoutons que, dans des champs intenses, le cobalt est susceptible d'atteindre la môme intensité d'aimantation maxima que la fonte , soit environ les trois quarts de l'aimantaiion du fer doux. Le nickel ne dépasse jamais le tiers de l'intensité d'aimantation maxima du fer doux.

Lord Rayleigh a trouvé que , dans les champs très peu intenses, la perméabilité peut être exprimée par une formule telle que

Pour un échantillon de fer doux , il a trouvé a =: Si et t — 64.

Lord Rayleigh a constaté l'absence de Thysiérésis lorsqu'on soumet un barreau à des forces magnétisantes variant entre des limites très étroites , soit que le barreau ait une aimantation préalable, soit qu'il ait été pris à l'état neutre. Dans ces conditions, la perméabilité est constante. Lorsque les petites variations s'opèrent au voisinage d'une force magnétisante de 29 unités C. G. S., le physicien anglais a trouvé que la perméabilité du fer doux n'est que 80 pour 100 de la perméabilité au voisinage de l'état neutre.

63. — Effet de la température sur le magnétisme. Recalescence. — Il a déjà été fait allusion à l'influence de la température sur le magnétisme du fer et de ses dérivés, l'acier et la fonte, dont l'aimantation disparaît complètement au rouge vif.

M. Hop4cinson, auquel on doit des expériences précises sur

AIMANTATION PAR INFLUENCE. 69

l'effet thermique (*), a reconnu que, dans un champ faible et constant égal à o,3 unité C. G. S., la perméabilité d'un barreau de fer doux chauffé graduellement croît progressivement de 5oo à 1 1 000. Mais à la température de 775° C, la perméabilité tombe brusquement à une valeur très voisine de i .

Lorsque l'intensité du champ augmente , Taccroissement de perméabilité est beaucoup moins sensible et la chute moins brusque. Enfin, dans un champ intense, la perméabilité décroît d'une manière continue avec la température. Dans tous les cas, le fer se désaimante complètement à une température voisine de 7850 C ; M. Hopkinson a appelé ce point thermique température critique du métal.

Pour le fer exceptionnellement doux, la température critique peut s'élever Jusque 880*^ C, tandis que dans l'acier elle tombe à 690**. Pour le nickel, la température critique est voisine de Sio^C.

La température critique paraît correspondre à un changement moléculaire des corps accusés également par d'autres phénomènes, M. Kohlrausch a reconnu qu'à cette température la résistance électrique du fer manifeste une variation soudaine. D'après M. Tait, le pouvoir thermoélcctrique du fer est également modifié d'une manière profonde vers ce point. Enfin, M. Barreit a découvert un effet très caractéristique, auquel il a donné le nom de rccalescencc. Si on laisse refroidir une barre de fer ou d acier après l'avoir chauffée au rouge vif, il arrive un moment où l'abaissement de température cesse et où il se manifeste un léger réchauffement de la barre, après quoi la décroissance de température reprend régulièrement. La recalescence s'accuse dans l'acier dur par un effet lumineux très visible , la couleur du métal passant du rouge sombre à un rouge plus vif au moment où la température

critique est atteinte. L'expérience réussit très bien à l'aide d'une aiguille à tricoter qu'on chauffe au préalable au rouge vif en y

faisant passer un courant électrique.

Il est extrêmement surprenant que les qualités magnétiques ne

soient nettement accusées que par trois métaux, le fer, le nickel

(') Voir Hopkinson» Mcignetism ^ Journal of the Institution of Electrical engineerSy vol. XIX.

Cl le cobalt. Les autres corps simples s'aimantent tellement peu qu'on a coutume de les considérer comme non magnétiques. Peutêtre n'y a-t-il là qu'une simple question de température, les trois métaux cités étant les seuls qui manifestent des propriétés magnétiques caractérisées aux températures ordinaires. C'était l'opinion de Faraday, qui pensait que toutes les substances deviennent magnétiques à une température suffisamment basse. M. Rewar a montré que l'oxygène liquide est fortement magnétique. Le fait suivant, découvert par M. Hopkinson, apporte une nouvelle preuve à l'appui de l'opinion de Faraday. L'alliage de fer contenant 25 pour 100 de nickel est non magnétique comme tous les alliages. Mais si on refroidit cette substance un peu en dessous de o^ C, elle est susceptible de s'aimanter d'une façon très accusée. Elle possède donc une température critique inférieure. Si alors on réchauffe l'alliage, il reste magnétique, et sa susceptibilité augmente jusque vers 525oC. A ce moment, la susceptibilité retombe rapidement et devient nulle à SSo*' C. En refroidissant la barre, on constate qu'elle ne reprend sa susceptibilité que sous 0° C

64. — Complément donné à l'hypothèse de Weber par M. Ewing. (*) — Pour expliquer, dans l'hypothèse de Weber sur la constitution moléculaire des aimants, § Sp, la force coercitive et la perte duc à Thystérésis , on a admis que les aimants élémentaires manifestent une résistance à l'orientation de la nature d'un frottement et que c'est le travail de ce frottement qui constitue la perte par hystérésis. L'existence d'une telle résistance passive permet jusqu'à un certain point de rendre compte de l'effet des vibrations et de la température sur les aimants, mais elle n'explique nullement les changements de susceptibilité particulièrement accusés dans les régions A, B et C de la courbe du magnétisme, fig. 24.

M. Ewing a reconnu expérimentalement que les phénomènes observés s'expliquent sans faire intervenir de frottement , par le simple jeu des réactions mutuelles des aimants élémentaires. Il est arrivé à cette conclusion en examinant la façon dont se comporte

( * ) Ewing, Contributions to the mplecular theory of induced magnelism, Royal Society, 1890,

AIMANTATION PAR INFLUENCE. Jl

un système d'aiguilles aimantées, rangées régulièrement les unes près des autres, de manière à pouvoir osciller dans un môme plan horizontal sans se toucher. Ces aiguilles sont soumises à une force

Fig. 24.

magnétisante obtenue en enroulant autour de la caisse qui les contient des spires de fil dans lesquelles ont fait passer un courant électrique. Lorsque les aiguilles sont abandonnées à leurs propres réactions, c'est à dire lorsque le champ produit par le courant neutralise le champ terrestre, on observe qu'elles forment entr'elles des combinaisons géométriques plus ou moins complexes en équilibre stable. Si, en effet, on écarte légèrement de sa position Tun des éléments d'une combinaison , il y revient immédiatement ; mais si l'écart est considérable, la combinaison ne se reforme plus, et il se produit des arrangements nouveaux entre les aimants voisins. Si, à un tel système, on applique une force directrice progressivement croissante, on constate que les diverses combinaisons sont d'abord légèrement déformées, sans être détruites. Cette déformation que Ton peut qualifier d'élastique , puisqu'elle est réversible par le retrait de la force magnétisante, est comparable à l'état des molécules d'un barreau dans la région A de la courbe du magnétisme , fig. 24.

Si l'on continue à faire progresser le courant dans les spires agissantes , il arrive un moment où l'une des combinaisons d'aimants dépasse la déformation limite dont elle est susceptible. Il se produit alors un changement brusque dans cette combinaison, et, par réaction , le système entier entre dans un état d'équilibre instable , de sorte qu'un assez faible accroissement de la force directrice suffit pour orienter tous les aimants dans une direction voisine de Celle de la force elle-même. Cette période correspond à la région B

de la courbe du magnétisme. La vue de la propagation de proche ' en proche des nouveaux groupements est éminemment suggestive au point de vue de Texplication de la nécessité d'un intervalle de temps défini, pour que les molécules d'un aimant prennent leurs positions d'équilibre sous l'action de la force magnétisante^

Lorsqu'ensuite on poursuit les applications de forces croissantes, on constate que les réactions mutuelles des aimants sont vaincues de plus en plus et que ceux-ci s'orientent dans une direction qui finit par coïncider avec celle du champ agissant. C'est Tétat désigné sous le nom de saturation et figuré en C sur la courbe.

Les fig. 2 5, 26 et 27 montrent trois états successifs du système d'aimants ; la fig. 25 correspondant à la fin de l'état A, la fig. 26 à la fin de l'état B, et la fig, 27 à la fin de l'état C. Si l'on fait décroître l'intensité du champ, les aimants persistent dans leur orientation générale , mais ils se déplacent légèrement par l'effet de leurs

Fig. 25 , 26 et 27.

propres réactions. Lorsque le champ dirigeant s'annule, les aimants restent plus ou moins orientés dans la direction de celui-ci , ce qui rend compte du magnétisme rémanent. Mais si le champ dirigeant change de signe et croît en sens inverse, on ne larde pas à cons-

AIMANTATION PAR INFLUENCE. jS

tater le retour brusque à l'état d'équilibre instable , puis une orientation de sens opposé.

D'après la courbe ACA', fig. i8, le fer doux recuit est dans un état d'équilibre instable lorsque la force magnétisante s'annule, attendu que le coude de la courbe est du côté des forces magnétisantes positives. Avec Tacicr trempé, le coude se produit au contraire du côté des abscisses négatives, ce qui rend compte de Taptitude de ce métal à conserver son magnétisme rémanent. En effet, au moment où la force magnétisante s'annule, l'état du barreau est caractérisé par un point de la courbe situé dans la région correspondant à l'équilibre stable.

Si , au lieu de ranger les aimants régulièrement , on leur donne des écartements variables, on constate que la durée de l'état correspondant à l'équilibre instable ( B ) est accrue. C'est ce qu'on constate dans le fer écroui, dont l'arrangement des molécules a été contrarié par des efforts mécaniques. Les diverses combinaisons d'éléments qui se forment dans un cas semblable sont plus indé-^ pendantes les unes des autres que dans le métal homogène et l'une d'elles peut être modifiée sans influencer les groupements voisins.

Dans l'acier et la fonte où l'état B présente une grande extension, les groupements de molécules sont influencés par la présence de corps étrangers.

D'après M. Ewing, réchauffement par hystérésis correspond aux oscillations des aimants au passage d'une position d'équilibre stable à une autre.

Les vibrations diminuent la stabilité des combinaisons et facilitent, par suite, l'orientation des aimants placés sous l'action du champ, ainsi que leur retour à l'état neutre lorsque la force magnétisante a cessé d'agir.

Une élévation de température amène des effets analogues lorsque la force magnétisante est faible. On a vu toutefois que réchauffement réduit la perméabilité lorsque la force magnétisante est intense. M. Ewing explique ce fait en admettant que l'agitation moléculaire causée par l'élévation de température correspond à des oscillations des aimants autour de leurs axes. Lorsque les aimants sont déjà orientés, ces oscillations ont pour effet de diminuer l'action extérieure moyenne du système. On peut également

admettre avec M. Hopkînson que le moment magnétique des aimants élémentaires diminue lorsque la température augmente.

Enfin , l'absence d'hystérésis, constatée par Lord Rayleigh dans le cas de très faibles variations de la force magnétisante, se conçoit si Ton remarque que de telles variations ne produisent que de faibles déplacements des aimants élémentaires autour de leurs positions d'équilibre. De tels déplacements sont réversibles sans rupture d'équilibre et, par suite, sans les grands mouvements qui donnent naissance au développement de chaleur.

Les variations irréversibles, qui s'accusent par la séparation des courbes croissantes et des courbes décroissantes du magnétisme , donnent seules lieu au dégagement calorifique.