II. Identité du magnétisme et de rélectricité

11 était réservé à Ampère de découvrir la véritable analogie qui existe entre le magnétisme et l'électricité, et de rattacher à une même cause des phénomènes qui jusqu'à lui avaient été attribués à des causes distinctes. Les faits qui suivent conduisent en effet à admettre que les aimants et les corps électrisés sont sous l'empire d'une seule force, la

force électrique^ et que la diversité des phénomènes résulte de la diversité de structure des corps.

Lorsque (Erstedt eut découvert la déviation d'une aiguille aimantée sous l'influence d'un conducteur Iraversé par un courant, Ampère, Biot, Savart, Faraday, démontrèrent que ce phénomène était un

Fig. 46. — Rolation d'un courant par un aimant.

cas particulier d'une action plus générale, laquelle s'exerce toujours entre un circuit voltaïque et un aimant, quelles que soient leurs positions relatives. En employant des supports convenables, on réalisa les mouvements les plus variés, soit de l'aimant, soit d'une portion de circuit voltaïque. Parmi les expériences nombreuses qui furent faites à cette

»g LES FORCES PHYSIQUES

époque, nous citerons les suivantes, parce qu'elles

rentrent plus particulièrement dans notre sujel.

Servons-nous d'un appareil semblable à celui qui a été décrit dans le chapitre précédent (fig. 46); ' supprimons le conducteur circulaire fixe et plaçons un aimant vertical dans l'aie de rotation du conducteur mobile. Si la colonne centrale est en communication avec le rbéophore positif de la pile, tf

si l'aimant est au-dessous de la cuve annulaire, avec son pôle sud en haut, nous verrons l'équipage tourner dans le sens de la rotation des aiguilles d'une montre. Nous obtenons donc du travail mécanique par laclion mutuelle de l'aimant et d'un circui l voltaique. Il semble que l'aimant se comporte

ici comme le conducteur circulaire fixe de notre expérience précédente. La rotation est plus rapide avec l'aimant qu'avec le conducteur circulaire, et on peut, en employant un aimant puissant, obtenir un travail mécanique directement mesurable.

La disposition suivante, due au physicien anglais Barlow, rend cette détermination très-facile.

Une roue de cuivre, découpée comme on le voit sur la figure 47, afin qu'elle soit aussi légère que possible, est portée par un axe horizontal. Sa partie inférieure plonge dans une petite auge contenant du mercure, et cette auge est placée enire les deux branches d'un aimant en fer à cheval. On fait communiquer lés coussinets qui portent l'axe de la roue avec l'un des rhéophores d'une pile, et le mercure de l'auge avec l'autre rhéophore. On voit aussitôt la roue tourner très-rapidemement, dans un sens qui dépend du sens du courant et de la position des pôles de l'aimant. Si Taxe de la roue porte une poulie, on peut élever un poids à l'aide de ce mouvement de rotation et par suite obtenir un travail mesurable en kilogrammètres. On pourrait par ce moyen vérifier la loi de la distribution de Ténergie dans le circuit voltaïque, telle qu'elle a été formulée dans le chapitre précédent. On trouverait que le travail produit est proportionnel à une certaine quantité de chaleur disparue dans le circuit.

Déjà l'analogie d'un aimant avec un courant électrique est manifeste; mais nous en avons un exemple encore plus frappant.

Présentons au solénoïde flotteur (fig. 40) un aimant, nous trouverons que les pôles de même nom se repoussent, tandis que les pôles différents s'attirent, exactement comme si le solénoïde était un aimant.

En général, à toute expérience faite à l'aide d un aimant et d'un courant électrique correspond une expérience faite à l'aide de deux courants ; il suffit de substituer un solénoïde à l'aimant. Bien plus, Faction mutuellç d'un courant et d'un aimant peut se calculer à l'aide d'une formule, qui exprime l'action d'un élément de courant sur un pôle magnétique. Cette formule a été déduite d'observations faites sur un aimant, sans qu'on ait introduit dans le calcul aucune hypothèse sur la cause du magnétisme. Elle conduit au même résultat que si l'on imagine l'aimant remplacé par un solénoïde et si Ton calcule l'action mutuelle du solénoïde et du courant à l'aide de la formule d'électro-dynamique donnée par Ampère. L'action mutuelle d'un courant et d'un aimant suit donc la même loi que celle d'un courant et d'un solénoïde, et l'identité des effets conduit naturellement à admettre Tidèntité des causes.

Nous savons qu'un aimant est un assemblage d'éléments doués de la polarité magnétique. Nous pouvons maintenant aséigner à cette polarité son origine électrique; il suffit de considérer les éléments magnétiques comme de petits solénoïdes, orientés de façon que leurs pôles de môme nom se trouvent

urnes du même côté, et par conséquent de conceir des courants électriques circulant autour des oupes moléculaires qui composent Taimant.

Dans le fer, ces courants s'établissent très-facinent, sous Tinfluence d'un aimant ; mais ils disraissent ou se neutralisent dès que cette inence est supprimée. Dans Facier et la pierre limant, au contraire, ces courants persistent rès leur création.

Cette conception est évidemment une hypothèse ; us ne la donnons pas comme un fait d'expé- 5nce. Elle rend très-manifeste l'origine électrique s propriétés des aimants. Mais on doit remarquer e la conception des éléments magnétiques est lépendante de celte hypothèse, et que l'idée d'atbuer leur polarité à la force électrique est une nséquence rationnelle des lois numériques qui t été observées. En d'autres termes, il est inutile ntroduire dans la théorie des phénomènes maétiques une force . particulière : la force élocque suffit. Il est vrai que nous ignorons comment :te force produit les effets que nous observons ; nment elle établit la polarité électrique et la poité magnétique ; mais nous ne savons pas davan- :e comment la force calorique et la force pesanteur ssent dans les corps, et notre but est d'étar les relations des phénomènes naturels, abstracn faite de leur cause intime. A ce point de vue is devons accepter l'admirable théorie d'Ampère, is chercher à nous figurer ce qui se passe dans

les éléments magnétiques, ce que sont les courants électriques.

Les découvertes qui ont suivi celle d'Ampère ont pleinement confirmé sa théorie ; c'est à partir de cette époque que la science de rélectricité a reçu les perfectionnements les plus remarquables, et qu'elle a commencé à se vulgariser avec une étonnante rapidité, grâce aux applications merveilleuses auxquelles elle a conduit. Il suffit de rappeler la télégraphie et les machines électro-magnétiques pour faire ressortir l'importance du mouvement scientifique qui a suivi l'œuvre d'Ampère. Au milieu des nombreux usages que l'homme a su faire de la force électrique, des mille transformations de l'énergie qu'il a pu obtenir et varier à son gré, par l'intermédiaire du magnétisme et de l'électricité, il serait difficile, si l'on n'avait pas la théorie d'Ampère, de tracer une voie aisée qui permît de les embrasser d'un coup d'œil. Grâce à cette théorie, une telle entreprise n'est pas impossible, et nous pouvons la tenter, sans aborder les détails.

m. Aimantation du fer par un courant électrique.

Si l'on dispose un fil de cuivre horizontalement au-dessus du solénoïde flotteur (fig. 40), ce dernier tourne sur lui-même et se place dans une direction perpendiculaire à celle du fil, aussitôt que celui-ci est traversé par un courant électrique. Ce phéno*

LE MAGNÉTISME ET L'ÉLEGTRO-MâGNÉTISME 215

mène rentre dans la classe de ceux dont Ampère ai donné la théorie.

En généralisant, nous dirons que le fil conducteur du courant tend toujours à amener un solénoïde dans une direction perpendiculaire à la sienne.

Plaçons maintenant une lige de fer perpendiculairement à notre fil, et assimilons celte tige à un assemblage de solénoïdes infiniment petits, orientés de toutes les manières possibles. Chacun d'eux va tendre à se placer perpendiculairement au fil, et par conséquent parallèlement à la longueur de la tige. Il résultera de l'action mutuelle du courant et des solénoïdes ou éléments magnétiques une orientation de ces derniers ; tous les pôles de même nom se tourneront du même côté, et la tige de fer deviendra un aimant à deux pôles. On peut même prévoir de quel côté-sera le pôle nord de cet aimant, en suivant les règles de Télcctro-dynamique.

Si on enroule plusieurs fois le fil conducteur du courant autour de la tige de fer, chaque spire agira de la même manière, mais avec une plus grande intensité que le fil rectiligne, de sorte que l'aimantation du fer sera plus puissante (fig. 48).

Enfin, dès qu'on supprimera le courant dans le fil conducteur, les éléments magnétiques cesseront d'être orientés, et l'aimantation cessera.

Telles sont les prévisions de la théorie. Ces phénomènes ont été observés pour la première fois par Arago et par Ampère, en 1820, immédiatemeui

après Tei^périence d'Œrstedt, Une pièce de fer entourée d'un fil de cuivre recouvert de soie, afin que les spires soient isolées, s'appelle un électroaimant. Elle devient un aimant temporaire sous Tinfluence d'un courant qui traverse le fil. On voit sur la figure 49 un électro-aimant attirant une grande quantité de pointes de fer.

En augmentant l'intensité du courant, on augmente la puissance magnétique de la pièce de ier,

é'àjrâ'ATVÀrA'AU'iUH

Fig. AS. — Hélice magnétisante,

mais jusqu'à une certaine limite, qui dépend de la dimension du fer. M. Ruhmkorff construit un électro-aimant dais lequel le fer a la forme d'un fera cheval, et pèse 350 kilogrammes ; le fil de cuivre qui est enroulé autour du noyau de. fer a une longueur de 2 kilomètres 1/2, et un diamètre de 4 millimètres environ. On peut lui faire porter un poids de 10,000 kilogrammes suspendu à une pièce de fer qu'on appelle armature ^ et qui est attirée par l'électro-aimant quand le courant passe.

Lorsqu'un circuit vollaïque est établi entre deux endroits quelconques, qui peuvent être très-éloignés l'un de l'autre, et qu'un électro-aimant se trouve dans le circuit à l'une des stations, on peut, en se plaçant à l'autre station, ouvrir ou fermer le circuiti et par suite rendre à volonté magnétique le fer de Téleclro-aimant. Dès lors son armature peut être

LE HAGNËTISHE BT L'ÉLECTRO-MAG.NËTISHE 215

allirée au gré de l'opérateur, et faire mouvoir par un mécanisme convenable les signaux d'un appareil. Tel est le principe du télégraphe électrique. Il a été appliqué avec succès sous celle forma

Fia. 10. — Éli

par M. Wheatslone, en Angleterre, vers 18i0, Mais déjà antérieurement à M, Wheatstone,

M. Stenheil en Allemagne, M. Morse en Amérique,

avaient employé le courant électrique de diverses

manières.

Les premiers essais à l'aide de l'électricilé ont

été fails en 1774 par Lesage, de Genève. Avant la découverte de la pile voltaïque, on se senit de la machine électrique ordinaire et des électroscopes. Après la découverte de la pile, Sœmmering, de Munich, essaya vers 1811 le courant et la décomposition de l'eau. Puis, après la découverte d'Œrstedt en 1820, Ampère songea à rappliquer à la télégraphie ; mais on ne commença à obtenir de résultats satisfaisants, au moins pour les grandes distances, qu'à partir de 1837. L'introduction des électro-aimants a levé toutes les difficultés qui s'étaient jusqu'alors présentées.