TROISIÈME PARTIE

§36. Non - seulement les courans voltaïques exercent les uns sur les autres des fo •'■'es attractives et répulsives, d’où nous avons vu résulter les mouvemens oscillatoires ou continus des conducteurs mobiles, mais encore ils éprouvent de la part de la terre une influence dont nous allons suivre les effets.

Un courant horizontal , fixé par une de ses extrémités , tourne par l’action de la terre , tou ■ jours dans le même sens; le mouvement de rotation a lieu de l’est à l’ouest par le midi , si le courant va de la circonférence au centre , et de l’ouest à l’est par le midi , si le courant va du centre à la circonférence.

On se sert pour cette expérience du conducteur (fig. io);on le pose par sa pointe dans la coupeS, on fait plonger le cercle uCy dans l’eau acidulée , et on établit le courant dans l’ordre suivant, rRputSxqq'KQOar' ; il va de la circonférence

au centre dans «S, et l’appareil tourne de l’est à l’ouest par le midi • ce mouvement se continue toujours dans le même sens tant que les communications restent établies. Si l’on change de place les deux rhéophores, le courant va du centre à la circonférence dans Sa, et le mouvement de rotation s’établit en sens contraire , c’est-à-dire de l’ouest à l’est, par le midi.

§ 37. Dans ce mouvement continu de révolu- tion , le moment de rotation est toujours le même. On le prouve en plaçant l’un au-dessus de l’autre deux vases de cuivre , semblables à LMN (fig. 1 ), et les faisant communiquer par un conducteur composé d’une branche verticale située dans l’axe des deux vases, et de deux branches horizontales, portant des cercles de cuivre, comme l’appareil (fig. 10). Dans cette disposition, si le courant va de la circonférence au centre dans le vase supérieur, et descend dans l’axe vertical, il ira ensuite du centre à la circonférence dans le vase inférieur. Alors quel que soit l’angle que les deux branches horizontales font entre elles, l’appareil reste en repos : ce qui prouve que la tendance de la branche supérieure pour tourner de l’est à l’ouest , est contre - balancée par la tendance opposée de la branche inférieure : et puisque cet effet a lieu pour tous les angles possibles, on en peut conclure que le mouvement a lieu avec une intensité constante

dans tous les azimuths. Cette expérience ne peut pas se faire avec l’appareil (fig. i ).

§ 38. Un courant vertical mobile autour d’un axe vertical se dirige , par V influence de la terre, dl’ouest , quand il est ascendant , et à l’estquand il est descendant.

Soient ttG ( fig. 34 )le courant vertical, a.1 et Gy les deux branches horizontales qui le réunissent à l’axe de rotation , cT un contre-poids destiné k faire équilibre au demi - rectangle la.Gy; on met l’extrémité inférieure l dans la coupe l ( fig. i ), et la pointe z dans la coupe de même nom, placée au-dessus de l , et dans la même verticale ; on établit les communications en plaçant le rhéophore positif dans r, le tourniquet dans a , et le rhéophore négatif dans r', le courant suit les conducteurs dans l’ordre rKR.'1'la.Gyzz'TOar. Il est ascendant dans a£; la terre exerce sur les deux courans horizontaux la. et Gy des actions égales et opposées; il ne reste donc plus que l’action de la terre sur la ligne verticale et G. L’expérience montre que cette force dirige le conducteur vers l’ouest. Si l’on change de place les deux rhéophores, le courant devient descendant dans a£, et le conducteur se retourne à l’est , ce qui prouve en même temps que les mOuvemens ne sont pas dus aux forces qui émanent des deux courans fixes R'R" et z'T. •

La mobilité de la tige recourbée z£z' permet de la tourner, dans chaque cas, de manière à ne pas gêner les mouvemens du conducteur.

§ 3g. Un courant horizontal , équilibré par un contre-poids , et suspendu de manière à tourner autour d’un axe horizontal , est dérangé de sa position verticale par l’action de la terre.

Pour exprimer le sens de ce dérangement, il faut généraliser et appliquer à l’espace qui environne les courans électriques, les dénominations usitées pour les bords d’une rivière. On suppose, dans ce cas, un homme placé dans le courant, la figure tournée du côté d’aval, et on appelle la rive à sa droite, la droite de la rivière, et le bord situé à sa gauche , la gauche de la rivière. Pour appliquer cette même idée aux courans électriques, il faut concevoir un homme couché dans le courant , la têle vers la pointe de la flèche qui en marque la direction , et la figure tournée du côté de la terre, et alors le fait dont il s’agit peut s’exprimer ainsi.

Un courant horizontal suspendu et maintenu en équilibre par un contre-poids } de manière à tourner librement autour d’une droite horizontale , est dérangé de sa position par V influence de la terre , il se relève vers sa gauche. Ce phénomène a lieu dans tous les azimuths possibles.

Un conducteur horizontal Je (fig. 35 J est sus-

pendu par les deux branches recourbées Syati et tr,Gi', dans les deux coupes i et i (fig. i ), placés sur une même horizontale. 11 est équilibré par un contre-poids [A, attaché à un tube de verre qui réunit les deux montans Sya. et erë ; l’une des coupes i 1 est en communication métallique avec la colonne l'y par l’intermédiaire de la coupe x' qui pose sur cette colonne, et peut tourner à volonté dans tous les sens. La seconde coupe i est soudée à l’extrémité d’un conducteur métallique ix terminé par une pointe qui plonge dans la coupe x soudée à la colonne centrale Ty. Les deux conducteurs i'x' et ix sont attachés à un même axe isolant .t'*; de celte manière on peut, en tournant la coupe supérieure a/, amener la ligne horizontale u, et par suite le conducteur Si dans tous les azimuths. Ce mouvement n’est limité que par l’épaisseur des deux colonnes. En établissant les communications dans l’ordre suivant , t 1 'x'?£>\iSya.i: rTQ , la terre exercera sur les deux portions verticales yS, en, des actions égales et contraires qui se feront, par conséquent, équilibre ; il ne restera que les effets produits sur les deux horizontales Si et r&cty. Ces deux actions sont contraires ; mais Si étant plus long que la somme des deux lignes et cty, et agissant par un bras de levier beaucoup plus grand , les phénomènes seront tels qu’on les observerait sur Si seul ,

mais avec une intensité un peu moindre. Or, on voit que le plan est dérangé de sa position verticale dans tous les azimutlis ; ainsi , quand le courant <Tê va du sud au nord , il se relève à l’ouest , du nord au sud , à l’est ; quand il va de l’est à l’ouest , il se relève au sud ; et de l’ouest à l’est , il se dévie vers le nord, ce que l’on peut énoncer comme nous l’avons fait , en disant qu’il se dévie toujours à sa gauche.

§ 4°- Un courant qui suit une courbe fermée suspendue de manière à tourner autour de la verticale qui passe par son centre de gravité prend une direction fixe par l’action de la terre ; elle devient à peu près parallèle à l’équateur , et le courant va de test à l’ouest dans la partie inférieure de la courbe.

• Pour soustraire cette courbe (fig. 36) à l’action des colonnes qui apportent l’électricité , et qui lui donnent une issue , il faut en faire les supports j'a et y '«T assez longs, de manière que le eercle tombe tout près du niveau de la table. On met les deux pointes y ' et y dans les coupes de même nom ( fig. 1 ) , et on établit les communications comme il suit : r'T'y'aëyjyTQ ; le cercle tourne alors, et après quelques oscillations, se fixe, la partie aë à l’est, et y S à l’ouest; en changeant les rhéophores de place, l’appareil se retourne, et, après quelques oscillations, s’arrête

dans la positiou opposée à la précédente. Si ce conducteur était absolument libre , il pourrait passer d'une des positions à l’autre en tournant indifféremment d’un côté ou de l’autre ; mais dans l’appareil, il ne peut achever sa demi-révolution qu’autant qu’elle s’opère dans le sens où les deux branches verticales ne sont pas arrêtées par les deux colonnes qui les soutiennent.

$ 4u Ce qui se présente de plu» simple pour expliquer les phénomènes précédens sans multiplier les ayons naturels, c’est de concevoir qu’il existe à la surlace ou dans l’intérieur duglobe, des eourans électriques qui agissent sur les conducteurs voltaïques, d’après les lois que nous avons reconnues dans les deux premiers chapitres. Pour produire la rotation continue qu’on observe dans un courant horizontal ( § 36), la terre agit comme un courant tangent à l’horizon ; mais cette expérience ne suffit pas pour déterminer complètement la positiou du courant terrestre, car le phénomène serait produit également par un courant situé au midi et allant de l’est à l’ouest, ou # l’ouest allant du sud au nord, ou par un courant qui serait au nord du lieu de l’observation et qui marcherait de l’ouest à l’est, ou enfin par un coûtant qui, placé à l’est, irait du nord au sud. En général tous les eourans tangens à l’horizon satisferaient également à la condition de faire tour-

ner un courant horizontal tixe par une de ses extrémités, comme nous avons vu que la terre le fait tourner. Le second fait (§38) , qui consiste dans la direction d’un courant vertical, détermine la position du courant terrestre ; en effet, lorsqu’un courant vertical est descendant, il va en s’approchant du globe et doit rétrograder sur le courant fixe; quand il est ascendant, il s’éloigne du courant terrestre, et doit se transporter dans le même sens que l’électricité de ce courant : or, dahs le premier cas, il se porte vers l'est , et dans le second vers l’ouest, d’où il résulte que la direction du courant terrestre est de l’est à l’ouest. Les mêmes effets peuvent évidemment être produits par plusieurs courans à peu près parallèles à l’équateur et dirigés tous de l’est à l’ouest. Si donc l’action de la terre sur les courans voltaïques, est de la même nature que celle que ces courans. exercent les uns sur les autres, il doit exister à la surface ou dans l’intérieur du globe, un ou plusieurs courans électriques dirigés à peu près de l’est à Pouest, et situés au sud pour toute l’Europe, car toutes les expériences faites en Angle» terre, en Italie, à Genève, en France et en Allemagne, ont conduit aux mêmes résultats.

§ 4 2 - Pour apprécier le degré de probabilité de cette hypothèse, il faut d’abord examiner si elle s’accorde avec les deux autres faits déjà décrits

($3g et 4o) , et en suivre les conséquences pour les vérifier ensuite expérimentalement. Je remarquerai d’abord qu’en observant attentivement la direction des conducteurs verticaux, on reconnaît qu’ils ne se dirigent pas exactement de l’est à l’ouest, mais que le plan de leur position d’équilibre, fait avec la perpendiculaire à la méridienne, un angle qui est à Paris de 20 * à 25°; dans l’expérience du § 3q, un courant horizontal est attiré au sud ou repoussé vers le nord, lorsqu’il est parallèle au plan que nous venons de déterminer, attiré quand il va de l’est à l’ouest, repoussé dans le cas contraire, et ces résultats sont parfaitemeut conformes à ceux que produirait un courant situé au sud du lieu de l’observation et dirigé de l’est à l’ouest. Pour les positions intermédiaires, tout ce que l’on sait à priori , c’est qu’en renversant le sens du courant horizontal , on change constamment l’attraefion en une répulsion égale et contraire, ou réciproquement; mais le calcul va plus . loin. En effet, on a vu dans la partie mathématique de cet Essai (§ 3 1 ), que l’action d’un courant qui parcourt un cercle ou une ligne droite indéfinie, sur une autre portion de courant infiniment petite, est toujours perpendiculaire à cette dernière; d’où il résulte qu’un courant quelconque, soumis à l’action de la terre , sera constamment sollicité par des forces perpendiculaires à sa

direction, dans chacun de ces points, et qui devront être considérées comme parallèles entre elles, dans toute l’étendue du conducteur, à cause de la grande distance à laquelle se trouve placé le courant du globe.

§ 43. Ainsi, un courant horizontal librement suspendu , ne doit prendre aucun mouvement dans le sens de sa longueur , mais se transporter parallèlement à lui-même de sa droite à sa gauche.

L’appareil dont nous nous sommes servis ne peut pas manifester cette propriété, parce que le courant horizontal n’est pas libre de se mouvoir dans le sens de sa longueur, mais M. Faraday est parvenu expérimentalement à ce résultat ; en suspendant à un fil de soie très long un (il métallique horizontal, dont les extrémités recourbées légèrement plongeaient chacune dans un baquet de mercure, il a vu ce fil s’avancer dans tous les azimuths comme s’il était tiré par des forces parallèles et égales dans toute sa longueur, et perpendiculaires à la direction du fil.

$ 44- propriété de prendre tantôt un mouvement de rotation continu, et tantôt une position fixe d’équilibre, par l’inlluence de la terre, n’appartient pas uniquement aux couraus horizontaux ou verticaux ^ un petit courant rectiligne , situé d’une manière quelconque dans l’espace, et sou-

mis à l’influence de la terre , est sollicité par une force perpendiculaire à sa direction ; si maintenant ce petit courant tourne autour d’un axe, il peut arriver deux cas; ou parmi ses diverses positions il y en aura une dans laquelle la direction de la force rencontrera l’axe de rotation, et alors le courant restera en équilibre; ou la direction de la force ne rencontrera jamais celle de l’axe de rotation, et le conducteur prendra un mouvement continu. Ce dernier cas estévidemment celui d’un conducteur horizontal, tournant autour d’un axe vertical ($36). Le premier est réalisé par un courant horizontal tournant autour d’un axe horizontal ( $ 3g), ou par un courant vertical, tournant autour d’un axe vertical, (§ 38).

$ 45. Nous avons vu ($ ^o) qu’une courbe fermée, tournant autour d’un axe vertical , se dirige , par l’action de la terre , dans un plan qui fait avec la ligne est-ouest un angle de 20 “ à 2.5° pour Paris. Si l’on conçoit une ligne perpendiculaire au plan de la courbe , et se mouvant avec elle , sa direction dans, l’état d’équilibre sera vers le nord , faisant avec la méridienne un angle d’environ 20 à 25°. Le plan dans lequel cette ligne vient ainsi se placer est déjà connu des physiciens par les expériences sur l’aiguille aimantée; on le nomme méridien magnétique. Avec cette dénomination on peut donner un énoncé plus exact du phéno-

mène, en disant: Une courbe plane fermée mobile autour d’un axe vertical , et parcourue par l’électricité voltaïque, se dirige , sous l’influence du globe , dans un plan perpendiculaire au méridien magnétique.

La direction que prend une courbe fermée est une conséquence directe de l’action exercée par la terre , sur un courant horizontal et sur un courant vertical. Pour plus de simplicité, remplaçons le cercle (fig. 36) par un rectangle (lig.3^), les deux branches horizontales et yi, parcourues en sens contraire par le courant, tendent à tourner continuement , et dans des directions opposées, autour de l’axe de suspension; et puisqu’elles sont égales et semblablement placées par rapport à l’axede rotation, elles se feront équilibre; reste l’action de la terre sur les deux lignes verticales Cy et de; si d’abord le courant suit la direction CyJ'e, le conducteur descendant Cy tend à se porter à l’est, et le conducteur ascendante^ à l’ouest ; si le courant parcourt les conducteurs dans l’ordre eJyC , c’est, au contraire, ed* qui se porte à l’est, et y£ à l’ouest. Dans les deux cas, les forces qui sollicitent ces deux branches verticales concourent à donner au système la direction observée dans laquelle le courant de la partie in- |

férieure va de l’est à l’ouest.

Si maintenant on emploie un courant recourbé

«l’une manière quelconque , on peut décomposer chacun de ses élémens en deux parties , l’une horizontale et l’autre verticale. Les parties horizontales tendront à produire un mouvement de rotation, soit dans un sens, soit dans un autre, suivant leur direction; mais pour toute courbe fermée, la somme des élémens horizontaux parcourus dans un sens, sera égale à la somme des élémens horizontaux parcourus en sens contraire; il y aura, par conséquent , équilibre dans cette partie du système, mais les courans verticaux tendront tous à prendre une position fixe d’équilibre. Pour détermiuer ce qui en résultera , il faut distinguer deux cas : le premier est celui où la courbe , comme dans la fig. 36, tourne autour d’un axe qui la divise en deux parties; alors, comme nous l’avons expliqué sur le rectangle , les élémens verticaux situés de chaque côté de l’axe, concourent tous à amener la courbe dans la position où le courant de la partie inférieure va de l’est à l’ouest. Le second cas est celui où la courbe tourne autour d’un axe qui la laisse toute d’un même côté. Alors la branche verticale la plus éloignée de l’axe de rotatation, agit par un plus grand bras de levier que la branche opposée, et détermine le mouvement du conducteur. Si donc elle est ascendante, le système se transporte à l’ouest de l’axe de rotation; si elle est descendante, le système est porté

à l’est : dans les deux cas, le courant de la partie inférieure va de l’est à l’ouest.

§ 46. Pour vérifier ces diverses conséquences, il est nécessaire d’augmenter l’influence de la terre sur les conducteurs que l’on emploie , car cette influence est toujours très faible. On peut atteindre ce but de plusieurs manières; par exemple, s’agit-il d’observer cette influence sur une courbe fermée verticale ? on pourra employer une spirale dont chaque tour équivaudra dans la pratique à une courbe fermée ; les figures 38 et 3g représentent ces spirales assemblées par paires sur un tube de verre e>t , de manière qu’elles tendent à tourner dans le même sens par l’influence du globe, la première paire autour d’un axe pris dans le plan commun des deux spirales, la seconde autour d’un axe pris hors des plans des courbes. Ces deux conducteurs se suspendent successivement dans les coupes y et y' de la fig. 1 , et en plaçant le rbéophore positif dans r ' , le tourniquet elle rbéophore négatif dans b, la direction du courant dans les deux appareils est y' ctÇyJ'etiütx.Ày ; le premier (fig. 38) se dirige, le point e à l’est et » à l’ouest , pour le second , l’extrémité e est au nord et » au sud. Dans l’un et dans l’autre , si l’on change le rhéopbore de place, l’appareil se retourne et prend une position directement opposée à celle qu’il avait précédemment.

Dans la position d’équilibre de chaque système, le courant est dirigé de l’est à l’ouest pour la partie inférieure. On peut, en se servant des dis-"" tinctions que nous avons établies sur la droite et la gauche des courans, exprimer le fait général de la direction des courbes fermées par l’énoncé suivant : Un courant qui parcourt une courbe fermée, mobile autour et un axe vertical , se dirige par V action du globe de manière à avoir le pôle nord à sa gauche.

$ 4 7. On peut encore accroître l’influence terrestre, en pliant le fil conducteur en hélice; dans ce cas chaque tour de l’hélice agit d’après la loi des projections, comme le feraient un cerle perpendiculaire à l’axe du cylindre, et un petit courant parallèle à Taxe et égal en lon^ieur au pas de l’hélice ; ainsi quel que soit ce pas, la courbe entière agira comme une série de cercles parallèles, en même nombre que les tours de l’hélice, et un courant rectiligne qui serait dans l’axe. En faisant revenir le fil conducteur dans l’axe, en sens contraire, son action détruit celle de tous les petits courans égaux au pas de l’hélice , et il 11e reste qu’un appareil composé de cercles parallèles et parcourus dans un même sens ; c’est ce que l’on nomme un cylindre électro-dynamique. Pour construire cet instrument de manière à le suspendre par son centre, on forme d’abord un crochet j''

(fig. 4o) et une branche verticale^'® ;on tourne toujours dans le meme sens depuis le point a jusqu’à l’extrémité 6 ; on ramène le fil conducteur en €y f et on recommence à tourner depuis y jusqu’en S, dans le même sens que pour la première moitié de l’hélice ; enfin , on termine par un second crochet Sy. Si l’on suspend ce conducteur dans les coupes y' et y ( fig. i ), et qu’on établisse les communications comme dans les expériences précédentes, chaque spire tend à se diriger de manière que sa gauche regarde le nord ; et, en vertu de cet efTort, l’extrémité C se dirigera vers le nord et l’extrémité y vers le sud; l’axe du cylindre faisant avec la méridienne du heu, un angle d’environ 20 ° à a 5°. Si l’on renverse l’ordre des communicationsf en changeant de place les deux rhéopliores, l’extrémité £ se dirige au sud et y au nord , ce qui prouve que cette direction est bien due à l’inlluence du globe et non pas à l’action des diverses parties de l’appareil les unes sur les autres.

§ 48. Les deux extrémités du cylindre peuvent être considérées comme les pôles communs de tous les cercles qui le composent; on peut donc, sans rien changer à l’acception du mot pôle en Géométrie et en Astronomie , l’appliquer à ces deux extrémités , et les nommer les pôles du cylindre électro-dynamique. Alors pour les distinguer l’un

de l’autre, on remarquera que, par rapport aux courans terrestres, le pôle nord est à droite, puisque ces courans vont de l’est à l’ouest; si donc^ on veut nommer les deux pôles d’un cylindre électrique d’après leur analogie avec ceux de la terre, il faut appeler pôle nord ou boréal du cylindre, celui qui est situé à droite des courans héliçoïdes, c’est-à-dire le pôle qui se dirige au sud par l’action de la terre , et nommer , au contraire, pôle sud ou austral du cylindre , celui qui se dirige au nord, parce qu’il est à gauche des courans héliçoïdes, comme le pôle austral du globe est à gauche des courans terrestres.

§ 4 9 . Si l’on construit une seconde hélice semblable (fig. 4 1 )j et qu’on la termine par deux fils de cuivre longs et flexibles a! r et cfV, on pourra, après avoir fixé les deux extrémités des fils r et r' dans les deux coupes de même nom, amené le rhéophore positif dans r' et établi le reste des communications comme précédemment, présenter la seconde hélice à la première dans toutes les positions. D’abord si on les met l’une à la suite de l’autre, de manière que leurs pôles de noms diflerens se regardent , les cercles de ces deux hélices seront parallèles et parcourus dans le même sens; ils devront donc s’attirer. L’hélice (fig. (\0 ) ne peut pas , d’après son mode de suspension , obéir à cette force ; mais on conçoit que l’attrac-

tion aura encore lieu dans certaines limites, lorsqu’on présentera l’hélice ( fi". ) dans une posi-

tion inclinée à l’axe de la première , ou quand les deux axes demeurant parallèles, ne seront plus exactement dans le prolongement l’un de l’autre. Au contraire, si les pôles de même nom se regardent, les deux hélices sont parcourues par l’électricité en sens contraire et se repoussent. L’expérience fait voir que le même mode d’action subsiste pour toutes les positions relatives des deux hélices, et les phénomènes se passent constamment comme si d’une hélice à l’autre il y avait répulsion entre les pôles de même nom, et attraction entre les pôles de noms contraires.

§ 5o. M. Vanderlieyden a donné une grande force directrice à une hélice en la composant d’un très grand nombre de tours; à cet effet, après avoir plié un fil de cuivre verni sur un cylindre de carton ou de toute autre matière, d’un bout à l’autre en ne laissant qu’un très petit intervalle entre les différentes spires , ce physicien recouvrait l’hélice ainsi obtenue avec une feuille de papier verni, ou de toute autre substance isolante, et roulait de nouveau le lil de cuivre toujours dans le même sens pour le ramener au point de départ. En enveloppant de même plusieurs hélices les unes sur les autres, il a donné une grande énergie à un système qui n’était animé

que parla force électro-motrice d’un seul élément composé d’une plaque de zinc et d’une plaque de cuivre attachées à un bouchon de liège, et portant à la partie supérieure du bouchon, chacune une pince en cuivre pour serrer les deux extrémités du conducteur en hélice.

Un élément de pile galvanique , suspendu ainsi à un bouchon et flottant sur de l’eau acidulée, peut servir de conducteur mobile dans un grand nombre d’expériences. M. de la Rive, qui a inventé cet instrument, lui a donné le nom A' appareil flotteur.

MM. de la Rive ont fait, avec l’appareil flotteur, un grand nombre d’expériences ingénieuses qui sont décrites ici avec d’autres procédés ; ils ont démontré les premiers que la direction d’une courbe fermée parlinfluence de la terre était uniquement due à l’action du globe terrestre sur les branches verticales de cette courbe.

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