I I DO

ia5o

i3oo

On a représenté (fig- 11) les courbes I:=y(9). Au-dessus de 760", le coefficient d'aimantation est constant, I est proportionnel au champ; on n'a plus alors représenté, pour les températures supérieures à celle-là, que la courbe I=y'(9) relative à un champ de 1000 unités. Cette courbe (1), à l'échelle indiquée, s'évanouit vers 7700. Pour suivre le phénomène, on a représenté la même fonction : courbes (2), (3), (4), (5) avec des échelles respectivement 10, 100, 1000, oooo fois plus grandes pour I. Comme le champ relatif à ces courbes est égal à 1000, on peut encore dire que les courbes (i), (2), (3), (4), ('">) donnent respectivement, à l'échelle indiquée, les valeurs de Kio3, Kio4, Kio5, Kio6, 5Kio° pour H=iooo et même pour toutes les valeurs de H comprises entre 25 et i3oo unités, lorsque la température est supérieure à 760".

Aux températures supérieures à 7500 et jusqu'à 1 2800, l'intensité d'aimantation continue à décroître avec une vitesse de plus en plus faible. Mais, de 760° à 900°, la variation relative de l'intensité

d'aimantation - j est toujours considérable. L'intensité d'ai-

PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DES CORPS. 3l5

mantation diminue de la moitié de sa valeur d'abord pour quelques degrés, puis pour 200 ou 3o" d'élévation de la température.

De g5o° à 12800, le coefficient d'aimantation est presque constant, il diminue un peu avec la température.

Vers 1280°, le coefficient d'aimantation augmente brusquement de la moitié de sa valeur, puis de nouveau, de 12800 à 1 365°, il se remet à diminuer quand la température augmente.

Le fer doux présente une autre^singularité dans le voisinage de la température de 860". Cette singularité n'est guère apparente sur la figure 1 1, mais elle devient manifeste si l'on construit la courbe de logl (ou de logK) en fonction de la température 9. Le coefficient angulaire des tangentes à cette courbe donne les valeurs

de j -jz, expression qui, changée de signe, est la vitesse relative de

chute de l'intensité d'aimantation avec la température.

La courbe en logl a d'abord un premier point d'inflexion vers 700°, à une température voisine du point de transformation indiquant alors un maximum de vitesse relative de chute, puis la courbe a deux autres points d'inflexion, l'un à 84o° et l'autre à 88o°, qui indiquent respectivement pour ces températures un minimum

1 dl et un maximum pour -= -^r 1 ad

On a représenté {fig- 12) les valeurs des logarithmes des coefficients d'aimantation (LK) en fonction des logarithmes de la température absolue (LT); cette représentation est très avantageuse : l'échelle logarithmique pour le coefficient d'aimantation permet d'avoir une représentation d'ensemble des propriétés magnétiques d'un corps ferro-magnétique ; cette échelle permet encore de réunir sur une même figure les courbes relatives aux divers corps magnétiques et de les comparer entre eux. L'échelle logarithmique des températures absolues est l'échelle de température la plus naturelle pour tous les phénomènes (').

Enfin, lorsque, pour un corps comme l'oxygène, le palladium,

(x) Avec cette échelle une température infiniment basse est ( — 00) comme une température infiniment élevée est ( + 00). Les rapports des nombres exprimant des températures absolues sont seuls déterminés sans convention spéciale. ( Voir Lippmann, Journal de Physique, 1* série, t. III, p. 227.) Les différences des logarithmes sont de même déterminées.

les sels magnétiques, on a la relation K= - (où K est une constante), la représentation est une droite de coefficient angulaire égal à (— i).

Les phénomènes qui se passent vers j5o° pour le fer {fig. 12, pointa) sont normaux; ce sont des phénomènes qui se rencontrent chez tous les corps ferro-magnétiques aux températures voisines de celles de transformation magnétique.

On voit nettement {fig. 12) que l'allure de la courbe de a en b entre 760° et 86o° ne se poursuit pas au delà. Entre 860" et 900°

Fis. 12.

LK

CD

\<J> In

ta-

so4

^xg.

AS

Palla

Lamm

la chute est beaucoup plus brusque; de part et d'autre de 86o° (point b) on a des points d'inflexion. Sur la courbe, {fig. 1 1), au contraire, la perturbation est à peine visible et se traduit seulement par un léger aplatissement de la courbe vers 860".

On peut maintenant chercher à se faire une idée de ce qui se produit dans le fer. L'explication suivante me paraît séduisante;

je la donne toutefois sous toute réserve : on pourrait admettre que jusqu'à 86o°, le fer se comporte normalement comme tout autre corps ferro-magnétique. Vers 860" ( fig. 12) le fer commence à se transformer en une deuxième variété allotropique, la transformation est complète vers 920" (e) et le fer reste dans cet état jusqu'à 12800 (cl); le fer est alors analogue à un corps faiblement magnétique, au palladium, à l'oxygène. Enfin, à 12800, le fer revient à son premier état et la ligne e/'(i28o" à i366°) semble être le prolongement de la ligne ab. La ligne ab prolongée jusqu'en /"constituerait bien une courbe analogue à celle que donne la magnétite ou le nickel ( ' ).

Examen plus détaillé des expériences. — Il convient de se rendre compte du degré de certitude des faits qui viennent d'être décrits et de préciser certains détails qui peuvent donner des indications sur la nature des phénomènes. La transformation magnétique vers 700" n'est pas brusque, tout au moins pour les champs intenses. La diminution de l'intensité d'aimantation, quand la température s'élève, est seulement très rapide, d'autant plus rapide que le champ est plus faible; il y a tendance à transformation brusque lorsque les champs deviennent très faibles. 11 n'est pas admissible, par exemple, que des inégalités de température dans le fil de fer masquent une chute brusque sensible. Les échantillons F et G sont, en effet, des fils de masse très petite; ils sont placés dans des tubes de platine dirigés horizontalement dans le four. Les différences de température doivent être extrêmement petites dans les diverses parties des fils et ne sauraient masquer que des chutes brusques insignifiantes.

(l) J'ai émis cette hypothèse pour donner une image des résultats de mes expériences et pour chercher à quelles conséquences ils semblent conduire lorsqu'on les considère isolément. Je ne me fais pas d'ailleurs l'illusion de croire que ces résultats soient suffisants pour résoudre à eux seuls la difficile question des transformations du fer. Cette question a été l'objet de nombreux travaux en ces dernières années. M. Le Chatelier a remarqué (Société de Physique, séance du 20 avril 1894) que la transformation magnétique vers 7500 et le changement d'allure vers 86o° correspondent respectivement aux transformations Ar2 et Ar3 de M. Osmond, et que la transformation de 1280° correspond à un changement dans les propriétés du fer qui avait été signalé vers i3oo° par M. Bail, mais dont l'existence avait été contestée (Osmond, Transformation du fer et du carbone, 1888. Ball, Proceedings of the Iron and Steel Institute, t. I, 1891, p. io3).

3l8 OEUVRES DE P. CURIE.

La transformation qui se produit à partir de 86ou m'avait échappé lorsque je fis les mesures, parce que je n'avais pas employé les coordonnées logarithmiques pour représenter les valeurs de K. Le changement de direction de la courbe en LK est absolument nécessaire pour expliquer la baisse considérable qui se produit entre 855" et 900° d'après les mesures faites sur l'échantillon D et sur l'échantillon E. Cette baisse du coefficient d'aimantation avec la température ne me paraît pas non plus être tout à fait brusque bien qu'elle soit fort rapide.

La transformation qui se produit vers 1280" et se traduit par une augmentation brusque a d'abord été pressentie avec l'échantillon E platiné qui, à la limite des températures atteintes dans les expériences (12900), indiquait une tendance à l'augmentation pour K (fig- i3). L'existence de l'augmentation est, je pense, mise hors de doute par les expériences avec l'échantillon F. On peut suivre ( fig. i3) la marche de ces expériences (on a représenté les valeurs de LI en fonction de LT et l'on a indiqué sur l'échelle de LT la position de quelques températures 9 exprimées en degrés centigrades). La courbe (4) points (o) se rapporte à l'échantillon E platiné. La courbe (3) points (.) se rapporte à l'échantillon F. Toutes les mesures ont été faites après avoir laissé la température constante un temps suffisant pour que le morceau de fer soit en équilibre de température avec le four et le couple. Avec l'échantillon E, on a commencé par chauffer jusqu'à 1 1620 en faisant des mesures; on est revenu à 933", ce qui a permis de constater une baisse des valeurs de K à une même température. On a ensuite chauffé jusqu'à i365°; une hausse brusque des valeurs de K s'est produite entre 1245° et 1295°. A partir de i3oo° jusqu'à i365° K diminue. On a fait des déterminations pendant le refroidissement qui montrent que K éprouve, en sens inverse, les mêmes variations que pendant réchauffement. Les courbes par échauffement et refroidissement auraient été probablement identiques si les expériences n'avaient été troublées par une baisse lente et progressive dans les valeurs de K qui semble avoir été proportionnelle au temps, qui s'est produite constamment, mais dont nous n'avons pas su pénétrer la cause.

L'échantillon F était en bon état à la fin des mesures et son poids n'avait pas varié. Nous avons voulu toutefois nous assurer,

PROPRIETES MAGNETIQUES DES CORPS. 3l9

en nous mettant dans des conditions très différentes, que la varia-

ooei

oosi

"nOOll

tion reconnue à 1280" n'était pas due à quelque action secondaire,

cémentation du fer par le platine, formation d'oxyde, déréglage de l'appareil, etc. Les expériences ont été faites dans ce but avec l'échantillon G, points (6) marqués lL(fig. i3). Cet échantillon était situé dans une ampoule de porcelaine. Il avait une masse six fois plus grande que celle de l'échantillon F. Les résultats de l'expérience sont en accord avec ceux donnés par l'échantillon F. Les valeurs numériques pour K sont aussi à peu près les mêmes et à peu près la même aussi la grandeur de la variation à 12800. Un accident a mis fin aux expériences et l'on n'a pas pu voir ce qui se passait pendant le refroidissement. Les expériences avec le fer F indiquent que le changement de 12800 est brusque. Les expériences avec le fer G indiquent, au contraire, une augmentation progressive de K avec la température; mais cette augmentation progressive résulte évidemment de ce que la température du morceau de fer G n'était pas uniforme. Ce morceau, en effet, était assez volumineux et sa plus grande dimension était dirigée verticalement; il était situé dans une grosse ampoule de porcelaine qui occupait une place très grande dans le four.

D'une manière générale nous n'avons pas trouvé d'hystérésis dans la relation entre l' intensité d' aimantation et la température pour le fer doux (1). C'est-à-dire que les valeurs obtenues pour l'intensité d'aimantation à chaque température ont été retrouvées à peu près les mêmes pendant la période d'échauffement et celle de refroidissement. 11 convient de rappeler que les morceaux de fer employés ont subi une cuisson prolongée vers 1 200" avant d'être portés dans l'appareil magnétique. Comme vérification de cette concordance dans les résultats obtenus à chaque température, nous citerons, pour L'échantillon B, les quatre séries à la température ambiante et deux séries à 688°. Pour l'échantillon D les valeurs obtenues lorsque les températures successives vont en augmentant sont en accord avec celles obtenues lorsque les températures successives allaient en diminuant.

Nous avons vu qu'avec l'échantillon F le coefficient d'aimantation aux températures supérieures à 10000 a baissé d'une façon continue pendant le cours des expériences.

(') L'acier présente au contraire des phénomènes d'hystérésis de ce genre très marqués, M. Hopkinson a décrit ces phénomènes dont j'ai pu vérifier l'existence.

Ce n'esl pas là un effet d'hystérésis, mais bien plutôt une sorte de viscosité dans l'action de la chaleur. Cette viscosité, nous l'avons encore rencontrée plus accentuée dans un autre échantillon ('); mais, au contraire, les échantillons B, D, F, G ne nous ont rien donné de semblable. Il y a là une contradiction que nous n'avons pas su expliquer.

Propriétés du fer platiné. — On a obtenu avec l'échantillon D, qui avait été platiné, des résultats qui diffèrent sensiblement de ceux trouvés avec les autres échantillons. Les deux premières transformations se sont rapprochées au point presque de se confondre. En effet, le maximum de vitesse de chute de K, constituant la transformation magnétique proprement dite, a lieu vers 773° au lieu de remonter vers 700°, et la baisse rapide qui, avec le fer doux, a lieu entre 860" etç)00°, a lieu entre 8170 et 86o°. Le fer est dans un état comparable aux corps faiblement magnétiques entre 91 5° et 12800 (cd, fig. 12); cet état s'étend de 870" à 12900 (ftg. i3) pour le fer platiné.

J'ai fait des expériences sur un échantillon de fonte blanche très impure (2).

J'avais pour but principal de voir quel trouble la fusion apporte dans les phénomènes magnétiques. La fonte était placée dans une ampoule de porcelaine. Les résultats sont consignés Tableau XIV, figure 12 (points X) et figure i3, courbe 5, points . .

La fusion ne semble avoir aucune influence; la température de transformation magnétique a lieu vers 670" à une température inférieure à celle du fer doux. La deuxième transformation du fer doux n'existe plus. De 93o° à 12670, les résultats sont très voisins de ceux donnés par le fer. De 85o° à 12670, les résultats peuvent

(') Nous ne donnons pas les résultats obtenus avec cet échantillon parce qu'un accident nous a empêché d'avoir une série complète.

(2) Je n'ai pas d'analyse quantitative. Cette fonte contenait beaucoup de carbone combiné et de carbone graphitoïde, beaucoup de phosphore, beaucoup de soufre, un peu d'arsenic.

être représentés approximativement en coordonnées logarithmiques par une droite de coefficient angulaire égal à — î ('). On aurait alors

io6k,= •

On voit que la fonte blanche est assimilable à un corps faiblement magnétique sur un intervalle de température plus grand que le fer doux. La présence du carbone contribue donc à maintenir le fer à plus basse température dans l'état où il se trouve entre 93o° et 12800.

La température de transformation magnétique du nickel est voisine de 34o"; nous avons étudié ce corps entre 3^3° et 8060. Le coefficient d'aimantation est alors indépendant de l'intensité du champ. Il décroît régulièrement et très rapidement quand la température augmente. Le nickel était renfermé dans un tube de platine. Les résultats obtenus sont consignés dans le Tableau XV et figure 12.

MAGNÉTITE.

La magnétite (fer-aimant Fe304) est le corps ferro-magnétique qui se prête le mieux à une étude complète des propriétés magnétiques au-dessus de la température de transformation. C'est un corps stable que l'on peut chauffer à des températures très élevées dans des ampoules de platine sans l'altérer. Les trois échantillons sur lesquels ont porté les expériences ont été pris dans un même cristal de magnétite octaédrique (provenance d'Essex, Etats-Unis). La température de fusion a été trouvée à 13^7°. La température de transformation magnétique a lieu vers 535°. De 55o° à 3^0°, le coefficient d'aimantation est indépendant du champ et décroît très régulièrement quand la température s'élève.

Les déterminations relatives aux trois échantillons sont respectivement données par les Tableaux XVI, XVII et XVIII, et les courbes des figures 12 et i3.

(l) Le gros trait placé dans le bas de la figure i3 indique la direction des droites de coefficient angulaire égal à ( — 1).

Les résultats obtenus avec les deux premiers échantillons sont convenablement représentés par la courbe (i) {fig. i3) [points 9 et points X]. Les résultats obtenus avec le troisième sont un peu plus forts et sont représentés parla courbe (2), points ®.

On voit qu'aux températures supérieures à 85o" les résultats sont convenablement représentés en coordonnées logarithmiques par une droite ayant un coefficient angulaire égal à ( — 1), c'està-dire que, à ces températures élevées, la magnétite se comporte comme les corps faiblement magnétiques, comme l'oxygène, comme le fer. Le coefficient d ' aimantation de la magnétite varie en raison inverse de la température absolue entre 85o° et i36o°. Ceci semble être une loi limite vers laquelle tend le coefficient d'aimantation delà magnétite lorsque la température s'élève. Cette loi se vérifie avec une approximation comparable aux incertitudes des expériences qui, à vrai dire, sont peu précises à ces températures (voir Jig. i3). On a, entre 85o° et i36o°,

Kios= — -

Le Tableau XIX a été dressé d'après l'ensemble de nos déterminations pour représenter les propriétés magnétiques de la magnétite.

Je désirais beaucoup savoir si le coefficient d'aimantation variait au moment de la fusion. Tous les essais, dans ce sens, sont demeurés infructueux et, en atteignant la température de fusion, i3t7°, quelque accident mettait chaque fois fin aux expériences. Dans la dernière série, la température étant montée accidentellement au-dessus de i4oo°, le four de porcelaine s'est boursouflé et a fondu, enveloppant dans une sorte de gangue tout ce qu'il contenait.

Tableau XIV.

Fonte.