Kio6. 6. Kio

Tableau XVI.

Maenétite.

Tableau XVIT.

Magnétite.

PROPRIETES MAGNETIQUES DES CORPS.

Tarleau XVIII.

Magnétite.

K io6.

e. Kio6.

Tarleau XIX.

Magnétite.

536 ioooo,o(?)

54o 1 i5oo,o(?)

Conclusions.

Mesures absolues. — Notre appareil n'était pas disposé spécialement en vue des mesures absolues. Nous pensons que les déterminations absolues faites pour l'eau et le bismuth présentent une incertitude de 3 pour 100. Nous avons trouvé pour coefficient d'aimantation spécifique K de l'eau KioG = — 0,79? pour celui du bismuth Kio° = — i,35 (').

Les autres déterminations peuvent être considérées comme des déterminations relatives par rapport à l'eau, ramenées aux valeurs absolues en adoptant pour l'eau K io6 = — 0,79.

(') Les mesures de Quincke pour l'eau Kio6=: — o,8i5 et de Du Bois pour l'eau Kios = — 0,837, et celles d'Ettingshausen pour le bismuth Kio6=— 1,38 présentent, je pense, le même degré d'incertitude que les nôtres. Il serait bien utile d'avoir une bonne mesure absolue pour l'eau par une méthode plus directe. La méthode indiquée par M. Gouy (Comptes rendus, t. CIX, 1889, p. o,85), employée avec une balance très sensible, donnerait, je crois, d'excellents résultats.

Résultats numériques. — Le Tableau XX donne les valeurs des coefficients d'aimantation spécifiques pour divers corps à diverses températures et pour des champs compris entre 2 5 et i35o unités.

Tableau XX.

Températures.

io6K.

Bismuth solide

w solide

» liquide 273°à

Antimoine déposé par électrolyse. . .

» solide

» à la température am-

biante après chauffe à

Phosphore ordinaire, solide ou liquide 19 a

Phosphore rouge (valeur grossièrement approchée) 20 à

Eau i5 à

Sel gemme 16 à

Chlorure de potassium 18 à

Sulfate de potasse 17 a

Azotate de potasse, solide ou liquide

(fusion à 35o°) 18 à

Quartz parallèlement ou normalement à l'axe 18 à

Soufre octaédrique, prismatique, en

fleur, solide ou liquide i5 à

Sélénium, solide ou liquide <

Tellure 20 à

Brome

Iode, solide ou liquide (fusion à io4°). 18 à

Palladium

Air

Oxygène

! Champ de i3oo unités Champ de 25 unités Champ de 25 à i3oo unités. .

Le coefficient d'aimantation du bismuth varie en fonction de la

+544oooo,o

température 0 entre i5° et la température de fusion 273° suivant une loi linéaire; on a, dans ces limites de température,

io6Kq = — 1, 35 [1 — 0,001 15(0 — 20)].

Le coefficient d'aimantation spécifique des corps faiblement magnétiques est donné à diverses températures par la formule

I06Ki= 7J;,

où A est une constante et T la température absolue. Cette loi se vérifie sensiblement pour les corps suivants :

L'oxygène, entre i5° et 452°, avec A = 33700

Le palladium, entre 200 et 13700, avec A = i520

Le sulfate de protoxyde de fer (dissous), entre 120

et 1080, avec A = . . 2400

Les chlorures ferreux et ferriques, le sulfate de nickel, l'azotate de cobalt, le ferricyanure de potassium, le sulfate de manganèse dissous dans Feau (d'après les expériences de MM. Wiedemann et Plessner) entre 12° et 700.

Le sulfate de manganèse et le sulfate de cobalt desséchés (d'après M. Plessner) entre 120 et 6o°.

La magnétite, entre 85o° et i36o°, avec A = 28000

La fonte blanche, entre 85o° et 12670, avec A = . . . 385oo

( 34ooo

Le fer (!), entre 93o° et 1280", avec A = I à

Aux nombres qui précèdent, il faut joindre, pour avoir l'exposé de nos résultats :

Les Tableaux XII et XIII, qui résument nos expériences sur le fer doux (p. 307 et 3 1 4 ) ;

Le Tableau XIV relatif à la fonte (p. 323);

Le Tableau XV relatif au nickel (p. 324);

Le Tableau XIX qui résume nos expériences sur la magnétite (p. 325).

(*) L'échantillon G (entre ioi5° et 11820) est bien en accord avec cette loi; pour les échantillons E et F entre g3o° et 1280, les résultats sont grossièrement représentés par la formule; la loi de variation est, en réalité, moins rapide.

Comparaisons des propriétés magnétiques des corps étudiés. — Le coefficient d' aimantation spécifique des corps diamagnétiques est indépendant de l'intensité du champ. Il est aussi généralement indépendant de la température : c'est ce qui arrive pour l'eau, le sel gemme, le chlorure de potassium, le sulfate de potasse, l'azotate de potasse, le quartz, le soufre, le sélénium, le tellure, l'iode, le mercure, le phosphore, le bismuth fondu. Du moins, on peut dire que le coefficient de variation du coefficient d'aimantation de ces corps est fort petit, de l'ordre de grandeur du coefficient de dilatation des corps solides, par exemple.

L'antimoine et le bismuth font exception à cette règle ; le coefficient d'aimantation de ces corps diminue assez rapidement en valeur absolue, quand la température augmente. Pour le bismuth, qui a été étudié spécialement, la loi de variation est linéaire.

Les changements d'états physique ou chimique n'ont souvent qu'une influence insignifiante sur les propriétés diamagnétiques; celles-ci se révèlent alors comme des propriétés dépendant seulement de l'état des dernières particules de la matière et indépendantes de leur arrangement. Nous citerons, comme n'ayant pas d'influence, la fusion de l'azotate de potasse à 35o", celle du phosphore blanc à 44% celle de l'iode à io4°, celle du soufre; les transformations diverses qu'éprouve le soufre quand on le chauffe, les changements d'états allotropiques, tels que ceux du soufre prismatique et du soufre en fleur, se transformant en soufre octaédrique. Cependant il n'en est pas toujours ainsi : le coefficient d'aimantation du sélénium semble diminuer en valeur absolue de 3 à 4 pour ioo par la fusion; le coefficient d'aimantation du phosphore blanc éprouve une diminution bien plus considérable quand ce corps se transforme en phosphore rouge; l'antimoine se dépose par électrolyse dans un état allotropique beaucoup moins diamagnétique que la variété ordinaire; enfin, le coefficient d'aimantation du bismuth devient, par fusion, vingt-cinq fois plus faible.

Les corps faiblement magnétiques ont aussi un coefficient d'aimantation indépendant de l' intensité du champ; mais ces corps se comportent tout autrement au point de vue des changements produits par la température. La loi de variation du coeffi-

PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DES CORPS. 32g

cient d'aimantation a une allure hyperbolique et le plus souvent le coefficient d'aimantation spécifique varie simplement en raison inverse de la température absolue.

C'est au moins comme première approximation ce qui arrive pour l'oxygène, pour le palladium, pour les sels magnétiques dissous et desséchés.

La différence d'action de la température sur le coefficient d'aimantation des corps magnétiques et diamagnétiques est absolument tranchée et ces résultats sont en faveur des théories qui attribuent le magnétisme et le diamagnétisme à des causes de natures différentes (f).

Les propriétés des corps ferromagnétiques et des corps faiblement magnétiques sont, au contraire, intimement reliées. Un corps ferromagnétique se transforme progressivement quand on le chauffe et prend les propriétés d'un corps faiblement magnétique. Nous avons étudié sur le fer la transformation continue des courbes I=y(H) reliant l'intensité d'aimantation à l'intensité du champ, depuis la température ambiante jusqu'à 7600, température à partir de laquelle ces courbes ne sont plus que des droites passant par l'origine pour les limites des champs employés.

Lorsque l'on élève la température d'un corps ferromagnétique, et lorsque les propriétés magnétiques ont subi la première baisse rapide caractéristique qui correspond à ce que l'on appelle point de transformation magnétique (baisse qui a lieu vers 74^° pour le fer, vers 53o° pour la magnétite, vers 34o° pour le nickel), le coefficient d'aimantation est indépendant du champ magnétisant pour des champs inférieurs à i35o unités. Mais les coefficients d'aimantation sont encore considérables, si on les compare à ceux des

(l) Si ces causes de natures différentes se superposent dans un même corps, on peut s'attendre à trouver une loi de variation avec la température sous la forme

A et K, étant deux constantes, K1 caractérisant les propriétés diamagnétiques généralement invariables. En général, les propriétés magnétiques sont assez fortes pour masquer complètement l'existence d'un terme tel queK,; mais ceci n'a peutêtre plus lieu pour des corps très faiblement magnétiques, comme le palladium, par exemple, auquel semble correspondre pour K une loi de variation un peu plus rapide que la loi inverse de la température absolue.

33o OEUVRES DE P. CURIE.

corps faiblement magnétiques. Si l'on augmente encore la température, les coefficients baissent rapidement. Prenons comme type la magnétite, qui a été étudiée jusqu'à i3^o° et ne présente pas d'anomalies : nous verrons le coefficient d'aimantation finir par varier de 85o° à 13700 sensiblement en raison inverse de la température absolue; c'est la loi trouvée pour les corps faiblement magnétiques. De plus le coefficient d'aimantation de la magnétite est alors précisément de l'ordre de grandeur des coefficients d'aimantation de ces corps. Les expériences sur la fonte, sur le nickel et même celles sur le fer (( ), convenablement interprétées, tendent à prouver la généralité des conclusions qui précèdent. Il semble donc probable que, lorsque l'on élève la température, la loi inverse de la température absolue est une loi limite vers laquelle tend la loi de variation du coefficient d aimantation spécifique d'un corps ferromagnétique, lorsque la température est suffisamment éloignée de celle de transformation.

Analogie entre la manière dont augmente V intensité cV aimantation d'un corps magnétique sous V influence de la température et de V intensité du champ, et la manière dont augmente la densité d' un fluide sous V influence de la température et de la pression. — Il y a des analogies entre la fonction /(I, H, T)=o relative à un corps magnétique et la fonction /(D, p, T)=o relative à un fluide. L'intensité d'aimantation I correspond à la densité D, l'intensité du champ H correspond à la pression p, la température absolue T joue le même rôle dans les deux cas. Pour un corps faiblement magnétique ou un corps ferromagnétique à une température suffisamment élevée au-dessus de celle de transformation, on a la relation

(!) Prolongeons {fig. 12) la droite qui représente en coordonnées logarithmiques les lois de variations du coefficient d'aimantation de l'oxygène. Cette droite prolongée conviendra approximativement pour représenter les coefficients d'aimantation du fer entre 925° et 1280". Si l'on admet que la loi de variation de l'oxygène entre i5° et 4^0° se. vérifie aux températures élevées, il en résulte qu'entre 925° et 12800 l'oxygène et le fer ont presque les mêmes coefficients d'aimantation spécifique.

PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DES CORlJS. 33 1

où A est une constante. De même pour un fluide suffisamment éloigné de sa température de liquéfaction, on a la relation

D-Rf où ^ est une constante. La loi de la constance du coefficient d'ai-

mantation, quand le champ varie, et la loi inverse de la température absolue pour le coefficient d'aimantation sont les lois qui correspondent aux lois de Mariotte et de Gay-Lussac.

La manière dont varie l'intensité d'aimantation en fonction de

Fi g. »4-

— -An

la température dans le voisinage de la température de transformation, le champ restant constant, rappelle la façon dont varie la densité d'un fluide en fonction de la température dans le voisinage de la température critique (la pression restant constante). L'ana-

logie a lieu entre les courbes I = <p(T), que nous avons obtenues, et les courbes D = co(T) correspondant aux pressions critiques. La figure i4, construite avec les données déterminées par M. Amagat sur l'acide carbonique, et la ligure io, construite d'après mes expériences sur le fer, permettent de saisir cette analogie.

Les courbes de la figure i4 donnent, d'après les expériences de M. Amagat, les densités par rapport à l'eau de l'acide carbonique

vjv^

en fonction de la température (entre o" et 2o8°); chaque courbe correspond à une pression différente indiquée en atmosphères sur la ligure. La courbe de liquéfaction est tracée en pointillé. Les courbes {fig. i5) représentent la relation entre les intensités d'aimantation et la température pour le fer (entre ^So0 et 780°) pour des champs de oo, 100, 3oo, 1000 et i3oo unités.

Les courbes l=zf(t), relatives aux phénomènes magnétiques du fer pour des champs de 5o à i3oo unités, sont analogues entre ^4°° et 7800 aux courbes D = /(£) relatives à la densité de l'acide

carbonique entre o° et 208° pour des pressions voisines de 70atm

à 200atm.

Lorsque la température s'abaisse, le faisceau des courbes I =f(t~) pour le fer se resserre de 750" à 7400, puis, aux températures inférieures à 7400, Ie faisceau tend à s'épanouir. En général, pour les fluides, dans les limites de température utilisées jusqu'ici, le faisceau des courbes D =f(t) se resserre constamment quand la température s'abaisse. Cependant pour l'eau (expériences de M. Amagat), les courbes se resserrent seulement entre 2000 et 45° pour s'écarter ensuite légèrement les unes des autres lorsque la température passe de 45° à o°.

La comparaison peut être utile, car elle peut suggérer quelques expériences nouvelles. La densité d'un fluide, par exemple, augmente d'autant plus brusquement, lors d'un abaissement de température, que la pression est plus basse. Lorsque la pression est plus faible que la pression critique, la contraction est brusque et l'on a le phénomène de la liquéfaction. De même l'intensité d'aimantation augmente d'autant plus brusquement lors d'un abaissement de température que le champ est plus faible. On peut se demander si l'augmentation serait brusque avec un champ suffisamment faible. On peut encore se demander s'il existe un point critique et des constantes critiques pour les phénomènes magnétiques, etc.

A un point de vue plus général, on peut penser que les transformations magnétiques telles que celles du fer à 745°, de la magnétite à 53o°, etc., sont des phénomènes nécessaires à une température déterminée chez tous les corps magnétiques, comme sont nécessaires, pour les fluides, les contractions rapides, qui finissent toujours par se produire à une certaine température pendant le refroidissement.

Enfin, au point de vue des théories moléculaires, on pourrait dire, par analogie avec les hypothèses que l'on fait sur les fluides, que l'augmentation rapide de l'intensité d'aimantation se produit quand l'intensité d'aimantation des particules magnétiques est assez forte pour qu'elles puissent réagir les unes sur les autres.

Cependant je ne crois pas qu'il faille exagérer l'importance d'analogies entre phénomènes aussi dissemblables. Il faut surtout ne pas se laisser aveugler par ces analogies au point de ne pas

donner de l'importance aux faits caractéristiques qui sont en désaccord avec eux. Si l'on compare, par exemple, les courbes I = <i/(H) avec les courbes D = ty(p) à température constante, la ressemblance est douteuse ('). La courbe d'aimantation stable, par exemple, dont nous avons parlé plus haut, n'a pas d'analogue chez les fluides, et cette courbe me semble avoir une grande importance puisque c'est elle qui correspond à l'état d'équilibre du magnétisme.

Points de transformation du fer. — En plus du premier point de transformation magnétique normal de 'ji'o0, qui a son analogue chez tous les corps ferro-magnétiques , nos expériences indiquent entre 86o° et 8ç)o° une baisse très rapide et anomale des propriétés magnétiques; à 1280", un accroissement brusque du coefficient d'aimantation. Entre 925° et 12800, le fer est un corps comparable aux corps faiblement magnétiques, tels que l'oxygène ou le palladium. Ces résultats me semblent favorables à la théorie de M. Osmond, qui admet qu'au-dessus de 86o° le fer se trouve dans un nouvel état allotropique (2) (fer j3).

(*) La comparaison serait plus exacte en disant qu'il y a seulement analogie entre les courbes 1 = cp(T) à H constant et les courbes D = tp(T) à p constant.

(:) M. Arnold et M. Hadfield admettent que c'est à un carbure particulier que sont dues les nouvelles propriétés du fer au-dessus de 86o°, le fer n'étant jamais rigoureusement pur.