CONDEXSATEIRS A ANNEAU DE GARDE. ^3 I
Les formules (i) et (2) nionlrenl que, lorsque l'on augmente le rajon R, le rayon ;■ restant constant, la force diminue plus vite avec le nouveau mode de fonctionnement qu'avec l'ancien. Avec l'ancien mode, la force tend vers | V- lorsque R tend vers l'infini, tandis qu'elle tend vers zéro avec la nouvelle méthode. Ceci pouvait se prévoir a priori.
Au contraire, si (R — /■) est petit par rapport à /*, les formules (i), (2), (3) donnent sensiblement les mêmes résultats.
L'électromètre sphérique présente, à certains points de vue, des avantages très sérieux. Cet électromètre absolu serait peutêtre le meilleur, si l'on parvenait à surmonter les grosses diflicultés que l'on rencontre dans sa construction. L'usage de cet instrument sera plus pratique en employant le nouveau mode opératoire que nous venons d'indiquer. Signalons, en particulier, que l'on pourra \érifier la coïncidence des centres des deux sphères en utilisant les phénomènes électriques, en constatant par exemple que la force agissant sur la sphère intérieure est nulle lorsque, cette sphère restant en relation avec la terre, on porte toute la sphère extérieure à un certain potentiel.
A. DIVERSES TEMPÉIUÏURES.
Annales de Chimie et de Physique, -j" série, t. \, iSgS, p. li
Introduction.
Les corps se divisent, au point de vue de leurs propriétés magnétiques, en trois groupes distincts :
i" Les corps dia magnétiques, qui comprennent le plus grand nombre des corps simples et composés;
2" Les corps faiblement magnétiques, parmi lesquels se trouvent l'oxygène, le bioxjde d'azote, le palladium, le platine, le manganèse, enfin les sels de manganèse, de fer, de nickel, de cobalt, de cuivre, de didjme;
3" Les corps ferro-magnétiques, c[ui comprennent le fer, le nickel, le cobalt, la magnétite (Fe-'O''), et encore l'acier, la fonte et divers alliages.
A première vue, ces trois groupes sont absolument trancliés; cette séparation supporte-t-elle un examen plus approfondi? Existe-t-il des transitions entre ces grouj)es? S'agil-il de phénomènes entièrement dillérents, ou avons-nous affaire seulement à un phénomène unique plus ou moins déformé? Ces questions préoccupaient beaucoup Faraday qui y revient souvent dans ses Mémoires. On lui doit sur ce sujet une expérience importante : on savait depuis fort longtemps que le fer perd à la chaleur rouge ses propriétés magnétiques; Faraday a montré qu'aux températures élevées le fer reste encore magnétique, bien que faiblement.
PROPRIKTÉS MAGNÉriQri-S DKS CORPS. 233
Un aiêine corps peut donc appartenir successivement au troisième et au second groupe.
Indépendamment de toute théorie, on sent qu'un phénomène est connu dans les grandes lignes lorsque nos connaissances forment un tout continu, lorsque nous pouvons, entre deux cas donnés, imaginer toule une série de cas intermédiaires aussi rapprochés que Ton voudra. On n'en est pas encore là pour les phénomènes magnétiques, et l'on doit faire de nouvelles exi)ériences.
Pour résoudre le problème, il faut, je pense, étudier les propriétés magnétiques de divers corps dans des conditions aussi différentes que possil)le de température, de pression, d'intensité de champ magnétique. Je me suis proposé dans ce travail de faire varier la température dans des limites très étendues, et je suis parvenu à étudier certains corps depuis la température ambiante jusqu'à iS-o''.
J'ai étudié à diverses températures, parmi les corps diamagnétiques : 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 phosphore, l'antimoine et le bismuth; parmi les corps faiblement magnétiques : l'oxygène, le palladium, le sulfate de fer; parmi les corps ferro-magnétiques : le fer, le nickel, la magnétite et la fonte.
Mes expériences n'ont amené aucun rapprochement entre les propriétés des corps diamagnétiques et celles des corps paramagnétiques, et les résultats sont favorables aux théories qui attribuent le magnétisme et le diamagnétisme à des causes de natures différentes.
Au contraire, les propriétés des corps ferro-magnétiques et celles des corps faiblement magnétiques sont reliées intimement. Un corps ferro-magnétique se transforme progressivement, quand on le chauffe, en corps faiblement magnétique et l'on peut donner une image générale des |diénomènes en remarquant que la façon dont l'intensité d'aimantation varie sous l'influence de la température et de l'intensité du champ magnétisant rappelle la façon dont la densité d'un fluide varie sous l'influence de la température et de la pression.
Bien que ce travail comjiorte un nombre considérable de mesures, il doit surtout être considéré comme une recherche d'in-
vestigation générale. Les mesures ne sont pas très précises, l'incertitude des coefficients d'aimantation déterminés est, en etïet, de l'ordre de grandeur de i à 2 pour 100, même au point de vue des valeurs relatives. Enfin, j'ai pu examiner assez complètement les propriétés magnétiques de quelques corps, mais l'étude de plusieurs autres a été à peine ébauchée, et les nombres que j'ai déterminés pour ceux-ci doivent être considérés comme le résultat d'une simple reconnaissance destinée à rendre compte de la manière générale dont ils se comportent au point de vue de leurs propriétés magnétiques lorsque la température varie.
La variation du coefficient d aimantation des corps diamagnétiques avec la température n'avait été lobjet jusquici d'aucune étude systématique, cependant Pliicker (') avait remarqué que, lorsque la température augmente, le diamagnétisme de la stéarine^ du soufre et du mercure reste invariable, tandis que le diamagnétisme du bismuth diminue.
Les sels magnétiques ont été l'objet dune étude de Wiedemann ; il est arrivé à cette conclusiou importante que leur coefficient d'aimantation diminue quand la température augmente et que le coefficient de variation est le même pour tous les sels magnétiques. Ce coefficient a une valeur absolue voisine de celle du coefficient de dilatation des gaz. M. Plessner a repris le travail de \\iedemann el il est arrivé aux mêmes conclusions (-).
Rovvland, en 18-4, a étudié la susceptibilité du nickel, du cobalt et du fer à o" et à 23o". 11 a montré que la susceptibilité du nickel diminue lorsque la température augmente et que le champ magnétique est intense et commence au contraire par augmenter en même temps que la température lorsque le champ est faible.
M. Bauer, en 1880, et M. Berson (^) ont repris cette question. M. Berson a construit les courbes de l'intensité d'aimantation d'un barreau de nickel jusqu'à la température de 34o" à laquelle cette intensité d'aimantation tombe à des valeurs extrêmement faibles.
(') VViKDEMANX, Traité d' Électricité et de Magnétisme.
(-) Wiedemann, Traité d'Électricité et Pogg. Ann., l. CXXVI, i865, p. i. — Plessner, Wiedem. Ann, t. XXXIX, 1890, p. 836. (^) EwiNG, Magnetic induction, p. i63. — Berson, Journal de Physique,
PROPRIKTÉS MAGNÉTIOIES PES CORPS. ?.35
M. Ledeboer(') a étudié, jusqu'à la température de transformation magnétique, Tinduction dans un barreau de fer par une méthode élégante, fondée sur la mesure du coefficient de selfinduction d'une bobine dont le barreau du fer constitue le noyau. Il chaulTait le morceau de fer dans l'intérieur de la bobine à laide dun courant électrique, et mesurait la température avec un couple Le Chatelier. La bobine était préservée de léchautTement par un courant d eau. Nous a\ons, dans notre travail, utilisé ces excellents procédés de chaulTage et d'évaluation des températures. Le courant électrique permet de porter une partie inaccessible d'un appareil délicat à des températures très élevées; toute autre méthode ne saurait résoudre un pareil problème.
M. Hopkinson a fait un travail considérable sur les propriétés des corps ferro-magnétiques jusqu",! leur tempéraure de transformation. Il a étudié le fer, le nickel, l'acier et toute une série d'alliages de fer et nickel ou de fer et manganèse qui lui ont donné des résultats inattendus ( -).
M. Hopkinson a étudié les propriétés du fer et du nickel jusqu'à leur transformation magnétique (vers 770" pour le fer et 34o" pour le nickel); il a fait une étude détaillée des phénomènes, et il n'y aurait pas eu dintérét à reprendre pour ces corps un pareil travail, si ce n eut été pour étendre les limites de champs et de températures entre lesquelles il avait opéré. M. Hopkinson avait utilisé des chani|is magnétisants variant de 2 à 4o unités : j'ai pu me servir de champs variant de ^5 à i35o unités et j'ai pu suivre les propriétés du fer après sa transformation magnétique jusqu'à 1370"; enfin, je me suis attaché à anaUser la nature des phénomènes aux températures où se produit la transformation.
Le fer passe encore, quand on le chauffe, par d'autres transformations qui ont été signalées par un grand nombre d'obser\ ateurs et dont 1 étude a une grande importance au point de vue de la
(') Journal de Physique, 2« série, t. V^II, 1888, p. 199.
( = ) Philos. Trans., 1889, p. 443 (U-r).— Proceed. B. S., L. XLIV, 1888, p. Si; (nickel). — Proceed. B. S., 1889, 1890. — M. Hoplcinson a trouvé que le ferronickel à 25 pour 100 de nickel était faiblement magnétique à la température ambiante; refroidi à — 4o°, il devient ferro-magnétique et conserve cette propriété lorsqu'il revient à la température ambiante. Pour ramener le ferro-nickel à l'état primitif, il faut chaulTer au-dessus de 600°.
2'i6 OEUVRES DE P. CLRIE.
métallurgie du fer. Nos expériences sur le magnétisme sont venues joindre leur témoignage à ceux qu'avaient donnés d'autres propriétés physiques, et ce témoignage est singulièrement probant, parce que les propriétés magnétiques éprouvent des perturbations considérables lorsque le fer se transforme (').
Ce travail a été exécuté à l'École de Physique et de Chimie industrielle, où j'ai trouvé toutes les facilités pour le mener à bien. Je tiens à remercier bien sincèrement M, Schùtzenberger, directeur de l'École, et M. le professeur Dommer, dans le laboratoire duquel j'ai travaillé; je suis aussi fort reconnaissant envers M. le professeur Baille et M, Féry, chef des travaux, qui m'ont prêté l'électro-aimant qui m'a servi dans ces expériences pendant plusieurs années.
Disposition des expériences.
Méthodes de mesure. — La méthode que j'ai utilisée ne diffère pas en principe de celles qui ont été employées par Becquerel et Faraday. Le corps est placé dans un champ magnétique qui n'est pas uniforme et l'on mesure la force résultant des actions magnétiques en utilisant la torsion d'un fil.
EEEE {flg. i) représentent les bras horizontaux d'un électroaimant de Faraday. Les axes de ces deux bras forment un certain
(■) Les recherches de M. Osmond sur les transformations du fer et du carbone sont aujoiird'liui classiques (Osmond, Mémorial de l'Artillerie de Marine, 1888). Cette question a été l'objet d'un grand nombre de Mémoires : Goiîe, Variations de longueur avec température [Proceed. of the Royal Soc., 1889). — Barett, Hécalescence (Philos. Mag., t. XLVI, 1873, p. /|73). — Tait. Propriétés thermo-électriques {Royal Soc. Édinib., t. WVII, p. i25), — Pionchon, Thèse, Paris, 1886, Mesures calorimétriques {Journal de Physique, 1887, p, ^69). — H. Le Chateliku, Propriétés thermo-électriques {Rull. Soc. Chim., 1886, t. XLV, p. 482). — KoHLRAUSCH, Variations de résistance électrique {Wiedemann. Ann., t. XXXIII, 1888). — Hopkinson, Variations de résistance électrique {Philos. Trans., 1889, p. 44^). — H. Le Chatelier, Résistance électrique {Journal de Physique, t. VU, 1891, p. 199). — Ball, Effet de la trempe {Proceedings of the iron and Steel Institute, t. I, 1890, et t. I, 1891). — Arnold, Structure au microscope. Vitesse de refroidissement { Proceedings of the Iron and Steel Institute, mai 1894). — Charpy, Essais de traction {Comptes rendus, t. II de 1893, 19 février, 16 avril et 4 ju'" iî^94)- — Hadfielu, Iron and Steel Institute, mai 1894-
l'KOl'IUKIKS .M\(;\KTlyl ES IIKS COUPS 'iS;
an^le. On place le corps en un certain point () de la ligne O^, intersection du plan horizontal passant par les axes des bras de rélectro-ainiant (plan de la ligure i) et du plan de symétrie vertical. Lorsque réleclro-anuant est excité, la force agissante /est ilirigée suivant Oj^'.
Désignons par H^ l'intensité du cliauxp magnétique en O. Ce
champ est dirigé par raison de symétrie suivant Oy normal àOx. Soient I i' intensité cU aimantation spécifique (c'est-à-dire le moment magnétique divisé par la masse) et M la masse du corps, on a
MI
dx
Les expériences étaient surtout disposées pour l'étude des corps
diamaj;nétiques ou faiblement magnétiques. La force démagnétisante provenant de l'aimantation du corps est alors insignifiante et, si Ton désigne par K le coejficient d' aimantât ion spécifique,
on a
1 = KH, et
On choisit, pour placer le centre de figure du corps le long de O^r, le point O ])our lequel le produit Wy—j-^ passe par un
maximum. Pour la plupart des corps étudiés, K est en effet constant; laforce /'est alors proportionnelle au produit ci-dessus : elle passe donc par un maximum au point O. Celte position du corps offre, au point de vue pratique, plusieurs avantages. On peut, en effet, prendre des corps assez volumineux et les déplacer de plusieurs millimètres suivant Ox sans que la force agissante soit sensiblement différente de ce qu'elle serait si le corps était concentré en O. On peut aussi se contenter d'un réglage approximatif suivant Ox pour la position initiale du corps. Enfin on peut, en faisant usage de la balance de torsion, laisser, sans inconvénient, le corps se déplacer suivant 0.r lorsqu'on établit le champ. On évalue ensuite la grandeur des déplacements sans être obligé de ramener le corps à sa position initiale.
Les courbes de la figure i sont obtenues en portant en ordonnées à partir de Ox des valeurs de H.-, -^^ et Hy -r^ aux divers ^ -^ dx •' dx
points de 0.r. On a commencé par construire ces courbes par une étude préliminaire de l'état du champ; puis, le point O une fois choisi, on a pu xérifier, par des mesures d'attraction magnétique, que la force passait par un maximum dans cette région du champ.
Le corps est le plus souvent placé en petits fragments dans une ampoule de verre, de porcelaine ou de platine; il fait partie d'un équipage mobile soutenu par un fil dont la torsion est utilisée dans les mesures. La direction du fd vient percer le plan horizontal de la figure i en un point situé sur la ligne Oy normale à Ox à 5*^™, 42 du point O dans notre appareil. L'ampoule se déplace donc suivant Ox en tournant autour du fîl. Les déplace-
PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DES CORPS. ^Sq
ments utilisés ont toujours été fort petits et n ont jamais dépassé
Appareil de chauffage. — Il s'agit de mesurer les attractions et les répulsions exercées sur le corps, tout en le maintenant à diverses températures. A cet efTet, l'ampoule a {/îg. 2) est placée
Fis. 2.
■a, ampoule contenant le corps à étudier. — tt, tige de porcelaine soutenant l'ampoule. — TTT, tube métallique formant charpente et faisant partie de l'équipage mobile de la balance de torsion. — ppp, PPP, four en porcelaine. — ///, fil de platine pour le courant qui sert à chaull'er le four. — ccc, couple Le Chatelier. — ABC, écran à circulation d'eau. — EEE et vvv, caisse en bois et tube de verre pour protéger des courants d'air.
dans un petit four en porcelaine que l'on peut chauffer à l'aide d'un courant électrique. Ce mode de chauffage est le seul praticable, étant donnée la situation inaccessible de l'ampoule placée entre les branches d'un électro-aimant et soutenue par l'équipage mobile d'une balance de torsion.
Pour construire le four, on prend un premier tube de porcelaine
>.io OEIVRKS DE P. f:i Hii:.
réïraclure pppp fermé à ht partie .sii|)(''i'ieiire. Siii- ce liihe, de 12'"' de hauteur environ, on enroule (en (il douMe pour exiler toute action magnétique ) un (il de platine de -~ à j^ de nniliuiètre de diamètre et de quelques mètres de longueur. Les fils de la double spirale ne se louchant pas et, pour maintenir avec certitude leur écartemenl, on commence par remplir les intervalles, puis par recouvrir les spires elles-mêmes |)ar une faible couche de pale de kaolin; on chauffe le hl |)ar le courant, le kaolin durcit, se fendille, mais devient adhérent au tube de porcelaine, et l'on est sûr ensuite c[ue les fils ne pourront plus se déranger. On place un deuxième tube de porcelaine PPPP de plus grand diamètre autour du premier, et l'intervalle entre les deux tubes est rempli de pâte de kaolin ou de magnésie calcinée. On garantit ainsi partiellement le four contre le refroidissement de Texlérieur.
On évalue la température à l'aide d'un couple Le Chalelier ccc, dont la soudure est placée à la hauteur de l'am|)oule. Le fond du liihe pppp est percé de deux petits trous par lesquels passent les fils du couple. L'ampoule A est soutenue par une tige de verre ou de porcelaine tt] cette tige sort du four par un trou sans loucher aux parois. La tige tt vient s'emmancher à l'extrémité du tube métallique TTT, qui constitue une sorte de charpente faisant partie de l'équipage mobile de la balance de torsion. 11 est indispensable que le trou nécessaire pour la sortie de la tige de l'ampoule soit situé à la partie inférieure du four, sinon l'air chaud, j)lus léger, s'échapperait constamment et déterminerait des courants d'air, des remous qui rendraient toute mesure impossible (').
Lorsc|ue l'on opère à une température élevée, on préserve de l'échaufrement l'électro-aimant et la cage de la balance de torsion à l'aide d'écrans métalliques à doubles parois et à circulation d'eau continue CBA.
La caisse en bois EEE et le tube vvi' protègent la tige TTÏ contre les courants d'air venant de l'extérieur.
(') Nous avons emprunté à M. IMondIol la clisposilion expérimentale qui nonsistL' à ouvrir un four par la partie inférieure pour éviter les courants d'air. [Blo.vdlot, Conductibilité de l'air chaud {Journal de Physique, t. VI,
p. lOf)).]
Il faut environ looo watts pour arriver à maintenir vers i35o" un volume de 14*^"'' environ à l'intérieur du four. Le four a tendance à être plus chaud à la partie supérieure qu'à la partie inférieure; on remédie d'avance en partie à ce défaut en mettant les spires du fil de platine plus serrées à la partie inférieure (*).
Le four, arrivé à un certain état d'équilibre de température, peut être maintenu dans cet état aussi longtemps que l'on voudra, chaque portion du four demeurant à température constante à -p^ de degré près. Il suffit pour cela qu'un obser\ateur agisse sur un rhéostat tout en regardant constamment les indications du couple mis en relation avec un galvanomètre suffisamment sensible. L'observateur peut facilement corriger les petites variations qui tendent à se produire. C'est là un des principaux avantages des méthodes de chaufiage par courant électrique. Bien entendu, on peut seulement maintenir la température constante à -j^ de degré près dans chaque partie du four; mais la température n'est pas parfaitement uniforme, et on ne la connaît guère qu'à 10° ou 20" près lorsqu'elle est très élevée.
Equipage mobile (représenté figure 3 dans sa boîte, le four électrique est retiré ). — L'équipage mobile accroché après le fil de toi'sion FA se compose essentiellement d'une charpente en cuivre EABC, qui soutient d'un côté l'ampoule D, du côté opposé une grande palette P verticale d'aluminium servant d'amortisseur, et une aiguille portant à son extrémité un micromètre M. Un microscope fixe, muni d'un réticule, est braqué sur le micromètre, dont les déplacements permettent d'évaluer ceux de ramjîoule. Près du crochet de suspension A, l'équipage mobile a encore une plate-forme horizontale tt en cuivre, sur laquelle se trouvent deux poids en cuivre; en déplaçant ces poids sur la plate-forme, on parvient toujours à établir l'équilibre, quel que soit le poids de l'ampoule.
La portion AM de la charpente est dans le plan vertical, passant
(') On arriverait prul-être à une température uniforme en divisant en deux circuits le fil de platine; l'un des circuits chaufTerait le bas du tube, l'autre le haut, et l'on pourrait, par une dérivation sur le (il du haut, régler le meilleur rapport à adopter entre les intensités de courant dans les deux circuits.
parle fil et l'ampoule, plan qui a sa trace suivant Oy {fig- i)- La charpente ABC (/ig'- 3), qui soutient l'ampoule, a une forme un peu compliquée. Cela provient de diverses causes : il faut d'abord, pour la stabilité de l'équipage, que le crochet de suspension en A soit dans un plan horizontal plus élevé que celui de l'ampoule; de plus, l'ampoule, nous l'avons vu, doit être soutenue par en dessous, d'où la forme en U de l'extrémité de la charpente en C (Jig- 3) ou TTT tl ( fig. 'i). Enfin, il faut éviter
autant que possible que la branche descendante de la charpente BC {fig. 3) soit sous l'influence des forces magnétiques, et pour cela il faut éloigner notablement celte branche de l'électro-aimant. C'est dans ce but que la portion AB s'écarte d'abord horizontalement du plan vertical passant par le fd et l'ampoule. BC est vertical, un bras horizontal en G ramène la charpente dans le plan vertical en question; mais cette bi-anche est bien en dessous du champ et l'électro-aimant n'a pas non plus sur elle une action sensible.
PKOPKIKTKS MACiNÉTIQUES DES CORPS. 243
La palette verticale P, en aluminium {fig- 3), a une surface de 40*^™'; néanmoins, elle ne suffirait pas, à l'air libre, pour amortir les oscillations; pour augmenter ramortissement, on place de part et d'autre de la |)alette, à quelques millimètres, deux plateaux fixes en aluminiuui (^non représent«'-s sur la figure) parallèles à la palette et ayant environ les mêmes dimensions. Lorsque la palette s'approche de l'un des plateaux et s'éloigne de l'autre, les variatious de pression temporaires dans l'air suffisent pour amortir les mouvements de l'équipage.
L'équipage mobile tout entier est entièrement abrité des courants d'air par une boite en bois tapissée d'étain intérieurement. L'étain, la cliar|)ente et toutes les pièces métalliques de l'instrument sont reliés métalliquement à la terre pour éviter les effets qui pourraient résulter des charges électriques accidentelles.
Mesure des déplacements de l'ampoule. — l^es déplacements de Tampoule se déduisent de ceux du micromètre. Les distances à l'axe de rotation du centre de l'ampoule et du micromètre sont respectivement .V"',42 et 24*^'", o. Le micromètre obtenu par un procédé photographique porte 4oo divisions; chaque division a une longueur de o'"', 00202 (-j^ de millimètre en\iron). Les lectures sont exactes sans correction (l'erreur maximum dans la position des traits est inférieure aux erreurs de lecture). Enfin on peut apprécier avec certitude 4 de division, ce qui correspond à li^ de déplacement pour l'ampoule.
Fils de torsion. — Trois fils différents sont employés dans les iïiesures. Ces trois fils permettent de changer, dans le rapport de I à 3 ,6 et à 42 ,8, le couple correspondant à une division du micromètre. On peut donc faire varier la sensibilité dans d'assez larges limites en substituant simplement les fils l'un à l'autre. Les fils (i) et (2) sont en platine recuit, le fil (3) est en laiton.
On détermine les couples par unité d'angle, par la méthode dynamique, en mesurant les durées d'oscillations avec des niasses de moment d'inertie connu. On emploie pour cela trois cylindres en cuivre, allongés suivant l'axe, soigneusement travaillés et dont les dimensions et le poids ont été déterminés avec précision. J^es cylindres ont leur axe bien horizontal, ils sont suspendus par le
■a44 OEUVRES DK P. CLRIE.
milieu de leur longueur pendant les mesures de durées d'oscillations; un miroir léger permet d'utiliser les lectures optiques et d'employer des oscillations d'amjjjitude très petite. Les cylindres avaient i()'"' de long et respectivement des masses de 3os, So" et loos environ. Les moments d'inertie étaient respectivement de 3o3i3, 53236, io8^-o en unités C. G. S. L'écpn{)age mobile de notre appareil avait une masse variant de oo^ à loo^. C'est donc aux résultats obtenus avec les deux dernières masses que nous avons donné la préférence. Les couples sont exprimés en unités C.G.S.
Couple cylindre
Diamètre Longueur — —
Fils.
Diamètre environ.
Longueur utile.
de 3os.
de 5oe.
de 100-.
DIUl
cm
Les résultats obtenus R\ec les fils (1) et (2) sont très satisfaisants; la durée d'oscillation était la même, quelle que fut l'amplitude. Les expériences avec le fil de cuivre (3), de gros diamètre, n'ont donné des résultats réguliers qu'en employant des oscillations très petites. Avec des amplitudes plus grandes, le décrément était plus fort que pour les petites oscillations.
La dernière colonne donne la force en dynes (agissant sur l'ampoule) nécessaire pour obtenir une division de déviation du micromètre. On peut, dans de bonnes conditions, apprécier des forces cinq fois plus faibles. A i3oo", avec le fil (2), on peut encore faire des mesures à une division près, c'est-à-dire que l'on peut encore évaluer, avec une précision de l'ordre de grandeur des -j-^ de milligramme, les forces qui agissent sur un corps placé
dans le four à cette température élevée. On a /'= jy ^ c étant le
couple de torsion par unité d'angle, d la longueur d'une division du micromètre (0,00252), / la distance du centre de l'ampoule à l'axe de rotation (5*"", 4^)? L la distance du micromètre à l'axe de rotation (24""', o).
Réglage de la position de l'ampoule. — On a choisi un point déterminé dans le champ pour placer le centre de figure de
PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DES CORPS. i-j^
l'ampoule. Pour retrouver à coup sûr la position de ce point, ou a construit une petite planchette qui vient s'emmancher exactement sur les extrémités libres des bras de l'électro-aimant; des repères permettent de placer cette planchette horizontalement; elle est alors dans le plan de la figure i. La planchette est percée d'un trou circulaire d'un diamètre un peu plus grand que celui de l'ampoule et dont le centre est exactement au point zéro choisi. Le réglage de l'instrument est alors facile : le four étant retiré, on déplace les poids sur la plate-forme de l'équipage mobile jusqu'à ce que l'ampoule soit au milieu du trou de la planchette, l'équipage étant parfaitement libre et équilibré. On retire ensuite la planchette et l'on recouvre l'ampoule avec le four. Dans une étude préalable, on a déterminé la distance entre le fil de suspension de l'équipage et un autre fil vertical passant par le centre du trou de la planchette mise en place sur l'électro-aimant; c'est la distance / = 5*"", 42 dont il est question plus haut.
Mesure de V intensité du champ magnétique. — Dans une étude préalable, on étudie l'intensité du champ au point choisi pour les mesures, en fonction de l'intensité du courant circulant dans Télectro-aimant ; mais on sait que le champ n'a une valeur définie, pour un courant donné, que si l'on spécifie exactement la loi de \ariation de Fintensité du courant. Aussi, après avoir désaimanté une fois pour toutes l'électro-aimant par la méthode des renversements successifs avec courants décroissants, on s'astreint à constamment faire varier le courant dans le fil d'une façon cyclique toujovirs la même. Le courant passe toujours graduellement de — 8 ampères à -f- 8 ampères, puis de -\- 8 ampères à — 8 ampères. De la sorte, le champ est défini par l'intensité du courant, pourvu que l'on indique si l'on est dans la période croissante ou dans celle décroissante.
A vrai dire, cette méthode qui consiste à définir l'intensité du champ par le courant circulant dans les bobines de l'électroaimant est encore, même employée rationnellement, fort critiquable. Elle serait inadmissible pour des mesures un peu précises. On sait, en effet, que les trépidations jouent un rôle dans l'aimantation du fer tant qu'il n'est pas saturé, et il est certain qu'on n'a jamais deux fois de suite rigoureusement la même aimantation
en répétant les cycles; mais, p^iir des mesures d'investigation générale, avec une précision de i à 2 pour 100 pour les mesures, il n'y a aucun danger à employer ce procédé, qui a l'avantage d'être fort pratique lorsqu'on a à exécuter un grand nombre d'expériences. Du reste, en faisant plusieurs mesures, les erreurs accidentelles dues aux trépidations disparaissent dans les moyennes.
Pour déterminer l'intensité du champ, on a employé la méthode de Weber : on retourne face pour face une bobine dont le plan des spires est normal au champ. La bobine est dans le circuit d'un galvanomètre balistique, qui permet d'évaluer le courant induit. On se sert d'un galvanomètre Thomson, étalonné et placé très loin de l'électro-aimant.
La bobine est seulement composée de quelques spires roulées sur un cylindre de bois de diamètre connu. On peut calculer la section moyenne des spires. Cette section était de l'ordre de grandeur de la section verticale des ampoules sur lesquelles on opérait le plus généralement.
Pour étalonner le galvanomètre l)alistique, on utilise le champ magnétique connu, créé par un courant connu circulant dans les spires d'un long solénoïde. Au milieu du solénoïde, on place une bobine formée d'une seule couche de fils roulés sur un cylindre de bois. Le flux créé parle courant du solénoïde dans cette bobine de section connue sert à étalonner le galvanomètre. Les deux bobines, celle utilisée pour le champ de l'électro-aimant et celle employée pour le champ du solénoïde, sont du reste toutes les deux constamment dans le circuit passant par le galvanomètre. Enfin, le courant dans le solénoïde est mesuré par l'évaluation de la force électromotrice aux bornes d'un étalon de -j^ d'ohm parcouru parle courant. Pour évaluer la force électromolrice, on s'est servi d'un élément Daniell, cet élément étant monté avec une solution saturée de sulfate de cuivre et une solution de densité i,4 de sulfate de zinc. La force électromotrice de cet élément est 1,09 à 20".
Les résultats obtenus ont permis de tracer des courbes et de dresser un Tableau numérique donnant pour chaque intensité du courant i dans l'électro-aimant le champ correspondant H. Pendant la période croissante et jiendant la période décroissante du
l'ROI'RIKTKS MAGNÉTIQUES DES CORPS. ^47
courant, l'électro-aimant était parfaitement symétrique au point de vue du sens de l'aimantation. Voici quelques nombres extraits du Tableau en question (/ est exprimé en unités arbitraires. H en unités C.G. S.) :
H courant croît — lo 177,0 37G 372 7<J9,o 960 ii45 i356
H courant décroît .... . -t-ao '^17,0 4i4 607 802,0 990 1160 i356
Le courant qui circule dans l'électro-aimant passe au travers d'un rhéostat, d'un commutateur et d'une résistance de maillechort d'environ jj, d'ohm. L'intensité du courant i est donnée par les déviations d'un gahanomètre de d'Arsonval shunté (monté avec aiguille, micromètre mobile et microscope fixe) et placé dans un circuit dont les points d'attache sont situés de part et d'autre de la résistance de -j^ d'ohm.
Alesure de la dérivée du champ. — La formule donnée plus haut
•' •' dx
montre qu'il faut encore mesurer la dérivée du champ -y-^ pour
chaque intensité de courant dans l'électro-aimant pour pouvoir évaluer K. A cet effet, on place encore une bobine en O {Jig- i) avec le plan des spires normal au champ et l'on déplace brusquement celte bobine, parallèlement à elle-même, d'une très petite quantité A.r, suivant la ligne Ox normale au champ. Le flux '.p à travers la bobine varie de A'.5, et l'on a
cm, ^
' dx
S étant la section totale des spires. On mesure A'j à l'aide du galvanomètre balistique. Il faut seulement déplacer la bobine d'une très petite quantité; on utilise des déplacements variant de o"'"',5 à i™'",5. Pour produire rapidement ces déplacements, on se sert du mouvement rapide à crémaillère d'une monture de microscope ; l'objectif est retiré et l'on emmanche dans le tube mobile une tige de bois qui soutient la bobine à l'endroit du champ que l'on veut étudier. Pour mesurer les déplacements, un micromètre est soli-
248 OEUVRES DE P. CUIUE.
(laire du tube mobile; il est fixé latéralement le long de ce lube. Un microscope fixe, muni d'un réticvde et braqué sur ce micromètre, permet de regarder, avant et après le mouvement, la position du micromètre et d'en déduire le déplacement avec une bonne exactitude.
Il s'agit de mesurer non plus le Hiix total à tra\ers la bobine, mais bien une petite variation dans la grandeur de ce llux. On ne peut plus prendre comme bobine quelques spires enroulées sur un cylindre de diamètre connu, il faut une véritable bobine pleine de fils pour avoir des impulsions convenables au galvanomètre.
En opérant comme nous venons de l'iudiquer, les résultats ne sout pas bien satisfaisants; la nou\elle bobine est, en efiet, très sensible aux variations de llux cjui tendent à se produire accidentellement. Dans ces expériences, les trépidations font varier constamment de très petites cjuantités l'intensité du cliamp. 11 en résulte des variations de Qux qui se traduisent par des déplacements continuels et irréguliers de l'image du galvanomètre. 11 est préférable d'employer une mélliode un peu diflerente pour mesurer la dérivée du champ. On a en chaque point d'un champ magnétique la relation
dar dy
Il revient alors au même de déterminer la deuxième quantité. Il faut pour cela placer la bobine en O {fi g. i), mais avec le plan des spires parallèle au champ et normal à Ox. Le déplacement doit se produire suivant la direction du champ Oy. On a alors pour la variation de llux \z>'
Ao = 5 — ; — A y.
dy -
Ace' est le même cjue A'^ pour un déplacement \y égal à Ax; mais ç' est nul en moyenne, puisque la bobine a pour sa position moyenne ses spires parallèles au champ. Les variations du flux dues aux trépidations ne se font plus sentir, et l'on a la même sensibilité avec une stabilité bien plus grande de l'image du galvanomètre. L'expérience a montré que ces deux méthodes, pour déterminer la dérivée, donnaient sensiblement les mêmes résultats moyens, mais les mesures faites par la seconde méthode
PROPRiEiKs .ma(;\i;tiovi> iii:s corps. -249
étaient plus concordantes entre elles que celles faites par la première.
Le déplacement A >' se produit et se mesure de la même manière dans la deuxième méthode que dans la première, seulement la tige de bois qui soutient la bobine doit être coudée à angle droit, parce que la présence des deux bras de l'électro-aimant ne permet pas de placer le tube mobile dans la direction du déplacement suivant le prolongement de Oy. Le tube se déplace donc parallèlement à Or à une certaine distance de l'électro-aimant, et la bobine, soutenue par la tige de bois coudée, se déplace suivant Oy.
On a pu déterminer ainsi les points de la C(nirbe de -~- {Jlg- i),
mais cette courbe ne sert pas dans les mesures définitives; ce qu'il faut avoir, ce sont les valeurs de la dérivée pour le point O et pour diverses intensités de courants dans l'électro-aimant. Au lieu de refaire des mesures absolues, il a paru préférable de déterminer pour le même courant le rapport de la dérivée du champ au champ lui-même. On place, pour cela, constamment dans le circuit du galvanomètre la bobine qui sert à déterminer la dérivée et celle qui sert à déterminer le champ accouplées en tension. On fait d'abord une série complète de mesures du champ pour diverses \aleurs de lintensité du courant, puis, substituant les bobines l'une à l'autre, on fait une série de mesures concernant la dérivée; enfin, replaçant la première bobine, on recommence une série analogue à la première. Soit 0 la déviation lorsque l'on retourne dans le champ la bobine pour évaluer le champ, et soit s la surface de cette bobine; soit 0' la déviation obtenue avec la bobine dérivée de surface S; pour un déplacement /, pour le même état du champ, on a
dérivée 0' i is cliamp 0 7 S
Nous avons trouvé que, pour des champs variant de i5o à i35o unités, le rapport de la dérivée au champ était un nombre à peu près constant et égal à 0,188, aussi bien pendant la période croissante que |3endant la période décroissante du courant dans l'électro-aimant. Les écarts de part et d'autre de la moyenne sont irréguliers et inférieurs à i,5 pour 100. Le fer de l'aimant était loin d'être saturé.
^5o OEUVRKS DE P. CURIE.
Pour des champs inférieurs à i oo unités, les mesures de la dérivée devenaient moins précises : nous avons admis un peu arbitrairement ({ue pour ces champs le rapport de la dérivée au chauip restait encore exactement le même. On voit que le champ
varie de ^ de sa valeur par centimètres comptés le lonj; de Ox.
C'est à dessein que l'on a réalisé une chute aussi faible, malgré le désavantage très sérieux qui en résulte d'avoir à mesurer des forces très petites. On trouve une compensation dans le fait que 1 on a plus de latitude pour régler la position de l'ampoule; enfin, quand l'ampoule n'est pas trop grosse, on peut admettre que le corps est tout entier à peu près dans les mêmes conditions dans toutes ses parties, au point de vue de l'intensité du champ magnétisant.
Mesure de la surface totale des spires d''une bobine. — Il est nécessaire de connaître la surface totale des spires de la bobine qui a servi à déterminer la dérivée du champ. Il est absolument impossible d'évaluer cette surface par la mesure des dimensions géométriques des spires, car la petite bobine est remplie de fils. Pour déterminer la surface totale des spires, on la compare par une méthode électrique de comparaison à la surface connue d'une autre bobine.
La bobine (A), de surface connue, est formée d'une seule couche de fil enroulée sur un tube cylindrique de diamètre connu supérieur au diamètre extérieur de la bobine (B) dont on veut déterminer la surface. On assujettit ensemble les deux bobines tout contre l'une de l'autre, ou l'une dans l'autre, de telle sorte que leurs spires soient |)arallèles et que leurs axes coïncident. On cherche ensuite à annuler, Tun |)ar l'autre, les effets d'induction produits par la naissance d'un cham|) magnétique uniforme normal aux spires des deux bobines.
A cet effet, les bobines sont accouplées en tension dans le circuit d'un galvanomètre balistique, mais de manière que les courants d induction se contrarient lors de la naissance dun champ. Pour avoir un champ magnétique uniforme, on utilise la partie centrale à l'intérieur dun long solénoïde dans lequel on |)eut faire circuler un iort courant. Pour amener les deux bobines à peu près
à se compenser, on fait varier le nombre de spires sur la bobine (A).
On arrive ainsi à trouver que pour n spires le galvanomètre dévie dans un sens et que pour(/i -\- i) spires il dévie dans l'autre. Par une proportion à l'aide desdéviations obtenues dans les deux cas, on évalue la fraction de spires qu'il faudrait ajouter aux n spires de A pour que la compensation se fasse exactement, c'està-dire pour que les deux bobines aient même surface ( ' ).
Cette méthode électrique de comparaison des surfaces de deux bobines donne d'excellents résultats, et elle pourrait, je crois, être utilisée dans d'autres occasions, même pour des mesures de précision.
Données numériques relatives aux bobines et au galvanomètre balistique. — La bobine A qui a servi à déterminer le champ était formée de huit spires de 2'"' de diamètre donnant une surface totale de ao*^"^', i3. La bobine B placée dans le solénoïde et destinée à étalonner le galvanomètre. 8- spires de 3'™, 54 de diamètre, surface totale 856*^°*', 4- Solénoïde pour étalonner le champ dans lequel on place la bobine B : longueur du solénoïde, 49"", 2; nombre de spires par centimètre de longueur, 4i94o; diamètre des spires. 6''"', 8. D'où, en tenant compte de ce que le solénoïde n est pas indéfini, le champ au centre du solénoïde est de 6,148 pour un courant de 1 ampère circulant dans le fil, et le tlux dans la bobine B pour un courant de i ampère dans le solénoïde est égal à 0264.
Le galvanomètre balistique était un galvanomètre Thomson de faible résistance intérieure: l'inertie de laiguille avait été augmentée en ajoutant une masse additionnelle pour que les oscillations fussent assez lentes. Les bobines A et B étant accouplées en tension dans le circuit du galvanomètre, on a trou\é qui! fallait une variation de tlux de 2448 unités par impulsion de i*^™ lue à l'échelle du galvanomètre. Pour des déviations supérieures à i5''"'.
(') Dans toutes les expériences d'induction, les fils qui relient les bobines au galvanomètre ou les bobines entre elles sont toujours accouplés eu fils doubles bien isolés et tordus l'un autour de Pautre; de la sorte, on n'a pas d'autres effets d'induction que ceux qui se produisent dans les bobines.
il n'y avait plus proportionnalité entre le flux et les déviations (les déviations augmentent alors plus vite que le flux).
La bobine c pour mesurer la déri\ée du cbamp a été comparée à une autre comme nous l'avons expliqué plus haut; sa surface a été trouvée équnalente à 55,6 spires d'une bobine formée d'une seule couche de fd, chaque spire ayant 2'"",5i de diamètre. La surlace de la bobine c est, d'après cette comparaison, égale à 276'='"%
Couple Le Chatelier. — Nous nous sommes basés, pour la construction de la courbe de cet excellent instrument, sur les données suivantes :
Comparaison avec des thermomètres à mercure en verre de Baudin et de De-
launay, jusqu'à 3oo
Ebullition du soufre 44^
Fusion du chlorure de sodium 780
» de l'argent 960
» de l'or Kjji
» du palladium 1 5oo ( Violle).
M. Violle a trouvé pour point de fusion de l'argent et de l'or 954" et io35'^. MM. Holborn et Wien ont donné pour les mêmes corps 968° et 10-0". Nous avons pris pour l'argent et l'or la moyenne des résultats obtenus dans ces deux travaux ( ').
Avec ce couple, nous avons déterminé quelques points de fusion :
Antimoine pur du commerce 622 ( -)
Magnétite (Fe^O*) cristallisée. 1877
Fer doux 1 460
Nickel 1460
Soudure du couple 1690
Le galvanomètre de d'Arsonval qui servait avec le couple était monté avec un fil un peu plus fin que de coutume et l'on mettait une résistance en tension dans le circuit pour diminuer les dévia-
(') Violle, Comptes rendus, t. LXXXIX, 1879, p. lOi. — HoLnouN et Wien, Wiedein. Ann., t. XLVII, 1892, p. 187.
(*) Dans tous les lecueiis on donne une température beaucoup moins élevée.
tions. Lorsque Ion voulait non plus mesurer la température, mais régler sa constance, on retirait la résistance pour avoir plus de sensibilité.
Marche des exoéfiences. — On a donc déterminé par des mesures préliminaires :
i" La force nécessaire pour proxoquer une déviation du micromètre avec chacun des fils de torsion;
2" La valeur de l'intensité du champ pour chaque intensité du courant qui passe dans les bobines de lélectro-aimant pendant la période croissante et pendant la période décroissante du courant :
3" Le rapport de la dérivée du champ au champ lui-même;
4" La courbe du couple Le Chatelier donnant la température.
Lorsque 1 on veutlaire une détermination des propriétés magnétiques dun corps, il faut d'abord régler la position de l'ampoule et placer le four.
On fait faire ensuite à blanc plusieurs cycles complets à l'électroaimant afin de 1 amener toujours au même état avant de commencer les lectures.
Enfin, on observe à la température ambiante les déviations au micromètre pour diverses intensités de courant en faisant constamment parcourir des cycles d'aimantation à lélectro-aimant et en faisant seulement une ou deux lectures à chaque cycle. Cette manière d'opérer permet d'éviter l'erreur qui provient du déplacement du zéro de la balance de torsion et maintient toujours lélectro-aimant dans le même état. On fait ensuite varier la température en faisant passer le courant dans le four et l'on fait de nouvelles observations de déviations lorsque la température a été maintenue constante pendant -2.0 à 3o minutes.
L'équilibre de température semble s'établir d'autant plus rapidement pour une même variation de température que le four est plus chaud. La porcelaine devient probablement plus conductrice aux températures élevées.
Lorsqu'une série complète est finie, on vide l'ampoule contenant le corps et l'on recommence ensuite avec l'ampoule vide tout ce que l'on a fait avec l'ampoule pleine pour corriger les
•254 (»:i VRES DE P. CURIE.
résultats de l'action du champ magnétique sur l'ampoule et sur la tige de l'ampoule.
Cette correction pénible double presque le travail |)Our une série de mesures. En revanche, elle oH're peut-être l'avantage d'éliminer quelques petites erreurs systématiques qui peuvent se j)roduire par suite de l'échaufTement du four et qui tendent à se re|)roduire de la même laçon dans deux échauflements successifs.
Déterminations absolues. — Les expériences n'avaient pas été montées spécialement en vue d'une bonne mesure absolue, aussi les déterminations conqiortent, je pense, à ce point de vue, une incertitude de 3 ou 4 pour loo.
Toutefois une détermination précise n'ayant pas encore été faite de la valeur d'un coeKicient d'aimantation, les nond)res que j'ai trouvés ont encore un certain intérêt.
Les erreurs qui affectent le plus les mesures absolues dans mes expériences sont, je crois : d'abord l'incertitude sur la position de l'ampoule et la grandeur du bras de levier qui lui correspond, puis l'incertitude sur la position relative de la bobine qui a servi à mesurer le champ et de celle qui a permis de mesurer la dérivée; on n'est pas sûr que ces déterminations aient été faites bien exactement pour la même région du champ. Enfin, une incertitude générale résulte du très grand nombre de mesures d'une précision limitée qui inlluencenl directement les résultats.
Déterminations relatives. — L'incertitude des valeurs relatives dans la comparaison des coefficients d'aimantation de deux corps différents est encore de i à 2 pour loo; la plus grande cause d'erreur provenant probablement de petites différences dans le réglage de la position de l'ampoule qui font varier la grandeur du bras de levier moyen qui lui correspond.
L'incertitude des valeurs relatives pour la comparaison des nombres des séries failes à diverses températures sans déranger l'ampoule est généralement inférieure à i |)Our i oo quand on se trouve dans de très bonnes conditions. Mais l'évaluation de la correction de l'ampoule diminue souvent la précision des résultats définitifs. Souvent aussi la détermination de la température n'est pas assez exacte.
PUOPUIETKS .MAGNETIQUES DES CORPS. 2D >
Les mesures préliminaires ont été faites une seule fois au début des expériences. Il était à craindre que l'appareil n'éprouvât certains déiani^ements, que la sensil)ilité du galvanomètre ne subît des variations, que la température ne modifiât un j)eu l'état de l'électro-aimant. Pour parer d'un coup à toutes ces causes de troubles, on a fait dès le déJjut une détermination sur une ampoule remplie d'eau, qui a été conservée pendant toute la durée des mesures. En répétant assez souvent cette détermination et en la comparant à la première, on a pu établir un facteur de correction pour les mesures faites avec les autres corps. Cette précaution n'était pas inutile et Ton a pu quelquefois, dans le cours de ces expériences qui ont duré plusieurs années, un facteur de correction dépassant 3 pour loo; encore fallait-il s'astreindre à n'opérer qu'à des températures ne s'écartant pas de plus de 4" de la moyenne prise égale à 20".
Les mesures peuvent élre toutes considérées comme des mesures relatives rapportées à ieau pour laquelle on aurait adopté 0,-9 Xio~^ comme valeur du coefficient d'aimantation spécifique.
Coirections dues au magnétisme de l'air ambiant. — Nous avons fait une étude des propriétés de l'oxygène à diverses températures qui nous a permis d'évaluer exactement cette correction à toute tempéi'ature ; nous en parlerons à propos de l'oxygène.
Pureté des corps étudiés. — Les propriétés magnétiques du fer sont tellement énergiques de\ant celles des corps diamagnétiques, que l'on doit s'appliquer à opérer avec des corps diamagnétiques aussi purs de fer que possible et l'on peut craindre de ne jamais avoir une pureté suffisante. Cependant souvent on ne rencontre pas là une difficulté insurmontable : cela provient de ce que le fer, lorsqu'il est combiné, perd généralement en grande partie ses propriétés violemment magnétiques; il suffit alors d'avoir une pureté relative (telle que celle que l'on a quand on ne trouve que des traces de fer, par les procédés analytiques usuels par exemple). Des quantités insignifiantes de fer peuvent au contraire modifier profondément les propriétés magnétiques, lorsqu'il est à l'état de métal, d'oxyde, de sulfure. Dans ce cas, il ré\èle quelquefois sa présence par des effets d hystérésis marqués ou en
256 CœUVRES DK p. CURIE.
donnant tout au moins une courbe d'allure compliquée pour rinlensité d'aimantation I en fonction du champ B. Au contraire, pour tous les corps faiblement magnétiques purs, I =1 /"(H) est une droite passant par rorii;ine.
J'ai fait quelques essais avec de la cire blanche imprégnée de quantités connues de fer métallique en poussière. Voici les conclusions que l'on peut tirer de ces expériences, en supposant que Ton ait aflaire à un corps qui aurait les propriétés diamagnéliques de l'eau : )„o'ouo '^^ poussière de fer (en poids) annule en moyenne le diamagnétisme, mais donne des efl'ets d'hystérésis énormes; "^TûViTiT ^^ f^^ diminue de moitié le diamagnétisme et donne encore des effets d'hystérésis très énergiques; , ^ ^^ ^ ^ ,, ^ de fer donne en moyenne une erreur de j^ dans l'éxaluation de K, les effets d'hystérésis ne sont plus sensibles, mais la courbe I =/'(H) est nettement courbe et convexe vers l'axe des H.
Les effets d'hystérésis ne se montrent d'ordinaire que pour les champ» faibles. On a cependant des effets de ce genre pour des champs énergiques avec la poussière de fer répandue dans un autre corps. Cela provient de ce que le champ magnétisant dans l'intérieur de grains de fer est, en réalité, très petit, à cause du champ démagnétisant dû à l'aimantation.
Les poussières répandues dans une pièce d'un laboratoire sont ferrifères, mais produisent un effet difrérent de celui des poussières de fer pur. Cet effet, dû, je suppose, à l'oxyde de fer, est de transporter la droite que donnerait le corps faiblement magnétique pur 1 =y(A), de telle sorte que cette droite ne passe plus par l'origine.
Corps diamagnétiques.
Nous avons étudié ces corps en les plaçant dans des ampoules de verre généralement assez volumineuses (plusieurs centimètres cubes), parce que les quantités à mesurer sont très petites. Les coefficients d'aimantation sont, en effet, beaucoup plus faibles en valeurs absolues pour les corps diamagnétiques que pour les corps faiblement magnétiques. On a opéré avec un four en verre dur plus large que le four de porcelaine et Ton n"a pas dépassé la température de 460".
PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DES CORPS. sSj
Pour opérer aux températures plus élevées, il aurait fallu mettre le corps dans des ampoules de platine ou de porcelaine; mais alors la correction due à l'ampoule aurait été beaucoup plus grande que la quantité à mesurer.
Nous avons étudié l'eau, le sel gemme, le chlorure de potassium, le sulfate de potasse, l'azotate de potasse, le quartz, le soufre, le séh'niuin, le tellure, le brome, l'iode, le phosphore, Tanlimoine et le bismuth. Ce dernier corps a été l'objet d'une assez longue étude.
Pour tous ces corps, le coefficient d'aimantation s'est montré constant, quel que soit le champ pour des champs variant de 5o à i35o unités.
Enfin, aucun d'eux n'a donné lieu à des phénomènes de magnétisme rémanent; sauf pour un ou deux cas particuliers que nous
signalerons, nous avons obtenu une droite pour I=y"(H). Les points donnés par expériences présentaient par rapport à cette droite des écarts irréguliers dépassant rarement i pour loo. Nous ne parlerons pas de ces vérifications dans ce qui suit, mais nous dirons une fois pour toutes qu'elles ont été faites pour chaque corps à chaque température.
258 OEUVRES DE P. CIRIE.
Nous ne parlerons pas non plus généralement de la correction due à l'oxygène de l'air, qui a toujours été faite.
On construit les ampoules en prenant un tube bouché de i*^'" à 2*^" de diamètre, on soude une tige ab {fig- 4) tle \erre sur le fond bouché : ce sera la tige de l'ampoule destinée à la soutenir dans le four. \ 2*^'" ou 3*^'" du fond, on étrangle le tube bouché en c sans le fermer complètement et l'on introduit la substance sur laquelle on veut opérer.
Si l'on veut opérer à l'air, on coupe le tube en c; il faudra alors connaître la densité de la substance pour faire la correction due à la présence de l'air. Si l'on veut opérer dans une ampoule fermée, on commence par rétrécir beaucoup le tube en c, puis on fait le vide et l'on ferme en c l'ampoule vide d'air. Après avoir fait les mesures avec la substance, on fait une nouvelle série avec l'ampoule ouverte remplie d'air. On voit que, pour évaluer l'influence de l'air, il faut, dans le cas où l'on a fait d'abord le vide, connaître le volume intérieur de l'ampoule. Ce volume s'évalue soit directement en remplissant d'eau l'ampoule et en prenant le poids, soit indirectement en mesurant le volume extérieur de l'ampoule fermée et en retranchant le volume du verre. On fait le vide dans l'ampoule, quand on la ferme, parce que l'on ne peut savoir sans cela combien on a laissé d'air dedans au moment de la fermeture; car, à ce moment, on échauffe l'ampoule et la correction devient incertaine.
Eau. — L'eau, plusieurs fois distillée, était renfermée dans des ampoules en verre terminées par une pointe effilée fermée. Après les mesures, on ouvrait la pointe de l'ampoule et l'on faisait évaporer l'eau en |)laçant l'ampoule dans une étu\ e à une température un peu supérieure à i lo". La vapeur d'eau s'échappait lentement par la pointe effdée et l'ampoule mettait plusieurs heures à se vider.
Dans ces conditions, toute poussière ou impureté contenue dans l'eau avait grande chance de rester dans l'ampoule. On reportait ensuite l'ampoule dans l'appareil pour déterminer la correction due à sa présence dans le champ. Les résultats étaient aussi corrigés de l'action de l'air, correction qui atteignait 4 pour loo
PROPRIETES MAGNETIQUES DES CORPS. 369
environ de la grandeur mesurée, lorsque l'on opérait à la température ambiante.
Cinq déterminations faites à la température ambiante et avec des ampoules diflerentes ont donné pour ( — K lo'"') respectivement 0,790, 0,798, 0,786, 0,795, 0,770, dont la moyenne est 0,788.
Nous adopterons ( — K lo") ^ o, 79 pour Teau, et cette valeur peut être considérée comme le point de départ de toutes les autres déterminations.
M. Quincke a trouvé pour l'eau ( — ^ K 10") = o , 8 i 5 (calculé par Du Bois).
M. Du Bois (') a trouvé — Kio"^ 0,887 par la méthode de Quincke.
Pour déterminer l'efTet d'une variation de température, nous avons fait une première série d'expériences en plaçant l'eau dans une ampoule de verre mince.
t. — K io«.
Avant la chaiiiïe 10 "'-77^
» io3 Oî7'^5
Après la chauffe 20 0,788
Une deuxième série a été faite à une température plus élevée dans une ampoule épaisse pouvant supporter de fortes pressions. Malheureusement, la correction due à l'ampoule devient alors assez considérable.
t. —Ku/\
Avant la chauffe 21,0 0,738
Après la chauffe '20,7 o ,860
On voit que les valeurs obtenues à chaud sont intermédiaires entre celles obtenues à la température aml^iante avant et après réchauffement. Il faut en conclure que le coefficient d'aimantation de l'eau ne varie pas d'une façon sensible. Les nombres de la première série varient peu; cependant, dans les deux séries, on remarque que les valeurs de K. vont constamment en augmentant depuis le début de chaque expérience. Ceci est surtout manifeste
('} De Boi«, Wied. Ann., t. XWV, 1888, p. 137.
26o OEl'VUES DE P. CURIE.
dans In deuxième série. Cet eOet est du, je pense, à l'attaque proaressive du verre. Les mesures destinées à donner la correction de l'ampoule à diverses températures ont été laites après évaporation de l'eau dans l'étuve ; la correction ne doit donc convenir que pour les dernières expériences de chaque série; l'ampoule était dans un autre état au début. La comparaison la plus digne de confiance est celle du dernier nombre à chaud avec la valeur à froid après refroidissement. Or, dans les deux séries, les nombres ainsi comparés sont très voisins.
Je crois que l'on peut en conclure que la \ariation du coefficient d'aimantation avec la température est très faible et probablement inférieure à i,5 pour loo entre 20" et 199".
Sel gemme. — On a opéré dans une amjjoule ouverte contenant le sel gemme en petits fragments. On a trouvé, à 20", ( — K 10") = 0,5^3; une série faite en vue de la température a donné :
t. — Kio«.,
Avant la chaufTe 16, 5 0,375
Après la chauffe 16,1 o,58o
Il faut en conclure c[u'entre 16", 5 et 455° le coefficient d'aimantation reste invariable. Il semble j avoir une petite indication en faveur d'une augmentation de i pour 100 dans la valeur de K, mais les expériences ne sont pas assez précises pour j)ouvoir affirmer une variation aussi faible.
Pour la correction due à l'air, on a admis une densité de 2,10 pour le sel.
Chlorure de potassium. — Il devait y avoir quelques traces de poussière d'oxyde de fer, parce que I =y(H) donnait à froid une droite ne passant pas tout à fait par l'origine. A chaud, au contraire, I =/(H) donne une droite passant par l'origine.
t. — K io«.
PROPIUETKS MAGNÉTIQUES DES COUPS. 'lÔl
On doit en conclure que K. ne varie pas d'une façon sensible. Pour la correction due à l'air, on a admis une densité de 1,98.
Azotate de potasse.
Avant la chauffe 18 o,32()
Après la chauffe 18 o,335
Le coefficient d'aimantation reste invariable entre 18" et 420". Cela est fort remarcjuable, car à 35o" l'azotate fond et, en suivant les déviations quand la température augmente progressivement, il ne se produit aucun cbangemenl brusque. La valeur du coefficient d'aimantation est indépendante de l'état physique. Pour la correction due à l'air, on a admis une densité de 2,10.
Sulfate de potasse.
t. — K lo'^.
Un accident a empêché de faire de nouveau une détermination à froid après chauffe, ce qui est cependant un contrôle utile. On doit conclure de cette série que le coefficient est sensiblement invariable.
Pour la correction due à l'air, on a admis une densité de 2,60.
Quartz [cristal de l'Isère). — Prisme hexagonal, bien formé, allongé suivant l'axe optique. Le cristal était soutenu au bout d'une tige de verre par une sorte de coupelle en verre.
Pour le cristal entier placé verticalement, normalement au champ magnétique, on a trouvé — K 10^^ o,443.
Le cristal entier était trop long pour occuper une autre position. Le cristal ayant été convenablement taillé, on a trou\é :
— ICioS,
Axe optique normal au champ et vertical 0,439
» horizontal . . . o,444 Axe optique suivant le champ 0,437
Les diflerences sont de l'ordre de j^randeur des erreurs de réglage; nous admettons que le coeffîeienl d'aimantation est sensiblement le même dans toutes les direclious et ([ue
Effet des variations de température. Axe optique vertical, normal au clianq) :
t. — I-Cio«.
Effet des variations de température. Axe optique suivant le clianq) :
t. — l< lo".
[1 semble y avoir une petite augmentation de K quand la température s'élève; mais elle est si faible que l'on doit conclure qu'à l'approximation des expériences le coefficient d'aimantation reste invariable.
Pour la correction due à Fair, on a admis une densité de 2,65.
M. Tumlirz (') a trouvé que le quartz donnait des effets sensibles de magnétisme rémanent.
Nous n'avons rien observé de semblable; mais nos expériences indiquent seulement que l'aimantation rémanente est inférieure en valeur absolue au 3^ de l'aimantatiou due à un cliamp de i35o unités. Nos expériences ne sont pas disposées de manière à déceler un effet très faible du magnétisme rémanent.
Soufre. — L'état allotropique ne semble pas avoir d'intluence notable. Tout au moins il ne se produit pas de différence atteignant I ])our 100.
(') Wied. Ann., l. \XVII, 1886, p. 33. — Wien. AkacL, 1S86, p. 90.
Le soufre octaédrique a donné à froid, immédiatement après avoir été fondu, la même valeur pour le coefficient d'aimantation qu'avant d'avoir été chautle : il devait être alors transformé en soufre prismatique.
Cette valeur commune est ( — K lo") = o, 5i .
Le soufre en tleur (lavé au sulfure de carbone et à l'acide clilorhydrique) a donné un nombre notablement différent, o,55; mais, après fusion, on a retrouvé la même valeur; ce qui indique nettement que le soufre insoluble a le même coefficient que les autres variétés allotropiques; seulement la mesure était peu précise, parce que Ton n'avait pu opérer que sur une quantité très petite de matière.
Effet de la température, i''^ série :
t. — Kio«.
A 125", bien que resté assez longtemps à température constante, le soufre octaédrique n'était qu'en partie fondu. On le fond à la lampe, puis nouvelle série :
t. — K io«.
Fondu i\i. o,J3o
Ainsi, le coefficient d'aimantation n'est pas notablement modifié par la fusion et les diverses transformations qu'il éprouve entre 19" et 220°. Peut-être, après fusion à 142", y a-t-il une augmentation passagère qui disparaîtrait à 220°. Les expériences ne sont pas assez précises ni assez nombreuses pour pouvoir affirmer une variation aussi faible.
Sélénium noir vitreux [du commerce). — Par la réaction du sulfocyanure de potassium, on distinguait des traces de fer dans
264 OEtVRES DE P. CURIE.
cet échantillon. A diverses températures, on a :
1 60 o , "ri I
4i5 o,3oJ
Il semble y avoir une petite baisse d'environ 4 pour 100 entre 160" et 240". Cette baisse correspondrait à la fusion, qui a lieu vers 240". Une nouvelle série de mesures serait désirable pour mettre ce point hors de doute.
Tellure. — Cet échantillon contenait des traces de fer. On a trouvé :
t, — K io«.
Donc le coefficient reste invariable entre 21° et 3o5'".
M. Ettingshausen (') a trouvé pour le tellure à la température ambiante, pour le coefficient d'aimantation en volume x, la valeur ( — ^^10^)^1, Go pour un échantillon de tellure de densité 6,16. Cette valeur donnerait, pour le coefficient d'aimantation
spécifique,
nombre inférieur de 22 pour 100 à celui que j'ai trouvé.
Au contraire, les expériences de M. Ettingshausen et les miennes sont bien en accord pour le bismuth, comme on le verra plus loin.
Brome. — On a fait une seule série de mesures à la température ambiante.
(') Beibldtter zu den Ann. der Phys. und Chem., 1888. p. 280.
Elle a donné
I — K lo'^) = 0,4 10.
Pour faire la correction de l'ampoule, on a évaporé très lentement le brome à l'étuve, il a laissé dans l'ampoule quelques crasses très faibles, mais magnétiques; cependant, à l'analyse, on n'a pas pu trouver de fer.
(On a trouvé seulement un peu de bromure de potassium et des traces de sulfate de potasse en faisant évaporer, dans une grosse ampoule, comme précédemment, 3o» de brome.)
Iode plusieurs fois sublimé. — Cependant, a|)rès lévaporation, l'iode, évaporé lentement à l'étuve, a encore laissé des crasses à peine visibles, mais donnant un léger effet magnétique.
t. — Kio«.
Le coefficient reste invariable même au moment de la fusion, qui a lieu vers io4".
Mercure. — Expériences inachevées faites sur un échantillon parfaitement pur. Je ne puis donner de nombres, mais j'ai pu constater qu'entre 20° et Soo" le coefficient d'aimantation ne variait pas d'une façon notable.
Phosphore. — On introduit le phosphore fondu sous l'eau dans l'ampoule encore munie de son appendice CD {fi g. 4)- On fait ensuite évaporer la plus grande partie de l'eau, puis on chasse les dernières portions en faisant le vide. On ferme l'ampoule avec le phosphore sec dans le vide.
On a obtenu les valeurs suivantes :
On voit que le coefficient d'aimantation reste invariable quand la température passe de 20° à '-o". Au moment de la fusion, à 44**? il n'y a pas de variation.
L'ampoule, remplie de phosphore, est ensuite chauffée à l'étuve à 2-0" pendant 240 heures. Le phosphore blanc est, par cette opération, transformé en partie en phosphore rouge. L'ampoule est reportée dans l'appareil magnétique. On obtient les valeurs suivantes pour le coefficient d'aimantation K' du mélange de phosphore rouge et de phosphore blanc :
t. — Iv'io'5.
La valeur de K' est indépendante de la température.
L'ampoule est ensuite cassée et le phosphore blanc est épuisé par le sulfure de carbone. On a trouvé que 0,68 du poids primitif du phosphore blanc s'était transformé en phosphore rouge.
Désignons par K, le coefficient d'aimantation du phosphore rouge, on a, entre 20" et 2^5°,
d'où, pour le phosphore rouge,
— lo^K = 0,73.
Ce nombre est plus faible que celui de 0,92 trouvé pour le phosphore blanc. La différence est de 20 pour 100. Malheureusement, on a dû briser en miettes l'ampoule pour en détacher le phosphore rouge- Il a fallu faire la correction avec une autre ampoule à peu près pareille à la première, mais non identique. Il en résulte une certaine incertitude pour les valeurs numériques des coefficients d'aimantation des deux variétés de phosphore. Enfin, il convient de faire quelques réserves lorsque des nombres sont donnés par une expérience unique, surtout quand cette expérience a été longue et compliquée. Nous j^ensons cependant pouvoir affirmer que le coefficient d'aimantation du phosphore
PROPRIÉTÉS MAGXÉTIQrKS DKS CORPS. 267
rouge est plus faible que celui du phosphore blanc, et que les deux coefficients ne varient ni l'un ni l'autre avec la température.
Antimoine. — L'antimoine pur du commerce contient des C[uantités très notables de fer. On a employé, pour ces mesures, un écliantillon d'antimoine préparé par voie électroljlique (en solution chlorhydrique). On sait que l'antimoine se dépose de cette façon dans un état allotropique particulier; en le chauffant, on le ramène à la variété ordinaire. Voici les résultats obtenus se succédant dans l'ordre dans lequel les expériences ont été
faites :
— io'= k:.
Température ambiante 18 0,683
Température ambiante 18 0.850
Appareil réglé à nouveau :
Température ambiante 18 0,865
Température ambiante 19 0,936
58o l'ampoule éclate
On voit facilement qu'une double cause de variation entre en jeu. L'antimoine se transforme, éjjrouve un changement dans sa constitution, puisque, après échauU'ement, la valeur du coefficient mesuré à la température ambiante a auginenté et passé ainsi successivement de (),683 à o,85o et à 0,906. D'autre part, le coefficient d'aimantation diminue fortement quand la température s'élève ; à 54o°, par exemple, le coefficient d'aimantation est presque deux fois plus faible qu'à la température ambiante.
Un accident a mis fin aux expériences. L'étude de ce corps serait à reprendre et donnerait à coup siir des résultats intéressants.
Bismulh. — • Le bismuth pur du commerce, en baguettes, dont les baguettes ont été grattées avec soin à la surface avec un inor-
268 OEUVRKS DE P. CURIE.
ceau de verre, ne semble contenir que des traces de fer. Nous avons d'abord fait des mesures avec du bismuth de cette provenance. Quatre échantillons nous ont donné, à 20° pour ( — Kio"), les valeurs suivantes: i,3o. i,'>45 ij^S, i , 22, avec une moyenne de 1,20 ou de 1,20 en éliminant la valeur 1,04.
Nous nous sommes servi ensuite de bismuth obtenu par voie électrolytique, qui nous a donné les valeurs suivantes pour quatre échantillons : i,38, i,35i, i,36, i , 34 avec une moyenne de 1 , 358.
La valeur plus forte pour les échantillons obtenus j^ar \oie électrolytique ne peut être attribuée à un état allotropique particulier du métal, car, après fusion, le coefficient d'aimantation de ces échantillons n'avait pas changé. La valeur plus forte doit donc vraisemblablement être attribuée à une pureté plus grande du corps.
Nous adopterons, pour coefficient d'aimantation K, la valeur
la mesure sur le deuxième échantillon de bismuth électrolytique ayant été particulièrement bien soignée et cette valeur s'écartant peu de la moyenne.
M. Ettingshausen (') a trouvé pour le bismuth
Lorsque l'on augmente la température, le coefficient d'aimantation du bismuth diminue en valeur absolue et la loi de variation est linéaire, si bien que, de la température ambiante à la température de fusion, entre 20" et 2^3", on peut représenter la valeur K^ du coefficient d'aimautation à ^" par une formule de la forme
lO^^Kf = lO''^ Koof I — '3.(1 — -iO)].
Deux échantillons de bismuth du commerce ont donné pour a la valeur o , 001 o5.
Cinq échantillons de bismutli électrolytique ont donné pour x les valeurs : 0,001 1 ^8, 0,00 1 i 5o, 0,001 190, 0,001 1 i<>, 0,001 i445
(') Wiedeni. Ann., i<S8i el 188S.
dont la moyenne est o,ooi54. Cette valeur est plus forte que celle trouvée pour les échantillons du commerce; différence lo pour 100 environ. Nous adopterons pour a la valeur o,ooii5. On a alors, entre 20° et 2'j3",
io''K; = I ,33[i — 0,001 1 5(^ — ■J'o)].
^ oici, par exemple, pour une série d'expériences, les valeurs
tromées.
t. — lo^K,. K^oC^ — 20)
83 1,258 o,ooii36
2on 1,086 0,001102
La dernièrf colonne donne les valeurs de a calculées en combinant la mesure relative à chaque température avec celle relative à la température de 20°. On voit par ce Tableau et à l'inspection des points marqués sur la figure 5 que l'on a une loi de variation linéaire. Du moins, on peut dire que les expériences ne sont pas assez précises pour indiquer pour K = y(^) une courbure dans un sens ou dans l'autre. 11 convient encore de remarquer que la température n'est connue qu'à quelques degrés près, que les erreurs relatives sur K sont de l'ordre de grandeur de -^vr et
donnent des erreurs relatives bien plus fortes pour a.
A la température de fusion (a'jS") le coefficient d'aimantation du bismuth solide est ( — lo^Koya) = 0,96-, c'est-à-dire que ce coefficient est alors les -^ de ce qu'il était à 20°. Par fusion du bismuth, le coefficient d'aimantation devient brusquement 20 fois plus faible.
Le bismuth fondu est, parmi les corps diamagnétiques étudiés, celui qui a le plus faible coefficient d'aimantation spécifique. Ce coefficient d'aimantation du bismuth fondu reste invariable pour des températures comprises entre 2'j3" et 4o8°. Nous avons trouvé pour ( — lo^K) les valeurs suivantes pour trois échantillons de bismuth pur du commerce, à l'état de fusion, o,o4o, o,o35, o,o3o, dont la moyenne est o,o35. Pour trois échantillons de bismutii électrolytique à l'état de fusion, nous avons trouvé o,o3^,
OEUVRES DE P. CIRIE.
o,o38, 0,042 (le dernier nombre se rapporte à une détermination peu précise avec une quantité de matière trop faible); nous adopterons pour le coefficient d'aimantation du bismuth fondu entre
