CHAPITRE IV

nent se placer successivement dans l'axe optique d'une lunette. M. Wéber (31) s'était servi du même principe et du mode de suspension bifilaire, pour mesurer avec une grande précision l'action mutuelle de deux anneaux électro-dynamiques ou de deux solénoïdes.

La balance électro-magnétique imaginée par M. Becquerel (32) donne des résultats d'une très-grande exactitude; elle se compose d'une balance trébuchant à moins de S ,001, à chacun des plateaux de laquelle est attaché, au moyen d'un til de soie, un barreau aimanté entouré à distance par une hélice électro-dynamique placée verticalement. Quand on veut opérer, les fils des deux hélices sont mis en communication avec la source d'électricité, de manière que le courant circulant dans l'une d'elles fasse remonter le barreau qui s'y trouve engagé, et descendre l'autre quand ce courant parcourt la seconde hélice; la balance venant à trébucher, on rétablit l'équilibre des plateaux avec des poids. Les rapports des poids nécessaires pour équilibrer la balance sont exactement proportionnels aux rapporis des intensités des courants qui circulent dans les fils des hélices.

Chacun de ces appareils peut être employé suivant les travaux à exécuter, et nous verrons par la suite que leur usage, joint à celui des effets physiques et chimiques dus à l'électricité, a puissamment contribué aux progrès de la science.

§ III. Magnétisme par rotation. — Induction.

Magnétisme par rotation. Les expériences faites par plusieurs physiciens, et surtout par Coulomb et par M. Becquerel (33), avaient montré que d'autres corps que le fer pouvaient être influencés par les aimants; mais Arago, en 1824 (34), découvrit que, lorsque les corps sont en présence, et que leur action sur l'aiguille aimantée n'est pas sensible à l'état de repos, au moment où le corps ou bien l'aimant est en mouvement, il se manifeste aussitôt un effet. Il observa d'abord que l'amplitude des oscillations d'une aiguille aimantée est influencée par le voisinage des substances qui l'entourent et surtout des métaux ; les oscillations ne diminuent pas dans leur vitesse, mais bien dans leur amplitude, comme si elles avaient lieu dans un milieu plus dense que l'air. Cette observation le conduisit à la découverte d'un autre mode d'action qui est très-remarquable, et qui a reçu le nom de magnétisme par rotation (34') :

Ayant placé une aiguille aimantée, librement suspendue et pou-

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vant se mouvoir dans un plan horizontal, au-dessus d'un disque de cuivre auquel il imprima un mouvement de rotation (en ayant soin de séparer les deux corps au moyen d'un écran, pour éviter les effets que pouvait occasionner l'agitation de l'air), il vit aussitôt l'aiguille se dévier d'un angle d'autant plus grand que le mouvement était plus rapide , et suivre même le mouvement du disque quand sa vitesse était suffisante. Arago remarqua aussi que l'action de l'aiguille était diminuée sensiblement quand le disque de cuivre avait des solutions de continuité dans le sens des rayons.

Aussitôt après cette découverte l'expérience fut répétée , commentée et analysée. On pensait que les pôles de l'aiguille aimantée, en réagissant sur le disque en rotation, y produisaient un magnétisme passager, dont l'existence était de quelque durée, et déterminait le transport de l'aiguille; de là la dénomination donnée à l'effet produit. Arago analysa le phénomène, et fit connaître la direction de la résultante de l'action du disque sur l'aiguille.

Nobili et Bacelli (35) publièrent, immédiatement après, les résultats de plusieurs expériences qui étaient en opposition avec les précédentes conclusions, entre autres, que les corps non métalliques ne produisaient aucun effet. Arago (33 1 ) répondit de suite, pour montrer que le verre et d'autres corps du même genre donnaient lieu à des effets moins sensibles il est vrai, mais appréciables.

Herschel et Babbage (36) répétèrent l'expérience d'une manière inverse : ils firent tourner un disque de métal librement suspendu par son centre, en imprimant un mouvement de rotation à un aimant placé au-dessous. Ils soumirent à l'expérience des plaques de différents métaux, pour déterminer la différence d'action qui résulte de la nature du métal. Ils constatèrent un fait remarquable : si l'on rétablit la continuité d'une plaque découpée, en remplaçant les intervalles vides avec un métal dont l'influence magnétique dans l'état de mouvement soit très-inférieure à celle de la plaque, cette plaque hétérogène reprend toute l'énergie magnétique qu'elle possédait avant qu'on l'ait rendue discontinue.

Seebeck, immédiatement après les premières expériences d' Arago, fit osciller une aiguille horizontale le plus près possible des plaques de diverses substances solides et liquides , afin de déterminer celles qui diminuaient le plus l'étendue des oscillations de l'aiguille.

On doit également à MM. Christie (37), de Haldat(38), Barlow, (38"), Prévost et Colladon, Harris , des observations importantes sur le magnétisme par rotation.

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Ampère, aidé de M. Colladon, trouva qu'un disque en mouvement agit sur une hélice métallique dans laquelle on fait passer un courant, de même que sur un aimant.

On ne connut la cause de ces phénomènes que plus tard , en 1831, après la découverte des phénomènes d'induction. En effet, M. Faraday a prouvé que l'aiguille aimantée donne lieu à des courants électriques par induction dans le disque en mouvement , courants dont il est même parvenu à démontrer l'existence. Nobili et Antinori (39) ont étudié ensuite la direction des courants produits dans les disques en mouvement.

Depuis cette époque, on peut citer comme travaux relatifs au magnétisme par rotation ceux de MM. Abria (39 1 ) et Matteucci (40); ce dernier physicien, surtout, a déterminé avec précision la position des différents courants électriques développés par l'influence des aimants dans les disques mis en rotation.

Induction. OErsted et Ampère avaient découvert , l'un que l'action de l'électricité développait la puissance magnétique à l'aide d'un fil réunissant les deux pôles d'une pile, l'autre que les courants électriques convenablement disposés produisaient les mêmes effets que les aimants ; M. Faraday trouva que l'inverse avait lieu , et que l'on pouvait produire de l'électricité dans les corps conducteurs aussi bien par l'action des aimants que par celle des courants agissant à distance.

Les premières expériences pour produire des courants électriques par l'influence d'autres courants sont dues à Ampère (40') ; une lame de cuivre pliée en cercle, ayant été suspendue au milieu d'une ceinture de forts courants électriques, fut influencée par ceux-ci de telle sorte qu'en présentant à l'un des côtés de cette lame un trèsfort aimant enfer à cheval, Ampère vit celle-ci s'avancer tantôt entre les deux branches de l'aimant, tantôt au contraire en être repoussée, suivant le sens du courant; l'aimantation du cuivre était passagère. Ampère (40 2 ), dans un autre mémoire, résumait ainsi le fait qu'il avait observé : « Il s' établit dans un conducteur mobile for tuant une circonférence complètement fermée an courant électrique par l'in- Jluence de celui qu'on produit dans un conducteur fixe, circulaire et redoublé, placé très-près du conducteur mobile, mais sans communication avec lui. »

Ampère se borna à constater le fait ; mais ce fait prouve que dès 1822 il avait reconnu la production des courants électriques par influence. C'est à M. Faraday (il), au surplus, que revient l'honneur

d'avoir analysé les circonstances dans lesquelles l'électricité en mouvement se produit à distance sous l'influence des courants électriques ou du magnétisme, et d'avoir recueilli l'électricité dégagée. L'annonce de cette découverte fut faite à l'Académie des sciences de l'Institut de France par M. Hachette, le 17 décembre 1831, d'après une lettre de M. Faraday ; les phénomènes remarquables qui s'y rattachent forment une partie très-importante de la science de l'électricité, laquelle est connue sous le nom d'induction, en même temps qu'ils confirment les vues théoriques d'Ampère sur la constitution des aimants et sur l'identité des effets des courants électriques et de ceux des aimants.

L'induction est donc le pouvoir que possèdent les courants électriques d'exciter dans la matière cpii est dans sa sphère d'activité un état particulier qui produit d'autres courants. M. Faraday, pour mettre en évidence ce phénomène, enroule en hélice sur un cylindre de bois deux fils de cuivre semblables recouverts de soie : une des hélices est mise en communication avec un multiplicateur, et l'autre avec une pile d'une certaine énergie; il se produit alors une légère déviation de l'aiguille aimantée du multiplicateur au moment où le courant commence à circuler dans le fil , lequel cesse immédiatement après. En interrompant le circuit, nouvelle déviation, mais en sens inverse. Les effets d'induction ou les courants induits dans le fil isolé n'ont donc lieu qu'à l'instant où commence et à l'instant où cesse le courant électrique inducteur qui circule dans le fil voisin. M. Faraday en conclut quecescourants,qui n'ont qu'une existence presque instantanée , comme Ampère l'avait observé, participent plus de la nature du courant électrique produit par la décharge de la bouteille de Leyde que de celle du courant qui prend naissance dans l'action de la pile.

Le courant induit produit par le courant inducteur, ou initial, à l'instant où l'on ferme le circuit, est dirigé en sens contraire de celui-ci; celui qui a lieu lors de la cessation du courant inducteur chemine dans la même direction que ce dernier. Les deux courants d'induction qui n'ont qu'une durée très-courte sont donc dirigés en sens contraire l'un de l'autre ; comme on rapporte les effets à la direction du courant inducteur, le premier est nommé courant induit inverse ; le second, courant induit direct.

M. Faraday chercha ensuite si les aimants qui, suivant la théorie d'Ampère, étaient le résultat de courants électriques circulant perpendiculairement à l'a\e des pôles autour des molécules, ne pro-

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(luiraient pas des effets semblables. Pour savoir jusqu'à quel point cette conjecture était fondée, il prit un anneau formé avec une barre ronde de fer, sur l'un des côtés duquel il enroula autour d'une partie un fil de cuivre recouvert de soie. Il appliqua de la même manière, de l'autre côté de l'anneau, un fil semblable dirigé dans le même sens que le premier. Cette dernière hélice fut mise en rapport avec un multiplicateur, et l'autre avec une pile : au moment du passage du courant de la pile, l'aiguille aimantée du multiplicateur fut déviée, et beaucoup plus qu'en employant une pile de force décuple et des hélices sans anneau de fer ; l'aiguille reprit bientôt sa position naturelle d'équilibre. En interrompant la communication de la première hélice avec la batterie, l'effet fut inverse. Il obtint de semblables effets avec des électro-aimants ordinaires.

En plaçant un morceau de charbon bien recuit et effilé à chacune des extrémités du fil qui avaient été mises en rapport avec le multiplicateur, et rapprochant les deux bouts effilés, de manière à les mettre en contact, il aperçut une petite étincelle électrique, à l'instant où le circuit fut fermé. Rarement il put voir l'étincelle quand le contact avec la pile cessait. Ainsi les effets de lumière, comme l'action magnétique exercée sur l'aiguille aimantée, ont mis en évidence l'action inductrice produite.

Il reconnut qu'une seule hélice induite pouvait donner lieu à ces phénomènes, en la mettant en relation avec un multiplicateur, et en exerçant sur elle une influence magnétique à l'aide d'un barreau aimanté ordinaire, qu'on approchait ou qu'on éloignait; les phénomènes d'induction ne se manifestaient donc qu'au moment où l'influence magnétique commençait ou cessait, ou pendant ses variations d'intensité, de même qu'en exerçant l'influence à l'aide d'un courant électrique. L'action était plus énergique quand une barre en fer doux était placée au milieu de l'hélice.

M. Faraday trouva également que si, au commencement de l'action inductrice , le courant secondaire produit par l'influence d'un aimant avait une direction contraire à celle du courant qui aurait été employé pour développer dans le fer doux un magnétisme de même polarité que le magnétisme produit par influence, au moment où celle-ci cessait, l'effet était de même sens : telles sont les premières expériences faites pour obtenir de l'électricité avec des aimants.

M. Faraday, pour expliquer les phénomènes d'induction, supposa un nouvel état électrique dans la matière : lorsqu'un fil de métal

est soumis à l'induction volta-électrique ou magnéto-électrique, il paraît être dans un état de tension particulier, puisqu'il résiste à la formation d'un courant électrique, qui n'a réellement lieu qu'à l'instant où commence et cesse cet état particulier auquel il a donné le nom d'électro-tonique, état équivalant à un courant électrique au moins égal au courant qui est produit lorsque l'induction a lieu ou cesse.

Un courant électrique excitant un état électrique particulier dans un fil métallique voisin doit nécessairement en produire un semblable dans son propre fil; M. Faraday (M 1 ) a mis ce fait en évidence en taisant connaître ce que l'on nomme les extra-courants inverses et directs, c'est-à-dire les courants induits produits dansle circuit même du courant inducteur. Mais, nous devons faire remarquer que lorsqu'un courant électrique circule dans une hélice qui entoure un morceau de fer, il se manifeste entre les extrémités du fil, au moment de la rupture du circuit, une étincelle due à l'extra-courant direct, étincelle observée d'abord par M. Henri en 1832, puis par MM. Jenkins, Faraday et Masson.

M. Faraday émit l'opinion que, lorsque les courants électriques traversent les corps, ceux-ci subissent l'état électro-tonique, auquel il faut rapporter les décompositions électro-chimiques. Enfin il prouva le premier que les phénomènes du magnétisme par rotation observés par Arago étaient dus à l'action exercée par les courants induits excités dans le métal en mouvement par l'aimant voisin, lesquels réagissaient sur cet aimant pour le déplacer. Nous avons dit plus haut, page 83, que les recherches faites depuis avaient confirmé cette explication malgré la complication du phénomène.

Induction par les courants électriques. On doit à M. Henry (42), une étude approfondie de l'induction due à des courants induits de divers ordres , à laquelle il s'est livré immédiatement après les recherches de M. Faraday. M. Henry a trouvé que lorsqu'un fil conducteur est traversé par un courant induit , il se développe dans un second fil placé dans sa sphère d'activité un autre courant induit instantané, ou courant induit du deuxième ordre; on peut obtenir ainsi des courants du troisième et du quatrième ordre dans d'autres circuits placés successivement dans le voisinage l'un de l'autre.

Lés recherches de M. Henry ont conduit aux conséquences suivantes : les courants induits d'ordres supérieurs n'agissent que trèsfaiblement sur l'aiguille du multiplicateur, lors même que les effets physiologiques et l'action magnétisante sont très-considérables. Il a

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été amené par là à considérer ces courants comme formés de courants successifs de directions opposées, égaux en quantité, mais différents endurée. Le courant induit du premier ordre, par exemple, donne par induction dans un conducteur voisin un courant induit du second ordre inverse au moment où il commence, et un courant direct à l'instant où il finit; ces deux courants se succédant très-rapidement et étant produits par des quantités égales d'électricité, leurs actions sur l'aiguille aimantée se détruisent, tandis que les effets physiologiques, c'est-à-dire les contractions et les commotions, s'ajoutent. Quant aux propriétés magnétiques, elles résultent de la différence de durée des deux courants successifs, c'est-à-dire du plus ou moins de tension qui en résulte; ainsi l'aimantation peut présenter des effets inverses.

M. Abria (i3) a confirmé cette théorie, en faisant passer dans le fil d'un galvanomètre les courants induits du second ordre développés par une succession rapide de courants induits du premier ordre de direction constante; il en est de même de M. Verdet (44), qui, à l'aide des courants induits du deuxième ordre a produit des effets de polarisation résultant d'actions électro-chimiques.

Parmi les recherches qui ont été faites sur l'induction parles courants, nous devons citer celles de M. Masson (45); ce physicien, en 1837, s'était occupé de la production de l'extra-courant; depuis il a étendu ses recherches et a prouvé, entre autres, que si tous les courants électriques, quelle que soit leur tension, produisent des phénomènes d'induction, cependant les courants qui ont le plus de tension sont directs pour le courant secondaire et inverses pour les courants des autres ordres.

Induction par les décharges électriques. M. Henry pensa le premier que des décharges électriques, n'étant que des courants de trèscourte durée , devaient induire dans des conducteurs voisins des courants électriques; mais, dans ce cas, les courants induits directs et inverses se succédant rapidement, l'un ou l'autre pouvaient prédominer suivantque l'un d'eux, éprouvant un retard, diminuerait de tension. Des recherches nombreuses ont été faites sur ce sujet, et elles n'ont pas produit toutes des résultats bien concordants, en raison même de la cause dont nous venons de parler.

Les procédés mis en usage pour étudier le sens et l'intensilé des décharges électriques sont de différentes sortes : M. Marianini (46) a imaginé l'appareil nommé ré-électromètre, qui consiste en une hélice contenant un morceau de fer et dans laquelle

passe la décharge que l'on étudie; une aiguille aimantée, libre de se mouvoir au-dessus de l'hélice, indique, par sa déviation, le sens de l'aimantation du fer intérieur, et par conséquentde la décharge prédominante. Ce physicien a trouvé, à l'aide de son appareil, que la décharge induite prédominante a la même direction que la décharge inductrice, quand la bouteille deLeyde qui donne naissance à celle-ci a une capacité suffisante et qu'elle est bien chargée : mais si la tension de la charge diminue, ou bien, à égalité décharge, si la dimension de la bouteille augmente, la décharge induite a une direction opposée.

D'autres méthodes ont été employées par les physiciens qui se sont occupés de ce sujet: M. Matteucci (47) a fait usage de l'aimantation des aiguilles d'acier et du procédé du perce-carte; M. Riess (48) s'est servi du condensateur, qu'il a chargé par induction, et a utilisé le phénomène des figures de Lichtemberg dessinées sur des gâteaux de résine , pour fixer du soufre ou du minium projeté à l'aide d'un soufflet sur les parties différemment électrisées du gâteau, suivant la nature de l'électricité; M.Knochenhauer a utilisé réchauffement des fils métalliques lors du passage des décharges induites, et M. Verdet (44), comme on l'a déjà vu plus haut, a fait usagedes phénomènes de polarisation électro-chimiqnes.

Toutes les expériences ont mis en évidence que tantôt le courant induit direct ou le courant inverse prédomine , comme du reste les résultats obtenus par Savary, bien antérieurement à la découverte de l'induction, l'avaient prouvé (voir page 77), puisque ce dernier avait observé qu'à égalité de charge), l'aimantation produite par les décharges électriques variait de sens avec la distance du lil parcouru par la décharge à l'aiguille aimantée; mais les causes qui font prédominer l'un ou l'autre de ces, deux courants ne sont pas suffisamment connues.

Induction par l'influence magnétique de la terre. Nous avons vu que M. Faraday avait montré, dès l'origine de ses recherches sur l'induction, qu'un barreau aimanté pouvait induire des courants électriques dans des corps conducteurs placés à distance; mais la terre pouvant être assimilée à un aimant devait produire également des phénomènes d'induction: ce fait a étémisen évidence parM. Faraday, puis étudié par divers physiciens, et notamment par MM. Palmieri et Linaii.

Pour manifester l'induction terrestre, il suffit de placer une hélice en rapport avec un multiplicateur, dans le méridien magnétique, et de la faire tourner autour d'un axe perpendiculaire à cette hélice,