CHAPITRE V

à différentes reprises sur ces questions : MM. Plucker (23), Reich, Poggendorf (24-), Tyndall, Matteucci, Weber, ont comparé les actions exercées par les substances dans différentes conditions de température et d'intensité magnétique. On a trouvé, entre autres, que l'élévation de température diminue en général l'action magnétique, comme la répulsion exercée sur les corps. M. Tyndall et Reich ont vérifié l'exactitude de la loi trouvée par M. E. Becquerel (voir page 105), et qui est relative à la variation du pouvoir de répulsion exercé sur les différents corps. Enfin on a observé que l'état moléculaire de chaque combinaison influait seule sur l'action attractive ou répulsive que présente chaque substance en présence d'un aimant; en effet, des combinaisons de métaux non magnétiques comme le cuivre, peuvent être attirables à l'aimant (exemple, chlorure de cuivre) et des combinaisons de fer peuvent être repoussées (exemple, cyanure jaune de fer).

Les substances cristallisées, de même que les solides, les liquides et les gaz, obéissent à l'action du magnétisme : M. Plucker (25) a observé que des corps cristallisés, suspendus entre les pôles d'un aimant puissant, ne se placent pas indifféremment dans la ligne axiale ou perpendiculairement à cette ligne. Ce physicien avait cru pouvoir déduire de ses recherches qu'il y avait une relation entre la position de l'axe optique des cristaux et celle de la ligne des pôles de l'aimant, suivant la direction de cet axe optique par rapport à la réfrangibilité de la matière. Ce sujet ayant été étudié par M. Faraday (26), et surtout par MM. Tyndall et Knoblauch (27) , ces derniers ont prouvé que la composition chimique du cristal, comme la forme cristalline, exerce une influence, et qu'il n'y a aucune loi générale qui règle la position de ce cristal entre les pôles d'un aimant. Ils ont même imité artificiellement les effets des cristaux en comprimant des pâtes faites avec des poudres de diverses matières, et formant de petits barreaux dans lesquels l'intensité magnétique varie suivant le« directions de la compression. Ainsi l'on peut considérer les effets que présentent les substances cristallisées comme rentrant dans les effets généraux observés avec les corps amorphes, mais modifiés par le groupement particulier, ou la compression des molécules.

On a vu que M. Faraday avait proposé de nommer substances diamagnétiques les corps repoussés par les aimants, et substances magnétiques celles qui sontattirées. Ces dénominations sembleraient indiquer deux genres d'action exercées par les aimants. M. E. Bec-

110 DF. L FXECTB1C1TE £ï BU MAGNETISME.

querel, en publiant son premier travail en 1849, a montré qu'il était possible de lier entre eux les différents phénomènes, sans qu'il soit besoin d'admettre deux genres d'actions différentes; en remarquant qu'une substance plongée dans un milieu est attirée par un centre magnétique avec la différence des actions exercées sur cette substance et sur le milieu déplacé, il a émis l'hypothèse que, le milieu éthéré qui environne les corps étant plus ou moins influencé que la partie qui les pénètre, la différence des actions exercées sur le corps lui-même et sur le milieu déplacé, suivant que ce dernier se comporte comme plus magnétique ou moins magnétique que le corps, doit donner lieu à une répulsion ou à une attraction ; alors, d'après cette hypothèse, le magnétisme agit delà même manière sur tous les corps, mais à un degré plus ou moins fort, et, suivant l'action du milieu éthéré déplacé, il se manifeste une attraction ou une répulsion. Cette hypothèse, qui ne préjuge en rien la cause première des phénomènes magnétiques, n'a été présentée par son auteur que comme servant à lier les phénomènes connus d'une manière plus simple qu'on ne l'avait fait auparavant.

§ IV. Actions moléculaires dues à l'influence des aimants.

Changements d'élasticité. Les propriétés physiques des métaux magnétiques peuvent être modifiées au moment de l'aimantation; M. Wertheim (28) a montré, par exemple, que le coefficient d'élasticité d'un fil de fer aimanté par influence diminue; qu'avec un fil d'acier, la diminution persiste après la cessation de l'effet d'influence. M. Guillemin a cité un fait indiquant unchangementd'élasticitédans une tige de fer soumise à l'aimantation.

Changement de volume. La forme de la matière magnétique peut être modifiée pendant qu'elle est soumise à l'influence de l'aimant; si le volume ne change pas, d'après M. Joule (29), la barre de fer augmente de longueur et diminue de diamètre , mais d'une quantité très-petite, et cette variation est proportionnelle au carré de l'intensité magnétique développée.

Sons. Les changements moléculaires qui ont lieu dans le fer pendant l'aimantation ou la désaimantation, lorsqu'ils se répètent à des intervalles très-courts, peuvent donner lieu à des vibrations sonores. M. Page (30), en 1837, a le premier observé un effet de ce genre , en approchant le pôle d'un fort aimant d'une spirale plate traversée par un courant électrique. M. Delezenne (31) a

CHAPITKfi V. III

obtenu un effet du même genre en faisant tourner rapidement une armature en fer doux devant les pôles d'un aimant en fer à cheval. Depuis cette époque, ce sujet a été étudié par plusieurs physiciens qui ont modifié les conditions des expériences, et parmi lesquels nous citerons MM. Gassiot, Beatson (32), de la Rive (33), Matteucci, Marrian, Wartmann, et surtout M. Wertheim (34), qui a précisé les circonstances de la production des vibrations sonores.

Quand on transmet directement des courants électriques au travers des tiges de fer ou des fils de ce métal , on remarque également une production de son, qui a été étudiée par M. Beatson et par M. Wertheim ; le premier de ces physiciens l'a rapportée à une expansion subite des molécules du fer.

Élévation de température. M. Van Breda (35), en 1845, a manifesté les changements moléculaires qui ont lieu clans le fer aimanté, en montrant qu'il y a élévation de température quand on aimante ou que l'on désaimante ce métal. M. Grove, plusieurs années après (36), a obtenu des effets semblables, et a montré, en outre, que les métaux autres que le.fer, le nickel et le cobalt, ne donnent lieu à aucun changement moléculaire de cette nature , ni à aucun son appréciable.

Polarisation circulaire magnétique. Nous allons parler actuellement d'un phénomène très-curieux, dont la découverte a été faite en 1845 par M. Faraday, et qui a contribué à l'impulsion donnée depuis cette époque aux recherches relatives à l'action du magnétisme sur tous les corps,' en montrant que des effets moléculaires, autres que des changements de formes ou des attractions et des répulsions, peuvent se manifester dans les corps soumis à l'action du magnétisme. M. Faraday (37) a vu qu'un puissant électro-aimant peut agir sur une substance transparente , de telle sorte que, si un rayon de lumière polarisée traverse cette substance dans la direction de la ligne des pôles ou de l'axe magnétique, le plan de polarisation de ce rayon est dévié, soit à droite , soit à gauche de l'observateur , suivant la direction de l'aimantation. L'action des aimants puissants est donc capable de modifier l'état moléculaire de tous les corps transparents, et de leur faire acquérir, pendant que l'influence magnétique dure, les mêmes propriétés optiques que celles que possède naturellement le quartz parmi les minéraux, et un certain nombre de corps , tels que le sucre, l'acide tartrique, l'essence de citron , l'essence de térébenthine, etc., parmi les substances organiques.

Si l'on place l'écran transparent de façon que le rayon de lumière

polarisée le traverse perpendiculairement à l^uxe des pôles de l'électro-aimant, on n'observe aucun effet. Dans les positions intermédiaires entre celle-ci et la ligne des pôles, la rotation du plan de polarisation dépend de l'inclinaison de la ligne visuelle sur l'axe magnétique.

Aussitôt après la publication de la découverte de M. Faraday, plusieurs physiciens ont étudié les effets produits dans cette circonstance : M. Pouillet (38) d'abord, puis M. E. Becquerel (39), qui a opéré avec une intensité magnétique beaucoup plus considérable qu'on ne l'avait fait; ce dernier a employé pour la première fois des armatures percées d'ouvertures, là où se trouvent les pôles magnétiques, afin de faire passer la lumière au travers du corps soumis à l'action du magnétisme dans la direction même de la ligne de plus forte action. M. E. Becquerel a montré que les cristaux doués naturellement du pouvoir rotatoire naturel pouvaient recevoir la polarisation circulaire magnétique en disposant les appareils de façon à rendre cet effet appréciable ; il a mesuré en outre le magnétisme spécifique des corps soumis à l'expérience, et a montré qu'il n'y avait aucune relation simple entre le pouvoir d'attraction ou de répulsion et la rotation magnétique , si ce n'est que les corps les plus repoussés présentaient en général une action rotative plus énergique.

MM. Mattbiesen (40), Matteucci (41), Bertin (42), Wertheim (42'), ont étudié ces phénomènes en faisant varier la nature des substances, leurs distances aux pôles magnétiques, et leur état moléculaire. M. Matteucci et M. Wertheim ont observé que lors de la compression ou de la torsion des corps soumis à l'action de l'aimant, il y a diminution dans la rotati on circulaire magnétique; comme les actions moléculaires font naître la double réfraction dans les corps , et que les substances biréfringentes offrent une action plus faible que les autres , il n'est pas étonnant que le phénomène présente moins d'intensité.

M. Verdet (43) a fait également une étude suivie de ces phénomènes. Parmi les résultatsnouveaux qu'ila obtenus nous citerons le suivant : les observations faites antérieurement avaient montré que le phénomène de rotation magnétique du plan de polarisation se produisait toujours dans le même sens sur les différents corps transparents que l'on pouvait essayer, soit solides, soit liquides, mais à un degré plus ou moins marqué, suivant leur nature; seulement, on avait observé que les sels de fer dissous dans l'eau donnent des dissolutions dont le pouvoir rotatoire était plus faible que celui du

CHAl'lIKE V. 113

dissolvant. M. Verdet a montré que cela tenait à ce que les sels de fer soumis à l'action magnétique jouissent de la propriété de faire tourner le plan de polarisation dans une direction inverse de celle des autres corps, et il a obtenu des dissolutions alcooliques de chlorure de fer, qui mettent nettement ce fait en évidence. Les dissolutions des sels de nickel, de cobalt , c'est-à-dire des deux autres métaux fortement magnétiques, ne présentent pas cet effet. Certaines dissolutions de manganèse, d'uranium, de lantane, la manifestent, tandis que d'autres dissolutions de ces mêmes sels donnent la rotation dans le même sens que la plupart des autres corps.

Il n'y a aucune conclusion générale à tirer, quant à présent, au sujet d'une relation pouvant exister entre ces derniers effets et l'état magnétique des métaux qui forment la base des combinaisons; ces actions rotatives inverses paraissent dépendre, comme les effets d'attraction et de répulsion, de l'arrangement moléculaire des combinaisons elles-mêmes : c est ainsi que le fer est magnétique, le protoxyde de ce métal parait l'être fort peu, ainsi que le peroxyde, tandis que l'oxyde intermédiaire Test très-fortement, et a reçu pour cela le nom à' oxyde magnétique.

L'action que la lumière polarisée éprouve en traversant les substances .transparentes met en évidence, d'une autre manière que par les mouvements d'attraction et de répulsion, l'action exercée par le magnétisme sur tous les corps. M. Faraday avait pensé que l'effet était dû à l'action exercée de la part du magnétisme sur le rayon lumineux lui-même ; mais cela ne saurait être, car la présence de particules matérielles placées sur la route du rayon lumineux est indispensable pour la production des phénomènes. Ainsi on ne peut attribuer ces effets qu'à un changement moléculaire dans l'état du corps, changement qui doit être symétrique tout autour de la direction de la ligne d'aimantation, et persister tant que l'aimantation dure, ou bien à une influence exercée de la part du magnétisme sur un milieu éthéré qui pénètre les différents corps.

§ V. Théories imaginées pour expliquer les phénomènes magnétiques.

Les anciens, comme on l'a vu, connaissaient la propriété dont jouit l'aimant d'attirer le fer. Des philosophes, tels que Thaïes, pour expliquer ce fait, supposèrent une âme à cette substance; d'autres, comme Épicure, admirent, les uns, que les atomes de.fer s'accro-

114 de l'électbicité ET DU MAGNETISME.

chaient dans ceux de l'aimant; les autres, qu'il y avait autour de cette pierre une émanation capable de faire le vide dans lequel le fer se précipitait. D'autres hypothèses aussi absurdes furent successivement mises en avant : Descartes employa ses tourbillons, qui, dans leur mouvement rapide de l'équateur au pôle, emportaient les aimants, attendu que la matière subtile de ces tourbillons étant poreuse, et celle des aimants formée de molécules branchues, éprouvait une plus grande résistance de la part de ces dernières que de celle des autres corps.

Euler, Dutour et Bernouilli (44) ont attribué les phénomènes magnétiques à des effluves, à une matière magnétique en mouvement. Musschenbroek (4b) combattit les effluves, en avouant qu'il n'avait pu découvrir la cause du phénomène.

iEpinus, dans une dissertation publiée en 1757 (46), donna une explication plus satisfaisante , en partant de l'existence d'un seul principe : il essaya de prouver par le calcul que tous les phénomènes magnétiques connus s'expliquaient facilement au moyen des simples lois de l'attraction et de la répulsion. Cette théorie ne put convaincre Euler et Daniel Bernouilli , qui continuèrent à défendre celle de Descartes, en l'appuyant de preuves mathématiques. On reconnut plus tard la nécessité d'admettre deu\ fluides magnétiques, dont la réunion forme le fluide neutre, de la même manière qu'on avait admis que les deux fluides électriques composent, par leur réunion, le fluide naturel. Pour conserver l'analogie qui existe entre ces deux agents, on supposa aussi que les deux fluides magnétiques pouvaient circuler et se répandre dans le fer ; mais Coulomb, ayant repris cette question, conserva les deux fluides, en rejetant leur circulation dans les corps comme contraire à l'expérience (47).

Poisson, en partant de ces bases, a donné une théorie mathématique des phénomènes magnétiques en repos et en mouvement (48). Il a posé en principe que, dans l'aimantation, les deux fluides qui étaient réunis à l'état neutre se séparent les uns des autres, et que les parties des corps aimantés dans lesquelles s'opère la décomposition, et qu'il appelle éléments magnétiques , sont extrêmement petites, ne sont pas en contact, et sont séparées les unes des autres par des espaces pleins ou vides que les deux fluides ne peuvent franchir, et qui sont du même ordre de grandeur que celle des éléments magnétiques. M. Poisson a posé comme il suit le problème : déterminer en grandeur et en direction la résultante des attractions ou répulsions exercées par tous les éléments magnétiques

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d'un corps aimanté de forme quelconque , sur un corps pris en dehors ou dans son intérieur. En ajoutant aux composantes de cette force relative à un point intérieur, celles des forces extérieures qui influent sur ce corps , on a les forces totales qui tendent à séparer les deux fluides réunis en ce point; or, si la matière du corps n'oppose aucune résistance au déplacement des deux fluides, il sera nécessaire, pour que l'équilibre magnétique ait lieu, que ces forces totales soient égales à zéro, sans quoi elles produiraient une nouvelle décomposition de fluide neutre, et l'état magnétique du corps serait changé. Si la force coercitive n'est pas nulle, il suffit que la résultante de toutes les forces extérieures et intérieures qui agissent en un point quelconque de ce corps, ne surpasse nulle part la grandeur donnée de la force coercitive , dont l'effet serait analogue à celui du frottement dans les machines. Il en résulte, dans ce cas, que l'équilibre magnétique peut subsister d'une infinité de manières différentes.

M. Poisson s'est borné à considérer l'aimantation d'un corps aimanté par influence, pour laquelle la force coercitive est nulle ; les deux fluides sont alors transportés sur les surfaces des éléments magnétiques , où ils forment une couche bien mince relativement aux dimensions de ces éléments. En partant des données précédentes, il a aussi essayé de déterminer la distribution du magnétisme dans les aiguilles d'acier aimantées à saturation et dans les aiguilles de fer doux aimantées par influence; il en a déduit les lois qui sont connues de leurs attractions ou répulsions mutuelles. Il a donné , pour tous les cas , les équations qui renferment les lois de la distribution du magnétisme dans l'intérieur des corps aimantés par influence, et celles des attractions ou répulsions qu'ils exercent sur des points donnés déposition; mais la résolution de ces équations , pour en déduire des résultats comparables à l'expérience, n'est possible que dans un nombre de cas très-limité, eu égard aux différentes formes des aimants. Celui que Poisson a pris pour exemple admet une solution complète, c'est celui d'une sphère pleine ou creuse, aimantée par des forces dont les centres d'action sont distribués d'une manière quelconque au dehors ou dans son intérieur. En réduisant ces forces à une seule, à l'action magnétique de la terre, les formules deviennent trèssimples; on en déduit sans difficulté la déviation d'une aiguille de boussole produite par le voisinage d'une sphère aimantée par l'influence de la terre. Les lois de la variation de cette déviation

1 | (j DE L ELECTRICITE ET DU MAGNETISAIS.

données par le calcul s'accordent avec celles que M. Barlow (49) a trouvées par l'expérience. Le calcul démontre aussi que l'action d'une sphère creuse est à très-peu près indépendante de son épaisseur, tant que le rapport de celle-ci au rayon n'est pas une très-petite fraction qui peut changer de valeur avec la matière et la température de la sphère.

M. Poisson, enfin, a trouvé que les équations générales peuvent être résolues dans le cas d'un ellipsoïde quelconque, pourvu que la force qui produit son aimantation soit constante en grandeur et en direction dans toute son étendue , ce qui a lieu à l'égard du magnétisme terrestre.

Aussitôt après la découverte d'OErsted, Ampère, comme on l'a vu page 72, conçut l'idée d'une hypothèse sur la constitution des aimants, qui le conduisit à la découverte de l'action des courants les uns sur les autres. Il trouva ensuite qu'en transmettant un courant à travers un fil conducteur tourné en hélice autour d'un cylindre, de manière à former une suite de courants circulaires égaux, dirigés dans le même sens, et dont les. plans étaient perpendiculaires à une même ligne droite, cette série de courants circulaires, appelée solénoide, se comportait comme un aimant relativement à un aimant ou à un courant.

En calculant les actions exercées par un élément de courant sur un solénoide, Ampère a été conduit à ce résultat, que les actions se réduisent à deux forces dirigées suivant des perpendiculaires passant par les extrémités du solénoide et de l'élément ; ces forces, en outre, sont en raison inverse du carré des distances qui séparent l'élément de courant et ces extrémités. D'après cela, Ampère, au lieu de supposer que le magnétisme est dû à l'action de deux fluides particuliers, attribue les phénomènes auxquels il donne naissance, à des courants électriques qui se meuvent autour des particules des corps.

Ces courants existeraient donc dans tous les corps sensibles à l'action du magnétisme. Dans les corps à l'état naturel , les courants électriques circuleraient dans tous les azimuts possibles autour des molécules, et l'effet de l'aimantation serait de donner à ces courants des directions tendant à devenir parallèles, et dont les actions sur des courants extérieurs expliqueraient les attractions et répulsions (50). D'après l'hypothèse d'Ampère, un aimant ne serait donc pas un seul solénoide, mais une réunion de solénoïdes parallèles.

La théorie d'Ampère, quoique plus compliquée que celle de