CHAPITRE m

Gilbert avait une idée du fluide neutre^ quand il avance que dans le fer la propriété magnétique existe, puisqu'elle se manife&te et devient énergique en .présence et à une certaine distance de l'aimant.

Nicolas Cabeo (12) reconnaît que Gilbert e^t le premier qui^ en s'appuyant sur Texpérience, ait traité la question des aimants avec beaucoup plus de soin qu'on ne l'avait fait auparavant. Il parle de la déclinaison et de l'inclinaison , qu'il cherche à expliquer en faisant intervenir des causes occultes dont la science était encore infestée au dix-septième siècle, tout en combattant celles qui avaient été mises en avant par ses devanciers.

En traitant de la déclinaison, il avance qu'elle est plus forte dans un pays, moindre dans un autre ; qu'elle est tantôt occidentale, tantôt orientale; qu'en Europe elle est orientale. Relativement à l'inclinaison, il dit aussi, comme on le savait, que, lorsque l'aiguille a été équilibrée préalablement, elle s'incline aussitôt qu'elle est aimantée.

Nicolas Cabeo (12') décrit une expérience pour montrer que la puissance magnétique se transmet à travers tous les corps; il montre, dans une autre, qu'une tige de fer soutenue verticalement devient magnétique sous l'influence de la terre, fait déjà observé par Gilbert^ mîiis que ce dernier attribuait à une autre cause (12'). 11 rapporte qu'en brisant un aimant en deux , chaque moitié possède la polarité (12^), fait indiquant que le magnétisme ne se transmet pas dans les corps d'une molécule à un autre, comme l'électricité.

On trouve encore dans l'ouvrage de Cabeo un certain nombre d'expériences relatives à différents points du magnétisme et de la direction des aimants; c'est ainsi qu'il montre que toutes pointes ou barres de fer qui n'ont jamais été aimantées acquièrent la polarité avec le temps; qu'un fer chauffé et refroidi dans le méridien magnétique devient également magnétique avec deux pô^es; que, si le pôle d'un aimant est mis en contact avec le milieu d'une tige de fer, les deux extrémités acquièrent le même magnétisme; il se produit en effet au milieu un point conséquent. Il montre encore que le fer rouge n'agit plus sur une aiguille aimantée; il étudie également les directions que prennent deux ou plusieurs aimants en présence l'un de l'autre.

On voit donc que, dès le commencement du dix-septième siècle, on connaissait déjà les propriétés générales des aimants ; mais ce n'est (ju'à la fin du siècle dernier que les méthodes employées par Coulomb permirent de soumettre au calcul les résultats des observations, et d'atteindre la rigueur qu'exigent les recherches en physique.

62 DK L^ELECTBiCITÉ ET DU MAU.NÉlISME.

§ II. Procédés d* ai maniât ion.

La plupart des travaux sur le magnétisme qui furent exécutés jusqu'aux découvertes de Coulomb, c'est-à-dire jusque vers 4780, ont eu principalement pour but de modiRer et de perfectionner les différents procédés d'aimantation, afin de donner une plus grande force et une plus grande persistance aux aimants. Lorsqu'on eutreconnu qu'un aimant ou un morceau de fer abandonné pendant longtemps aux influences atmosphériques était capable de transmettre le magnétisme à des barreaux d'acier par le frottement d'un de ses |yôles^ on dut rechercher les moyens les plus efficaces pour donner à ces barreaux le maximum d'efTet, appelé l'état de saturation. Jusqu'au milieu du siècle dernier on se bornait à passer l'un dps pôles d'un aimant sur toute la longueur des bandeaux, au lieu d'approcher celui-ci du premier par simple contact. Cette méthode^ qui est celle du contact successif^ ne présente aucun inconvénient quand le barreau est court et que l'aimant est puissant; mais il n'en est plus de môme lorsqu'il est très-long et fortement trempé : il peut arriver^ dans ce cas^ que l'aimantation ne s'étende pas réguli^ ment jusqu'à l'extrémité opposée ; il en résulte alors des points conséquents dont on doit se garantir dans la construction des aiguilles aimantées.

Différentes méthodes furent successivement imaginées pour don» ner une grande puissance aux barreaux (13)^ par Knight^ raédeciu de Londres; Mitchell, Canton, de la Société royale de Londres; Duha* mel, Antheaume et Coulomb.

Knight, en 1745, fit connaître un perfectionnement dans le mode d'aimantation par simple contact. Ayant placé bout à bout, par b pôles de nom contraire, deux barreaux fortement aimantés, il posait dessus, dans le sens de leur longueur, un petit barreau d'i cier trempé cerise clair, de manière que son milieu correspondait aux points de jonction des deux barreaux; puis il séparait ceux-ci en les faisant glisser dans un sens opposé jusqu'aux extrémités du petit barreau, qui se trouvait avoir acquis un magnétisme plus fort que celui qu'on lui aurait communiqué par les moyens alors en usage. Cette méthode sert encore à aimanter à saturation seulement des barreaux courts et peu épais.

Peu de temps après cette découverte, Duhamel et AntheannK indiquèrent une autre méthode, qui est excellente pour aifnaa'

ciiAriTBfi m. 63

1er les aiguilles de boussoles et les lames minces : ayant placé parallèlement Tun à Tautre deux barreaux joints à leurs deux extrémités par deux parallélipipèdes de fer doux^ ils prirent deux barreaux aimantés qu'ils inclinèrent de S5 à 30"* sur la direction des barreaux à aimanter^ et les posèrent d^abord au milieu de Tun d'eux, les pôles inverses en regard; puis ils les firent glisser un certain nombre de fois en sens contraire^ jusqu'à l'extrémité de l'un d'eux; ils firent la même opération sur l'autre barreau. CËpi^ nus^ en substituant deux aimants aux parallélipipèdes de fer doux, accmit le développement du magnétisme.

Mitchell et Canton^ en Angleterre^ s'occupèrent de l'aimantation à la même époque que Duhamel. Le premier imagina la double touche, qui consiste à prendre deux barreaux fortement aimantés^ liés parallèlement entre eux, à les tenir dans une position verticale^ les pôles inverses en regard et à une distance de 7 à 8 millimètres l'un de l'autre; après avoir placé en contact plusieurs barreaux égaux^ à la suite les uns des autres , sur une même ligne droite^ on fait glisser le double barreau^ à angles droits^ par une de ses extrémités , tout le long de cette ligne ; en l'appliquant au centre de celui que Ton veut aimanter, et faisant sur chacune des deux moitiés un nombre égal de frictions, les barreaux intermédiaires acquièrent alors une grande force magnétique^ mais non un maximum.

Les barreaux intermédiaires devaient acquérir le plus fort ma gnétisme^ par cela même qu'ils étaient soumis à l'action par influence des barreaux extrêmes. Sous ce rapport , les barreaux de fer doux présentent plus d'avantage que les barreaux d'acier; le procédé de Mitchell l'emporte sur celui de Duhamel.

CËpinus a fait une modification heureuse au procédé de la double touche : au lieu de maintenir les deux barreaux glissant toujours parallèlement l'un à l'autre^ il les a inclinés en sens contraire^ comme Duhamel Tavait fait^ afin que les résultantes longitudinales fussent plus considérables^ les actions agissant plus obliquement sur la surface du barreau (ii).

Cette innovation affaiblissait^ à la vérité^ l'action propre de chaque barreau glissant^ qui n'a plus qu'une ligne de contact avec le barreau; mais Texpérience a prouvé que Jusqu'à une certaine limite^ 15 à 20*» , les barreaux inclinés présentent de l'avantage.

Cette méthode^ qui a l'inconvénient de faire naître plus facilement des points conséquents dans des barreaux d'une certaine longueur

G4 1)K i/kLKCTBIGITÉ BX du âIA(;>ËTISME.

que iii niélhode de Duhamel, n'est employée ordinairement que pour donner à de gros barreaux un fort degré de magnétisme, sans qu'il soit nécessaire d'avoir une égale distribution.

Coulomb (15), mettant à profit les avantages que présentent les méthodes que nous venons d'exposer^ adopta les dispositions suivantes^ qui jus(iu'ici n*ont éprouvé aucun changement : les barreaux fixes dont il a fait usage étaient des faisceaux composés de dix barreaux d'acier trempé cerise clair^ de 5 à 6 décimèlres de longueur^ 45 millimètres de largeur et 5 d'épaisseur. Après les avoir aimantes autant que possible, il. les réunissait par leon pôles de même nom, en formant deux couches de cinq barreaux chacune ^ séparées par de petits parallélipipèdes rectangles de fer très-doux, faisant un peu saillie au delà de leurs extrémités.

M. Biot (16) a trouvé qu'il valait mieux substituera ces parallélipipèdes des lames de fer doux se réunissant à Textrémité des aimants, de manière à former une pyramide tronquée. Les barreaux glissants sont formés comme les baiTcaux fixes ; mais, au lieu de dix barreaux partiels, il en prend quatre, ayant chacun 400 millimètres de longueur, 5 d'épaisseur et i 5 de largeur. On les péunil ensuite, deux sur la largeur et deux sur l'épaisseur, en les séparant, comme ci-dessus, par des bandes de fer doux.

Cette méthode est fondée sur la distribution du magnétisme dans les aimants, qui est telle que, le plus grand développement de magnétisme ayant lieu vers les extrémités, chaque étage tend à maintenir dans Tétage inférieur la séparation du magnétisme.

L'action seule delà terre suffit pour aimanter des barres de fer et leur faire conserver la faculté magnétique; il faut pour cela les placer dans le méridien magnétique, suivant la direction de l'aiguille d'inclinaison, et les frapper h coups de maiieau poiir les écrouir; du reste, d'après ce que Ton a vu, on connaissait déjà ce fait du temps de Gilbert. Actuellement on a des moyens plus directs de donner aux barreaux d'acier le maximum d'aimantation qu'ils peuvent recevoir : il suffit, ainsi qu'on le verra dans le chapitre suivant, d'avoir recours aux effets d'induction électro-magnétique; mais, avec ce moyen comme avec les autres, la nature de l'acier , sa température , son état physique et sa trempe, influent seuls sur Pintensité de la puissance magnétique qu'ils peuvent acquérir et sur la durée de la conservation de celle-ci.

On a reconnu encore que l'on obtenait de grands avantages lorsqu'on aimante un barreau en le maintenant pendant cette opé-

CUAPlTfiB III. 65

ration à la température rouge y et en lui faisant éprouver ensuite un refroidissement brusque pendant qu'il se trouve sous l'influence des forces magnétiques.

Armnres (ni armatures. Les armures ou armatures ont été ima* ginées vers le milieu du siècle dernier pour augmenter la force des aimants naturels et artificiels. Musschenbroek (16') a concouru avec plusieurs physiciens contemporains à leur donner la forme qu'elles ont aujourd'hui. En voici le principe : Si Fon applique à chacun des pôles un morceau de fer doux d'une certaine épaisseur^ au bout de quelque temps chaque pôle aura acquis un excès d'énergie ^ et par suite l'aimant entier sera capable de soutenir un poids plus considérable qu'auparavant. Ces appendices en fer doux constituent Icsarmatures ou armures de Taimant^ dont les parties extrêmes forment les pieds.

Ces armures ont encore l'avantage de concentrer en quelques pdnts toute Taclion de Textrémité d'un barreau qui a une certaine longueur.

Dans un aimant artificiel , rien n'est plus facile que de placer l'armature^ puisque l'on sait où sont les pôles; mais il n'en est pas de même "dans un aimant naturel^ où leur position est inconnue; il faut commencer par la déterminer à Taide de Texpé- 4rience.

§111. Propriétés des aimants et distribution du magnétisme.

Travaux de Coulomb.

Le physicien dont les recherches sur le magnétisme ont été les plus importantes vers la fin du siècle dernier et au commencement de cetui-ci, est, sans contredit^ Coulomb; aussi le résumé de ses travaux peut-il représenter l'état de la science du magnétisme jusqu'à la découverte de l'électro-magnétisme.

On lui doit la détermination des lois qui régissent les attractions et répulsions magnétiques (17). H a fait usage de deux métbodes> de même que pour déterminer les lois des attractions et répulsions électriques : la première consiste à suspendre une aiguille aimantée à un fil de cocon, et à lui présenter dans le méridien magnétique, à diverses distances^ une autre aiguille aimantée^ puis u déterminer par les oscillations de la première^ et à Taide d'une formule analogue à celle qui régit les mouvements du pendule^ la force euvcitu de laquelle les deux aiguilles agissent l'une sur l'autre*

C6 de' l'ÉLKCTUICITR £T du MAGNBTISUE.

La seconde méthode exige l'emploi de la balance de torsion^ qiri est un des instruments de physique les plus précis dont on puisse faire usage.

L'emploi de ces méthodes lui a montré que les attractions et répulsions magnétiques s'exercent en raison directe des quantités de magnétisme possédées par les éléments des barreaux aimantés^ et en raison invei*se du carré de la distance de ces élémentSi

Jusqu'à Coulomb on ne possédait aucun moyen précis de déte^ miner U distribution du magnétisme dans les aimants; on se bonmit à faire usage de limaille ou de petits poids en fer que Ton faisait adliéi*er aux différents points d'un barreau : Coulomb flt usage pour cette détermination de la balance de torsion (18). 11 fixa à l'extrémité du fil de suspension une aiguille d'acier aimantée à saturation > et de telle sorte que le fil fût sans torsion quand Taiguilie aimantée se trouvait chms le méridiea magnétique; puis il plaça dans le même plan une rt'glo verticale de bois de trois ou quatre millimètres d'épaisseur^ de manière que l'une des extrémités de l'aiguille venait s'y appliquer lorsque le fil était sans torsion ; de l'autre côté de la règle, on faisait descendre Terticalement, dans une rainure faite sur la surface^ un second fil d'acier, semblable au premier et aimanté de même, de sorte que les pôle& de même nom se correspondaient. L'aiguille mobile était d'abord chassée; mais on la ramenait au contact avec la surface de la règle en tdMant convenablement le fil de suspension ; on opérait suwessiveracnt sur différents points, puis on comparait les forces de torsion. Coulomb est parvenu à reconnaître par ce moyen que le magnétisme libre est réuni presque en entier sur les huit premiers millimètres du fil y à partir des extrémités. En représentant géométriquement les quantités do magnétisme libre d'une aiguille par les ordonnées d'une courbe dont les distances de chaque point à l'une des extrémités sont les abscisses, cette courbe* représente h distribution du magnétisme.

Coulomb a employé aussi la méthode des oscillations pour trouver la distribution du magnétisme libre sur une aiguille; à net eOèi, il a remplacé le fil de torsion par lin fil de cocon, et le fil d'acier nu^ bile par une petite aiguille dd boussole. Kn dérangeant celle-d de sa position naturelle d'équilibre^ elle y revient pur les actions uornbinées de la terre et du 111 vertical : la première étant proportidtiuelle au carrê du nombre d'oscillations qu^elle exécute dans un temps donné> dans une minute, par exemple^ lorsqu'elle est sou-

CHAPITBE 111. 67

mise à l'action seule de la terre, si Ton cherche ensuite le nombre d'oscillations qu'elle fait dans le même temps lorsqu'elle est en présence de l'aiguille, on a la mesure de l'action exercée par ce fil, en retranchant le premier résultat obtenu» du carré du nombre d'oscillations trouvé en dernier lieu ; la différence sert de mesure à W quantité de magnétisme libre du point du fil qui se trouve à la hauteur de l'aiguilie mobile.

Cette méthode ne peut s'appliquer aux points extrêmes ou qui en sont à peu de distance , attendu qu'il n'existe pas au delà de l'extrémité des points dont Faction devrait concourir à Peffet général; cela fait que l'action éprouvée par l'aiguille n'est pas la même que si le fil était prolongé. Pour parer à cet inconvénient, lorsque l'on fait osciller ^aiguille à rextréniité du fil, il faut doubler le nombre qui représente le carré des oscillations, pour que le résultat soit comparable à ceux que Taiguille donne quand elle oscille devant les autres points. Le doublement doit donner un résultat un peu plus faible que le véritable; c'est ce que M. Biot (19) a fait voir aussi par le calcul; le doublement ne doit avoir lieu que .pour le pointextréme, car, pour les autres. Terreur est d'autant plus grande que le point que Ton considère est plus éloigné.

La courbe des intensités est exactement la même , à diamètre égal, quelle que soit la longueur des fils, pourvu qu'ils aient plus de 0",21 à 0"™,24 de longueur; elle ne fait donc que se transporter vers les extrémités quand les fils s'allongent. Coulomb a reconnu que, dans des aimants très-courts, les pôles, qui ne sont autres que les centres d'action de l'aiguille, étaient à peu près au tiers de la demi-longueur, et que cette valeur était une limite dont les pôles s'approchaient à mesure que la longueur de l'aimant diminuait.

M. Biot, en cherchant la relation qui existe entre les abscisses et les ordonnées de la courbe des intensités, a montré qu'elle pouvait être représentée par une équation logarithmique.

M. Becquerel (20) a trouvé que la distribution du magnétisme dans des fils très-fins d'acier de ^ de millimètre de diamètre était la même que dans les fils ordinaires, ce qui montre que la distribution du magnétisme est semblable dans une série de molécules de ma^ tières placées sur une ligne droite comme dans un barreau ordiuaire.

Coulomb, voulant connaître la distribution du magnétisme dans rintérieur des aimants, prit un certain nombre d'aiguilles paralléiogrammatiques rectangles dans la même tôle d^acier; il les tit

68 DE l'électricité ET DU MAGNETISME.

chauffer à blanc sans les tremper, pour être assuré de les avoir toujours dans le même état; les ayant aimantées à saturation^ il en Forma des faisceaux , les pôles semblables étant du même côté; les aiguilles furent liées ensemble avec uii fil de soie assez fort pour les serrer : il a trouvé que la force magnétique de chaque faisceau croissait dans un rapport beaucoup moindre que le nombre des lames.

Coulomb a observé encore qu^un faisceau de lames prend à peu près le même degré de magnétisme qu'une seule lame de même forme et de même poids^ ce qui tendrait k faire croire que^ dans les aimants d'une seule pièce^ le magnétisme va en diminuant de la surface au centre^ comme dans les aimants composés de plusieurs lames.

§ IV. Action des amants sur différents corps.

Les physiciens du siècle dernier ont recherché si les aimants pouvaient exercer une action sur d'autres métaux que le fer ou bien sur quelques-unes de ses combinaisons et de ses alliages ^ c'est-àdire si d'autres métaux ne se présentaient pas comme magnétiques. Dans les anciens Traités de physique on trouve, en effet, des tablies indiquant le nom de substances ayant une action plus ou moins vive sur l'aiguille aimantée', ou même n'en exerçant aucune; on peut citer entre autres V Essai de physique de Musschenbroek, publié en 1751. Depuis cette époque, parmi les physiciens qui se sont occupés de ces effets, on remarque Brugmann (21), qui, en t778, cherclia à imprimer une direction à des substances très-mobiles par rinfluence de forts aimants : il reconnut que le cobalt manifeste une très-forte action magnétique ; que le cuivre et le mercure sont faiblement attirés par l'aimant et le zinc un peu plus. Il a vu que le bismuth, de couleur foncée est repoussé par les pôles de Taimant.

Lehmann (22) a cherché à prouver que les actions de c^ genre étaient dues à un mélange de fer. Cavallo (23) fut d'une opinion contraire.

Coulomb (24) fit des expériences du même genre, mais en déterminant le rapport des forces exercées de la part d'un aimant sur des aiguilles d'or, d'argent, de plomb, de cuivre et d*étain,eu égard à la force de torsion d'un fil de cocon ; puis il chercha, en faisant des mélanges de cire et de fer, quelle était la faible proportion de ferou

ciiAPirnE Tfi. co

de particules magnétiques nécessaires pour produire les mémos résultats^ et il trouva que la présence de i^^i^c^ de fer dans les métaux supposés actifs suffisait pour leur donner une force directrice sensible entre les pôles d^un aimant. Ce physicien ne li^uva pas dès lors de motifs suffisants pour se prononcer sur la cause des phénomènes et décider si tous les corps étaient magnétiques^ à des degrés différents , ou bien s'ils ne devaient pas cette propriété à un mélange de fer. Cette opinion fut partagée par M. Biot, qui ne pensa pas que Ton pouvait décider ^alternative.

On voit donc que dans la période du magnétisme dont nous retraçons Fhistoire^ bien que des tentatives aient été faites pour montrer que d'autres corps que le fer obéissaient à Taction des aimants, on avait^ seulement constaté que le nickel et le cobalt étaient magnétiques comme le fer, mais qu'à Tégard des autres substances, les actions n'étaient pas assez manifestes pour décider à quelle cause elles devaient leur faculté d'être influencées par les aimants. Ce n'est que depuis cette époque, comme on le verra dans le cinquième chapitre, que cette question a pu être résolue à Faide d'autres méthodes d'expérimentation ; mais il n'en est pas moins vrai que Brugmann avait observé un fait qui paraissait isolé et auquel on fit peu d'attention, celui de la répulsion du bismuth par les deux pôles de l'aimant, fait qui devait se rattacher plus tard à des effets manifestés par un grand nombre de corps.