CHAPITRE IV

Électro-dynamique et électro-magnétiime.

§ I", Découverte d*OErsted et travaux d'Ampère*

£n 4830^ une découverte capitale vint imprimer k l'électricité une impulsion nouvelle^ comme avaient fait celles de Galvani en i790, et de Yolta en 1 800. Cette découverte parut inopinément : on apprit à Paris^ en juillet i 820 (1 ) qu^Œrsted, professeur de physique à Copenhague^ guidé par des vues théoriques^ publiées vingt ans aupa- ^vant» sur la constitution moléculaire des corps ^ venait d'annoncer dans un ouvrage écrit en latin ( Expérimenta circa effeclum , etc.), qu'une aiguille aimantée, placée à peu de distance d^un fil de métal joignant les deux extrémités d'une pile, éprouvait de la part de ce îil une action révolutiva telle que, si Taiguilte se trouvait au-dessus ou au-dessous , à droite ou à gauche , elle était aussitôt déviée à angle droit, dans un sens ou dans un autre, et s'inclinait en haut ou en bas , selon le sens de la décharge. Cette expérience iîit faite par CErsted en présence de ses élèves, sans préparation préalable , et le fait -annoncé par lui comme une déduction de ses idées théoriques. Cette découverte causa une surprise d'autant plus grande que si, à diverses époques, on avait cru voir des rapprochements entre les effets des aimants et ceux de l'électricité , les essais tentés jusque-là, même ceux de Kitter, pour déterminer l'influence exercée par la pile sur Taiguille aimantée , n'avaient donné aucun résultat satisfaisant.

A l'observation seule de ce fait qui , à la vérité, est du premier ordre ^ se borne la part qui revient à ÛErsted dans la découverte de rélectro-magnéiisme; il laissa à d'autres physiciens le mérite de compléter son œuvre , dont il a planté le premier jalon.

73 DE l'klFCTBICITK I:T DI' MAGNÉTISirC.

Ampèro , aussitôt qu'il eut connaissance de l'expérience fondanientaic d'(F.rsted^ commença une série de recherches dont les résultats réunis constituent rélectro-ma^'uétisme (2).

Le 18 septembre 1820, il communiqua un preraierménioire k l'Académie des sciences , dans lequel il réduisit les phénomènes observés par Œrsted à deux faits principaux; il démontra que l'action de la force électro-dynamique existe également dans toutes les parties du fil conducteur^ ainsi que dans la pile; il donna la loi générale qui détermine le sens de l'aiguille dans chaque cas particulier^ en donnant le nom de direction du courant à celle suivant laquelle se meut Télectricité positive ; il donna le moyen de reconnaître le sens du courant , afin qu'il n'y eût pas de confusion à cet égard entre les physiciens. Il décrivit dans le même mémoire les instruments qu'il se proposait de fairo construire^ particulièrement les spirales et les hélices qu'il annonça devoir produire les mêmes effets que les aimants; il exposa en même temps ses idées sur les propriétés des aimants^ dues suivant lui à des courants électriques circulant autour des molécules^ dans des plans perpendiculaires i leur axe. On voit donc que, dès l'origine de ses recherches. Ampère jeta les bases de Télectro-magnétisme ; ses travaux ultérieurs n^oot été que les développements des vues exposées dans son premier mémoire.

Le 25 septembre^ Ampère exposa à l'Académie des sciences le résultat de ses recherches sur les actions les uns sur les autres, des circuits parcourus par des courants électriques suivant qu'ils cheminent dans le mc^me sens ou dans un sens différent, et le octobre, il montra quelles étaient les actions exercées de la part des courants sur des circuits fermés.

Pendant qu'Ampère découvrait l'action des courants les uns siir les autres, et cherchait à établir l'identité entre le fluide électrique et le fluide magnétique, Arago (3) examinait l'espèce de niodiflcation qu'éprouve un fil de métal parcouru par un courant électrique ; il pla^« à cet effet, à peu de distance du fil, de la limaille de fer, qui fut attirée parle conducteur, et s'y déposa transversalement enformantdes anneaux concentriques. La limaille tomba aussilùt-que le courant fut interrompu. Bientôt après, par un procédé déduit des idées théoriques d'Ampère , il aimanta des aiguilles et des barreaux d'acier placés dans la partie intérieure d'un til conjonctif enroulé en hélice sur une portion de sa longueur. En plaçant plusieurs hélices à la suite les unes des autres et dont les spires tournaient alternative-

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ment en sens contraire^ un fil d'acier placé dans leur intérieur fut aimanté^ et présentait autant de points conséquents qu^ii y avait eu de changements dans la direction des spires. Les effets furent les mêmes en se servant d'une pile^ d'une machine électrique ou d^une bouteille de Leyde.

Davy (4) aimanta plus tard des petites aiguilles d'acier^ eu les frottant transversalement sur un fil conjonctif.

Le 30 octobre de la même année, Ampère (5) annonça à l'Académie que l'action du globe terrestre tendait à amener, dans un plan^ perpendiculaire à la direction de l'aiguille d^inclinaison ^ le plan d'une portion mobile du conducteur d^un appareil voltaïque, (lisposé de manière à former un circuit fermé.

M. Biot (6) y lut dans la même séance un mémoire fait en commun avec Savart^ sur l'action mutuelle des courants et des aimants, dans lequel ces deux physiciens firent connaître le caractère de la force électro-dynamique^ c'est-à-dire la loi suivant laquelle cette force émanée du fil conjonctif s'affaiblit à diverses distances de son axe ; ils reconnurent que la force exercée par le fil est transversale à sa longueur^ et révolutive et qu'elle décroît dans un rapport exactement proportionnel à la distance. Laplace démontra que la loi individuelle de la force élémentaire de chaque partie du courant était en raison inverse du carré de la distance.

. Le 6 novembre^ Ampère fit connaître à l'Académie un fait relatif à Faction des conducteurs ployés en hélice^ et qu'il avait remarqué avant d'en connaître la cause. Il en déduisit un moyen très-simple de neutraliser l'effet longitudinal d'un courant électrique^ dans une hélice électro-dynamique^ et d^en réduire l'action à l'effet transversal^ qui se trouve alors identique à celui d'un aimant. Dans la séance du 4 décembre (7)^ il donna l'expression analytique des attractions et répulsions des courants électriques^ en s^attachant h montrer que tous les faits relatifs à l'action mutuelle de deux ai* mants^ d'un conducteur voltaïque et d'un aimant^ ou de deux conducteurs, pouvaient être ramenés à une cause unique, consistant dans une force tantôt attractive, tantôt répulsive^ entre les portions infiniment petites de ce qu'il a nommé courants électriques, mais agissant toujom*s suivant la ligne qui joint leur milieu, il admit que l'action de cette force n'était pas seulement fonction de la distance^ mais qu'elle dépendait aussi des angles qui déterminent la position respective des deux portions infiniment petites des courants électriques et delà ligne qui en joint les milieux.

7 1 DR l'Électricité et ou magnétisme.

Enfin^ dans un dernior mémoire lu à l'Académie des Bciences, les

8 et janvier iHSI^ AmpiVo donna qui*lqucs essais de calcul relatifs h Taction mutuelle d'un fil conjonctif et d'un aimant.

On voit que, dans Tespace de cinq mois. Ampère, en partant du fait fondamental découvert par <»sted , jeta les bases de l'éleotromagnétisme, partie delà physique qui rattache les phénomènes magnétiques à l'électricité.

En 1 831 (8) , Faraday fit l'expérience de la révolution d'un fil conducteur autour du pôle d'un aimant, dont WoUaston avait eo ridée (9); il réussit également à faire tounier un aimant pariillèleinent autour d un fil conducteur traversé par un courant^ mais il ne put parvenir à imprimer à un aimant un mouvement de rotation autour do son axe.

Ampère reconnut que la cause du non-succès (40) tenait à ce que le courant ne passait ni dans l'aimant, ni dans une portion du conduoteur qui était solidement attachée ; en ayant égard -à cette considération, il obtint le mouvement de rotation avec une grande vélocité.

Davy (10') ayant plongé dans du mercure les bouts de deux conducteurs en communication avec les deux extrémités d'une pile, et ayant approché l'un des pôles d'un aimant puissant près de la surface du mercure en contact avec ces conducteurs, il vit ausaitûtle mercure prendre un mouvement de rotation rapide, dont le aens dépendait de la nature du pôle de l'aimant et de celui de la pile.

On a vu précédemment, qu'en faisant passer la décharge d'nne trè&*forte pile entre deux pointes de charbon , il se produit un jet de lumière dont l'éclat est si vif que l'œil ne peut en supporter la vue. Davy ayant présenté un aimant à ce jet de lumière, ce jet éprouva une action semblable à celle d'un conducteur métallique mobile, c'est-à-dire qu'il en était attiré et repoussé selon le pôle en regard et le sens du courant. Cette expérience intéressante montre que l'arc voltaïque formé de matières transportées par le courant ou traversées par lui, et portées à Tincandescence, obéit à raction des courants et des aimants comme un conducteur solide parcourn , par l'électricité.

Kn même temps qu'Ampère découvrait les propriétés des hélices, M. Scliweiggor (11), en Allemagne, imaginait le multiplicateur ou galvanomètre, fondé sur le même principe. Cet appareil, qui sert à constater la production de très^faibles courants électipiques; a permis d'analyser les effets électriques qui se manifestent dans un grand n^mbro de cas, et particulièrement dans les actions chi*

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iniques, où tout autre moyen avait été jusque-là insuffisant. La construction dn galvanomètre varie suivant la source qui produit l'électricité dont on veut constater Texistence; en général, l'appareil se compose d^m chftssis en bois ouvert sur deux faces, et autour duquel est enroulé un fil de cuivre recouvert de soie. Le diamètre i!t le nombre des circonvolutions dépendent de l'intensité du courant électrique. Une aiguille aimantée, suspendue à un fil simple de soie, est placée dans Tintérieur du châssis. Le courant électrique vient-il à circuler dans le fil, les actions individuelles que reçoit l'aiguille aimantée de chacune dés circonvolutions du fil enroulé s'ajoutent, et produisent une résultante qui est assez considérable pour faire dévier Taiguille aimantée, lors même que le courant initial est très-faible.

Ampère, en suivant les déductions de sa théorie, posa en principe que le globe terrestre se comporte dans son action sur les conducteurs et les aimants, comme s'il existait dans le globe des courants électriques cheminant de l'est à Touest; il montra quelles étaient les expériences qui venaient à Tappui de sa manière de voir. Quand nous exposerons les opinions émises sur les causes du magnétisme terrestre, nous dirons comment Ampère pensait que cette circulation pouvait avoir lieu.

M. Delarivepère [il') a imaginé de petits couples munis de fils conducteurs enroulés en hélice, et qui, flottant sur l'eau acidulée^ se dirigent sous l'action des aimants et sous celle de la terre. Ces petits conducteurs mobiles permettent de répéter très-simplement quelques-unes des expériences d'Ampère.

M. Delarive (12) publia à la même époque un mémoire touchant l'action de la force terrestre sur une portion mobile d'un circuit voltaïque fermé, dans lequel il fit connaître que e^tte action, dans un rectangle, par exemple, s'exerçait sur les portions verticales seulement; il établit alors cette loi générale, qu'un courant vertical, susceptible de tourner autour d'un axe vertical auquel il est lié, se dirige constamment de façon que le plan qui Tunit à son axe soit perpendiculaire au méridien magnétique, se plaçant lui-même à l'est s'il est descendant, à l'ouest s'il est ascendant.

De ce qu'un courant horizontal n'est pas affecte par le magnétisme terrestre, il no s'ensuit pas pour cela que son action soit complètement nulle; cette action existe en réalité, et M. Delarive a trouvé qu'elle est soumise à la loi suivante : un courant horiz^ontal, susceptible de se mouvoir parallèlement à lui-même, se meut do cette manière, dans un sens ou dans un autre , suivant sa propre direo-

70 DF. i/kLECTRICIT^ FT Dr MAriMÉTISlIE.

tion; ce mouvement a lieu dans toutes les positions où on le met, qu'il soit placé dans la direction du sud au nord^ dans celle de Test à l'ouest^ ou dans toute autre direction intermédiaire.

A peine ces lois^ cpii se déduisaient de la théorie d'Ampère, furent-elles connues^ qu'une polémique s'engagea entre Ampère, d'une part^ Davy et Bcrzélius^ de l'autre. Berzélius regardait comme improbable l'hypothèse avancée par Ampère, que les effets magnétiques du courant fussent dus à un mouvement en hélice des deux électricités; la polarité double du conducteur lui parut être une supposition plus simple et plus vraisemblable. Ampère répondit que les expériences nuses en avant par Berzélius pour défendre son opinion rentraient également dans sa théorie , et que dès lors on ne devait pas chercher une autre explication que celle qui eu découlait.

Davy, dans une lettre adressée à Ampère sous la date du 90 février 1831, lui mandait qu'il doutait que le magnétisme eût une origine électrique; Anipère combattit encore cette opinion, en s'appuyant sur sa théorie qui est aujourd'hui généralement adoptée.

Nous devons encore ajouter qu'en 1823 (13), Savary confirma cette théorie en montrant que des solenoïdes, ou cylindres électrodynamiques d'un très-petit diamètre, agissaient à des distances trèsgrandes par rapport à ce diamètre , comme des aimants dont les pôles seraient situés à l'extrémité de ces diamètres.

Ampère (14), frappé des beaux travaux de Frcsnel^ sur la lumière^ et surtout de l'accord des considérations sur lesquelles il s'appuyait et de celles qui s'étaient présentés à son esprit relativenoent à la cause des attractions et répulsions électriques, exposa ses idées à cet égard en ces termes : « Cet accord, disait-il, prouvait par « l'ensemble de ces phénomènes que le tluide répandu dans tout a l'espace, qui ne peut être que le résultat de la réunion des deux a électricités, était à peu près incompressible, traversait tous les a corps, et que les mouvements excités dans ce fluide s'y propa»- « geaient par une sorte de frottement des couches déjà en niouvea ment sur celles qui ne l'étaient pas. D'après cela , il était naturel a de penser que le courant électrique d'un fil conducteur ferait en « partie partager son mouvement au fluide neutre environnant, et « frottait en partie contre lui, de manière à donner naissance à une réaction de fluide sur le courant , qui ne pouvait tendre à déplaît cer celui-ci, tant que la différence de vitesse était la même de