Aimantation par influence. — Fantômes magnétiques

Lorsqu'une substance magnétique est mise en contact avec un barreau aimanté, ses particules magnétiques s'orientent toutes dans le même sens, et la substance devient, tant que l'orientation persiste, un aimant complet, ayant deux pôles et une ligne neutre. Par exemple, si l'on fait porter par l'un des pôles d'un aimant un petit cylindre de fer doux ab (fig, 818), ce cylindre peut, à son

Fig, 818.

tour, porter un second cylindre semblable, puis celui-ci un troisième, et ainsi de suite, jusqu'à sept ou huit, suivant la force du barreau. Chacun des cylindres est donc devenu un aimant et reste un aimant aussi longtemps que dure l'influence; mais dès que cette influence cesse par l'interruption du contact avec le premier cylindre, aussitôt les autres cylindres se détachent et ne

MAGNÉTISME

conservent aucune trace de magnétisme. L'orientation des fluides n'a donc été que momentanée.

L'aimantation par influence explique la formation des houppes de limaille qui s'attachent aux pôles des aimants (fig. 814). Les parcelles qui sont en contact avec l'aimant deviennent autant de petits aimants et agissent par influence sur les parcelles voisines; celles-ci agissent de même sur les suivantes, et ainsi de suite jusqu'à une certaine distance où l'influence finit par s'annuler.

Fig. 819.

L'aimantation par influence ne se produit pas seulement au contact; elle se produit aussi à distance, mais avec d'autant plus

Fig. 820.

d'énergie que cette distance est plus faible et que le barreau aimanté est plus fort. La figure 819 montre une expérience d'influence à distance.

PROPRIETES DES AIMANTS. 106J

C'est par le même effet que se produisent les fantômes ou spectres magnétiques. On nomme ainsi la disposition en courbes symétriques que prend la limaille de fer sous l'influence d'un barreau aimanté (fig. 820). On obtient ces courbes en appliquant sur un

Fig. 821.

barreau horizontal un carton mince que l'on saupoudre, à l'aide d'un petit tamis, d'une couche de limaille de fer. Celle-ci se dispose spontanément, sous l'influence des pôles de l'aimant, en courbes régulières, allant d'un pôle à l'autre et changeant de direction aux extrémités du barreau.

Dans le cas où le barreau aimanté a des points conséquents, le spectre magnétique a la forme représentée par la fig. 821.

Fig. 822

On peut obtenir également des spectres magnétiques par influence, comme l'indique la figure 822.

847. Lignes de force et Champ magnétique. — Ce sont ces courbes magnétiques qui donnèrent à Faraday l'idée des lignes

1062 MAGNETISME

de force. Il appela ainsi les lignes suivant lesquelles s'exercent les attractions et les répulsions magnétiques (et électriques). Elles sont parfaitement déterminées, pour l'attraction de la limaille, dans les fantômes magnétiques (fig. 820, 821 et 822).

La portion de l'espace dans laquelle s'exerce l'action attractive ou répulsive d'un pôle d'aimant, a été appelée le champ magnétique de ce pôle. Elle est plus ou moins étendue, suivant que le pôle est plus ou moins fort. Dans le cas de l'ai traction de la limaille de fer, le champ magnétique est déterminé par l'ensemble des lignes de force.

Les considérations de lignes de force et de champ magnétique (ou électrique) ont pris une grande importance dans le langage et dans les théories de la nouvelle science électrique et magnétique.

848. Lois des attractions et des répulsions magnétiques. — Les phénomènes d'attraction et de répulsion magnétiques ont été étudiés par Coulomb et il a trouvé deux lois, qu'on peut réunir dans l'énoncé suivant :

Deux pôles magnétiques s'attirent [ou se repoussent) en raison inverse du carré de leur distance et en raison directe du produit de leurs tuasses magnétiques.

Coulomb définissait l'intensité d'un pôle magnétique par l'action du magnétisme terrestre. Deux pôles avaient la même intensité ou la même masse magnétique quand ils éprouvaient des actions égales de la part de la terre ; deux pôles de même masse magnétique constituaient, par leur assemblage, un pôle de masse ou d'intensité double, etc. Il a démontré expérimentalement ces lois par deux méthodes, celle de la balance de torsion et celle des oscillations. Des expériences de Gauss, encore plus précises que celles de Coulomb, ont confirmé tous ces résultats *.

849. Formule des lois de Coulomb. — Unité de magnétisme. — Il résulte des lois précédentes que l'attraction, ou la répulsion, qui s'exerce entre deux pôles d'aimant de masses \x et [i/, situés à une distance d, est représentée par la formule

h étant une constante qui représente l'action réciproque de deux masses magnétiques égales à 1 situées à la distance 1 . La valeur de k dépendra du choix des unités de force et de magnétisme.

1. Nous ne décrirons pas ici ces expériences, qui dépassent les limites de notre programme. Nous reviendrons d'ailleurs sur la balance de Coulomb, à propos des attractions et des répulsions électriques.

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Or on appelle unité de magnétisme ou unité de masse magnétique (dans le système C.G.S) la quantité de magnétisme qu'il faut supposer concentrée en un pôle d'aimant pour que l'action exercée, à la distance de un centimètre sur une masse identique, soit égale à une dyne (c'est-à-dire à l'unité de force C.G.S). On donne à la masse le signe + ou le signe — , suivant que le magnétisme est austral ou boréal.

Cette unité étant ainsi définie, la force qui s'exerce entre deux niasses [/. et \j! concentrées en deux pôles situés à une distance rf, est exprimée (en dynes) par la formule

Quand la force F est répulsive, sa valeur est positive (car alors [j. et [)/ sont de même signe) ; quand elle est attractive, elle a le signe — (car (i. et p.' sont des signes contraires).

850. Intensité d'un champ magnétique. — Un pôle d'aimant, placé dans un champ magnétique, y subit une attraction ou une répulsion, qui dépend à la fois de la masse magnétique de ce pôle et de l'intensité du champ.

On appelle intensité d'un champ magnétique, en un point, la grandeur de la force qui agirait en ce point sur l'unité de magnétisme.

Soit h l'intensité d'un champ en un point, la force F qui agit en ce point sur un pôle magnétique de masse ;/. est donnée par l'équation de Coulomb. On a

F=:Ji.

85! . Champ magnétique terrestre. — On appelle champ magnétique unior me xin champ où la force magnétique exercée, en chaque point, sur l'unité du magnétisme, est constante en grandeur et en direction.

Lorsque la force exercée en chaque point du champ sur l'unité de magnétisme est égale à une dyne (c'est-à-dire à l'unité de force C.G.S), on a un champ égal à Yunité de champ magnétique.

Le magnétisme terrestre produit, dans un espace limité, un champ magnétique sensiblement uniforme.

11 est vrai que la direction et l'intensité de la force magnétique terrestre varient, aux différents points de la surface du globe, de même que la pesanteur ; mais on peut la considérer comme constante, dans les mêmes limites et pour les mêmes raisons que cette dernière force.

Soit F l'intensité de l'action du magnétisme terrestre sur un pôle d'aimant ; soit \x la masse magnétique concentrée en ce pôle et H l'intensité du champ magnétique terrestre dans le lieu considéré, on aura

852. Moment magnétique d'un barreau aimanté. — Lorsqu'un barreau, régulièrement aimanté (c'est-à-dire n'ayant que deux pôles et une seule ligne neutre), se trouve dans un champ magnétique uniforme, il est soumis à deux forces égales et contraires appliquées en ses deux pôles et formant un couple. Si h est l'intensité du champ et > la masse magnétique de chaque pôle, chaque force F est égale à u/i.

1064 MAGNETISME

Si l'aimant est placé normalement à la direction du couple, celui-ci tendra à le faire tourner, de manière à l'amener dans sa propre direction. Le moment du couple de rotation sera M = 2ZF, en appelant 21 la longueur de l'aiguille. En remplaçant F par sa valeur, on aura

Le produit 2/p. est appelé moment magnétique absolu du barreau aimanté.

855. Potentiel magnétique. — Les attractions et les répulsions magnétiques étant définies par la loi du carré des distances, on peut appliquer au magnétisme la théorie du potentiel. Comme nous développerons cette théorie à propos des actions électriques, nous nous bornerons ici à la définition.

On appelle potentiel magnétique en un point quelconque (où l'on suppose concentrée l'unité du magnétisme austral), la somme

dans laquelle \xn ;a2 . .. , sont les masses magnétiques, australes ou boréales, disséminées dans le champ magnétique, et r4, r2.. . les distances respectives du point à ces différentes masses.

Toutes les propriétés que nous démontrerons plus loin pour le potentiel électrique s'appliquent au potentiel magnétique.

854. Action des aimants sur tous les corps. — Substances diamagnétiques. — Dès 1802, Coulomb observa que les aimants agissent avec plus ou moins de force sur tous les corps. Il constata ce fait en faisant osciller de petits barreaux de différentes substances d'abord entre les pôles opposés de deux forts barreaux aimantés, puis loin de l'influence de tout aimant. La comparaison des nombres d'oscillations exécutés, clans les deux cas, en des temps égaux, mettait en évidence l'action magnétique.

On attribua d'abord ce phénomène à la présence de matières ferrugineuses dans les corps soumis à l'expérience ; mais Lebaillif, Faraday et Becquerel ont démontré que les aimants exercent réellement une action sur tous les corps, même sur les gaz.

On a constaté de plus que cette action est tantôt attractive et tantôt répulsive : les corps attirés ont reçu le nom de corps magnétiques, et ceux qui sont repoussés celui de substances diamagnétiques. Parmi ces derniers sont le bismuth, le plomb, le soufre, la cire, l'eau, etc. Le cuivre est tantôt magnétique, tantôt diamagnétique, ce qui tient probablement à son degré de pureté.

Faraday, en 1847, avait reconnu que les aimants puissants exercent sur les ilammes une action répulsive, qu'il a attribuée à une différence de diamagnétisme entre les gaz. Depuis, M. Ed. Becquerel a constaté que, de tous les gaz, c'est l'oxygène qui a la plus grande puissance magnétique, et qu'un mètre cube de ce gaz condensé agirait sur une aiguille aimantée comme 5gr,5de fer.

On a calculé que, le pouvoir magnétique du fer étant représenté par 100 000, celui de l'oxygène, à poids égal, est 377 et celui de l'air 88. On en conclut que

L'atmosphère tout entière agit, au point de vue magnétique, comme une couche de ter, de 0'nm,l d'épaisseur, qui envelopperait complètement notre globe.