CHAPITRE IV

Actiont moléculaires ducs il l'iullucncc des aimanta.

Actions moléculaires produite! par l'aimantation dans les mitaux magnétiques proprement dits. Les observations faites par plusieurs physiciens ont montré l'influence de l'aimantation sur les propriétés moléculaires des corps magnétiques. Ainsi , lorsqu'un fil de fer traversant une hélice parcourue par un courant électrique se trouve aimanté, le coefticient d'élasticité dîminiLe. Ce résultat a lieu dans te fer doux et dans l'acier; mais, dans ce dernier, la diminution persiste même après l'iuli'inqUion du courant (Wertheim ).

On peut montrer bien simplement le changement qui se produit dans une barre de fer lorsqu'elle s'aimante vu opérant comme il suit : On fixe une tige de fer doux par une de ses extrémités, tandis que l'autre est libre; on fait courber cette tige à l'aide d'un poids additionnel pincé a l'extrémité liluv. .Si on lait passer un courant électrique dans. une hélice entourant la lige de fer, celle-ci s'aimanle immédiatement, et aussit.it elle se redresse ; ce qui annonce un changement dans son élasticité (Guillemin).

L'action produite lors de l'aimantation du fer est rendue manifeste par les changements de dimension des corps. D'abord on a constaté ce résultat remarquable , que le volume d'une barre de fer soumise à une forte aimantation , ne changeait pus sensiblement.

Pour celu on la pince dans im tube de verre fermé et rempli d'eau, cl surmonté d'un tube capillaire; les moindres variations de volume seraient donc rendues sensibles par les mouvements de l'eau dans le tube capillaire; dans ce cas, l'expérience a prouve qu'il ne se produisait aucun effet appréciable. (Gay-Lussac, Wcrtheim , Joule , etc.)

Mais.sous l'influence de 1'airnaiitalion, si le volume ne change pas, la barre de fer augmente de longueur et diminue de diamètre. D'après M. Joule, cet allongement . qui est lrès-faihlc( de sa longueur, en moyenne), serait proportionnel nu carré de l'intensité iua;.'i]i'!iqin.' développée. D'après le uiéine physicien, quand, au lieu de barres de fer, on emploie des lils de Ter soumis à une certaine tension, il peut se faire qu'au moment de l'aimantation ce soit une diminution tir longueur, au lieu d'une augmentation , que l'on observe.

M. Werlhcim , qui a éludie les eflVls mécaniques dus à l'ainmnla-

lion, a trouvé, en plaçant des barres de fer dans une hélice, qu'il se produit, par l'aimantation du fer. une IraHion mécanique due à une composante longitudinale et à une composante transversale; celle dernière s'annule quand la barre occupe le centre de l'hélice.

11 y aune expérience très-simple que l'on peut faire pour démontrer l'action de celte composante longitudinale exercée de ia part d'une hélice sur une barre de fer, et que, du reste, nous aurons occasion d'invoquer dans rélcclro-mn<:nélisme : si l'on introduit un fil de fer ou une barre de fer à moitié dans uni 1 hélice, au moment oii l'on fait passer un courant électrique un peu intense dans le (il conducteur, la barre attirée vivement vient se placer entre les deux extrémités de l'hélice.

Ces expériences diverses montrent donc que l'acte de l'aimantation donne lieu il un changement moléculaire dans le fer : changement que M. Delarivc a comparé à l'arrangement qui se produit quand on trempe une barre d'acier; seulement l'effet n'est pas semblable, car l'aimantation ne change pas le volume du fer, tandis que la trempe donne Hun à une augmentation de volume dans le fer, o'esl-à-dire à une diminution de densité.

Sons produits. Les chaiiL'eincnis moléculaires qui ont lieu dans le fer lorsqu'ils se répèlent à des intervalles très-courts, peuvent donner lieu à des vibrations sonores, que l'on observe dans un grand nombre de circonstances. Ainsi, en approchant le pôle d'un fort aimant d'une spirale plate traversée par un eouraul électrique, on produit un son. En faisant tourner rapidement une armature

en Ter doux devant les pôles d'un aimant à Ter à cheval, on donne lieu au même phénomène ( Dclczcnnc). liais si l'on place nu milieu d'une hélice parcourue par un courant, dus lames ou des tiges de fer, au moment oii le courant est ouvert ou ferme, on observe mi phénomène analogue (Gassiot, Bcalson, Delarive, Wcrlheim , Maiii'iird , Marrian, Wartmunn, etc.].

Les sons produits dans celte dernière e ire on s tance acquièrent plus d'intensité quand on opère à l'aide d'un courant électrique discontinu qui permet aux vibrations moléculaires du fer de se répéter à des intervalles égaux, en fixant la tige en fer à une table d'hai-uimne. (.m bien lorsqu'on emploie un diapason monté sur une table d'harmonie au lieu d'agir à l'aide d'une lige en fer. On

Fig. >73

peut disposer l'expérience en plaçant autour d'une des branches du diapason une hélice qui ne le louche pris. Un interpose alors dans le circuit voltuique un interrupteur ii main M composé d'un disque en verre dont la cit'cnnlcrcuce est formée de parties alternativement conductrices et non conductrices, et d'un fil conducteur qui touche continuellement la circonférence , ou bien l'on emploie un interrupteur analogue aux petits appareils clccti'o-iuagnëliqiies que nous décrirons dans le livre suivant : à l'instant où l'on fait fonctionner l'appareil, on entend un son continu et assez fort.

Si l'on mesure la hauteur du son produit dans une barre de fer

[I,,.,. l lui ir ln'hi> [Wffuiirii- p^r <|.^ vimub •Jiki>n-

tiims , on trouve que ce son est dû à des vibrulimis longitudinales semblables ;i celles que le frottement ferait naître.

Quand on transmet directement des courants élei triques au travers des tiges de 1er ou des fils de ce métal, on remarque également une production de son ; ainsi , lors du passade de l'électricité dans le fer, comme dans le eas oii l'électricité circule autour de ce mêlai et l'aimante, les vibrations sonores peuvent se produire. Il faut opérer encore dans ce cas à l'aide de courants interrompus. Les sons qui

S2 HlGftÉl'ISNK.

proviennent de vibrations longitudinales, lorsque les fils ne sont pas bien iL'iidus. seul aceompagnés d'un bruit particulier, d'une crépi - Intion semblable à celle de I étincelle éle< trique ; il faut donc, pour que le son sait bien pur, que le fil ait une tension suffisante; au delà d'une cerlaine limite, l'aptitude îles lils de fer doux à rendre les sons diminue. Les sous dus au passage des courants électriques dans les lils de fer et dans les tipes de ee métal doivent êtiu rapportés probablement à une expansion subite des molécules, comme cela semble résulter des expériences de M. Ilenlson.

Les changements moléculaires qui ont lieu dans le fer aimante sont eneore rendus sensibles par une expérience de M. Grave, qui montre qu'une armalure eu fer dno\ éprouve une élévation de tcnipcralore de plusieurs degrés qoaod on l'aimante el qu'on la désaimante successivement à l'aide d'un aimant extérieur. Les métaux attires que le fer, le nickel el le cobalt, ne donnent lieu à aucun changement moléculaire de cette nature, ni k aucun sou appréciable ; il se produit néaninoii^ dans les corps autres que les métaux magnétiques des actions particulières d'une autre nature, el que nous allons étudier.

Polarisation ciirvltiïre mngnrfit/ttr. M. Faraday a découvert •p [ninuiii .1. . .iniiuiit pt ui utir uf oii'- 4iiL'-«.,iii e hui> .parente, de telle sorte que, si un rayon de lumière polarisée traverse celte substance dans la direction de la ligne des pôles nu de l'axe magnétique . le plan de p. ilari-ation de ce rayon esl dévié soil il tlroite, soit à fauche de l'observateur, suivant la direction de l'aiinaiilation. L'action des nuuauls puissants est doue capable de modiliec l'étal moléculaire de tous les corps transparents, et de leur faire acquérir, pendant que riutlneiir-e magnétique dore, les mentes propriétés optiques que celles que possède naturellement ie quartz parmi les corps solides minéraux . et un cerlain nombre, de corps leis tpie le sucre, l'acide lartrique, l'essence de citron , l'essence de térébenthine, eti'., parmi les substances organiques.

On peut mellre en évidence le phénomène remarquable découvert par M. Faraday à l'aide des appareils disposés comme il snil :

Ou lixe solidement un fort électro-aimant AHC sur une table, de façon que le plan passant par les deux faces terminales du 1er doux soil lioH/.ontal el à la hauteur de l'oiiverlurc du volet d'une chambre obscure ou d'une lampe O. Sur chaque branche du ce iér à cheval , on place des masses parai lélipqwidiqu es de fer doux DE, D'E', de même largeur que le diamètre du fer. Ces masses de fer soni per-

KABHÊTUHE. 83

Fifi. 17*.

cées ii la partie centrale, dans toute leur longueur, d'une ouverture cylindrique de I à 2 centimètres ,1e diamètre, cl on les dispose de façon que les deux ouvertures et celle de la chambre obscure soient dans le prolongement de l'une et de l'autre; on peul, en outre, approcher ou éloigner ces masses de fer l'une de l'autre et les maintenir fixes dans la même pusilion à l'aide de vis sans que les ouvertures cessent de se correspondre.

Les substances sur lesquelles ou vent agir sont placées entre ces morceaux de fer en «, de sorte que, les (Mlles de ces derniers agissant normalement, la ligne magnétique se trouve être la direction du rayon lumineux, et on observe les phénomènes à travers les ouvertures longitudinales des fers doux. Ces masses aimantées par influence DE, [)' E', augmentent de beaucoup leseffels, et comme leur intensité polaire croit à mesure qu'un les approche l'une de l'antre, on peut rendre sensible l'action du magnétisme sur des plaques transparentes de quelques millimètres d'épaisseur.

La lumière blanche des nuées ou de la lampe 0 tombe d'abord sur tm prisme de .Nichol V situé en avant de l'clectro-ai niant, et fixé en D' au morceau de 1er li'li'. Ce prisme sert donc de pulariseur. Jji lumière, une fuis polarisée, passe il travers les ouvertures des musses de Ter, et traverse par conséquent la substance transparente o placée entre elles ; elle est reçue ensuite de l'autre côté de l'électro-aimanl sur un second prisme de Nichol 1' nommé prisme oculaire, ou sur un prisme biréfringent adapte au centre d'un cercle divisé perpendiculaire à la direction des rayons lumineux. On emploie le prisme de Nichol P quand les effets à observer sont faibles, et ou Jui substitue le prisme biréfringent dans le cas contraire. Des

84 mCNÉTISWE.

m ouve monts d'alidades permettent fie tourner les prismes dans tous les azimuts possibles (E. Becquerel).

L'appareil suivant, consLruit par M. Kliumkorf, est également commode pour faire ces expériences :

ty. m.

AU, CD, sont deux élcclro-amiaiils ivdilignes fixés en M et en S au* deux côtés d'un baii en fer doux MNRS. Un courant électrique, en circulant dans les deux hélices AB, CD, peut aimanter fortement les deux électro-aimants, l.ii disposition est telle que les deux pôles B ctC, situés eu l'an: l'un de l'antre, mut deux pôles contraires. Comme le bâti est en fer doux , il forme armature, et l'action magnétique des deux antres extrémités A et li se trouve détruite. Il résulte de [-elle disposition que l'on peut pincer un corps entre les pôles contraires B etC, et qu'il sera ainsi soumis il une puissante action magnétique. Afin que l'on puisse juger de l'effet optique exercé dans celle action, les fers doux sont perces lon^iluiliiudement de part en part, comme les fers doux de l'appareil représenté ligure 171, et que l'un de nous a employé pour la première fois ; des appendices E cl F, d'un diamètre un peu moindre que celui des barreaux de fer, servent à augmenter l'intensité' magnétique exercée dans un espace déterminé. Les extrémités U et o' sont munies de prismes de Nicliol, et les autres dispositions de l'instrument sont analogues a relies qui ont été indiquées pour l'appareil précédent.

La figure l"ri représente un petit barreau suspendu entre les pôles pour examiner les effets d'attraction et de répulsion; mais, quand ou veut étudier l'action exercée sur les corps transparents,

on enlève le petit barreau et on pince les derniers sur un support entre E et F ; comme on l'a fait dans l'appareil représenté figure

Après avoir placé la substance entre les surfaces polaires des fers doux d'un des deux appareils qui viennent d'être décrits, on commence par tourner le prisme oculaire analyseur de façon à croiser les deux prismes de Nichol et à éteindre l'image vue au travers de la substance avant l'aimantation. Aussitôt après le passage du courant, la substance transparente est influencée, cl l'image reparaît avec plus ou moins d'intensité, suivant la nature de celte substance : lu courant cessc-i-il , l'image disparait.

Ce phénomène est une relation du plan de polarisation. M. Faraday a trouvé que lu sens de cette rotation ne dépend pas des substances, mais de la direction de l'axe magnétique, et que, lorsque le pôle austral est du côté do l'observateur, elle a lieu vers la droite, tandis qu'elle a lieu vers la gauche lorsque c'est le pôle boréal. Lorsque l'on opère avec la lumière blanche, alors, au moment où les [Miles magnétiques inlhienc.cut ia substance-, l'image de l'ouverture de la chambre obscure parait colorée en bleu blanchâtre. Si l'on tourne le prisme oculaire pour diminuer l'intensité de celle image, elle parait bleue avant le zéro, et rouge après, quel que soit le sens de la rotation.

Si l'on place l'écran de fagon que le rayon de lumière polarisé' le traverse perpendiculairement à l'axe des pôles de l'élcctro-aimanl, on n'observe aucun effet. Mais si le rayon lumineux est incliné sur l'axe d'aimantation, M. Verdet a démontré que la rotation du plan de polarisation est proportionnelle au cosinus de l'angle compris entre la direction du ravou de lumière et celle de l'action magnétique.

Le phénomène se produit dans le même sens sur les dillcrents corps transparents que l'on peut essayer, suit solides soit liquides, mais à un degré' plus nu moins fort, suivant leur nature (Faraday]. Les corps cristallins eux-mêmes manifestent ces phénomènes, et même ceux, comme le quartz, etc., qui onl un pouvoir rolaloire naturel; seulement il faut faire en sorte, que l'action primitive de la substance ne nuise pas à l'effet produit par le magnétisme : pour cela, s'il s'agit du quartz, on forme des plaques de cette substance par la juxtaposition de morceaux qui sont doués naturellement de propriétés rotatives contraires, et qui au commencement de l'expérience ne donnent aucune déviation du plan de polarisation ; puis on opère avec ces écrans mixtes comme avec des corps amorphes. En

86 MtONKTIMiR,

Ions cas, dans ces substances, les effets sont plus faillies que dans d'autres corps (!£. Itcr.querel).

Lorsque l'on comprime ou lord les coqis soumis à l'action de l'aimant , il y u diminution dans la rotation circulaire magnétique; comme les actions moléculaires fmil 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 (Matteucci, Werlheim).

SI. Faraday a observé ces effets pour la première fois avec du verre pesant (silico-borato de plomb), qui manifeste le phénomène à un liant degré. Pour donner une idée de l'étendue de la rotation, nous dirons qu'avec un prisme de ;i on i centimètres d'épaisseur et un appareil semblable au\ précédents, si l'on fait usage d'un courant provenant de vingt couples de lîunsen, on peut avoir de 1.1 il 20 degrés de déviation du plan de polarisalion.

Les substances qui manifestent la rotation au plus haut degré sont les silicates et les chlorures. D'après M. Malliiessen, la buse qui donne aux verres l'action lu plus énergique est l'oxyde de plomb; pois viennent les ronihiuaisnns de bismuth . d'antimoine, de zinc, de

U bases magnétiques , mais probablement avec moins d'énergie.

L'action pour un même écran est proportionnelle ii l'épaisseur de la substance traversée par la lumière, mais à intensité magnétique égale. Or, comme la distribution du magnétisme dans les masses de fer dons est fort compliquée, on ne peut connaître la loi suivant laquelle change la rotation quand ou augmente la longueur

naircs. SI. Verdet a employé une disposition qui lui a permis de comparer l'action magnétique avec le phénomène optique : elle consiste à augmenter la dimension des l'un s pulaires qui reçoivent l'action magnétique ; pour cela il a terminé les pôles des électro-aimants de l'appareil représenté ligure 17:i par dus lames circulaires de fer un peu larges, et a formé des électro-aimants circulaires dont nous parlerons dans les livres suivants. On peut alors déplacer un corps dans le champ magnétique compris entre ces deux lames sans que l'action change d'intensité. Ce point établi, il est évident que l'on peut vérifier la loi de l'épaisseur, en mesurant séparément l'intensité magnétique de L'appareil, puis la rotation du plan de polarisation, et les comparer l'une a l'autre. M. Verdet

HÀGNKTISHI!.

a aussi vérifié, comme fin devait s'y attendre, que la pouvoir rolniif développé par l'action de l'aimant sur une tranche tri'S-mince d'un corps est pru poil ion ne] à la quantité de magnétisme développée, et en raison invorsc du carré de la distance de la trnncho au contre magnétique.

En opérant toujours dans les mêmes conditions et avec les mêmes épaisseurs, on peut comparer lis allions produites par diverses subslanees. Nous allons donner dans lu tableau suivant quelques déterminations faites avec des corps dont on avait déterminé préiilablement !e magnétisme spécifique, afin de comparer les actions attractives et répulsives aux rotations du plan de polarisation (E. Becquerel).

Verre pcwnt (l"*ctnnlil.).

Id. W échanlil.).

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On voit que les rotations ne sont pas en rapport avec les attractions et répulsions magnétiques qui s'exercent sur les subslanrcs ; mais néanmoins on reconuait qui-, plus h- liquide esl diauiujinéiiqur on repoussé, plus la rotation esl considérable. Ainsi la pnlnrisalîon circulaire magnétique est d'autant moins forte que le pouvoir magnétique (le la substance esl plus grand.

On a trouvé également, en comparant les effets produits a l'aide des rayons lumineux de diverses ivfnm-ibilités. que les lois de la rotation de leurs plans de polarisation, par suite de l'action iuagué-

(*) Ccftlroi» immbiv- mil fi.- ilt'dnil* iln .Irlcriiiiinlioin fait™ par M. Verdet |inr rap(«irl au fulfure d* pnrtinnc ; ponr c. dcrniri rmp* unin ai mis infinis le iigmiin' 1,03, Iruulë par rlppoil h l'ciu.

tique, sont sensiblement 1ns mc.mcs que celles qui ont été trouvées par M. ttiot pour lus substances dont les molécules sont douées naturellement du pouvoir rotatif. Mais il y a cette différence entre ces derniers et ceux qui sont influencés par le magnétisme , que , dans le premier cas, le phénomène est moléculaire, et ne change pas avec la direction du rayon lumineux à travers la substance : on trouvo alors que ie sens île la rotation est relatif il la position de l'observateur; dans lu second cas, au contraire, dans la polarisation circulaire magnétique , le sens est absolu et ne dépend que de la direction de l'axe d'aimantation.

Une expérience de M, Faraday vient mettre en évidence cette différence : supposons un cristal AD de verre pesant, placé entre

Iroîs l'ois lu longueur du cristal. Pi ou détermine avec l'analyseur la rolation du plan de polarisation, on trouve qu'elle est triple de ce qu'elle serait si le cristal n'uni clé parcouru qu'une fois parle faisceau lumineux; ainsi, danser cas, la lumière, en cheminant en sens inverse, éprouve la même action, parce que l'aimantation esl alors inverse, et l'effet final est proportionnel à la longueur totale du chemin parcouru dans la substance AU, placée entre les pôles des aimants. On peut donc, à l'aide de cette disposition , multiplier l'effet de la rotation circulaire uia-nclique dans les corps amorphes.

Dans la rotation naturelle du quart! il eu esl autrement : si l'on construit avec une plaque de quartz, substance douée du la rotation naturelle, un prisme semblable, et qu'on analyse les effets produits après plusieurs îvllcxiuiis, on voit qu'après un nombre impair de passages de la lumière, la rolation naturelle n'est pas plus énergique que lorsque la lumière traverse seulement une fois la substance, tandis qu'après un nombre pair de passages, l'effet est nul. Ainsi, dans en cas, quand la lumière polarisée revient en sens inverse, l'action rotative naturelle esl inverse; car l'observateur, en su transportant jwur observer l'effet produit, voit bien une action dans le même sens par rapport à lui , mais dont le sens absolu est différent par rapport à sa position première.

M. Delnrive s'est servi d'une méthode assez simple pour étudier

deux pôles magnétiques TelN; soif un rayon de lumière |>olariséeSS'qui ne parvient à l'observateur 0 qu'aprèsavi >ir été ré- - s lléchi sur chaque l'ace du cristal et qui parcourt par conséquent

les rotations produites sur les corps, et en particulier sur les cristaux biréfringents, et qui est fondée sur le fait du passage de la lumière dans deux directions opposées au travers des cristaux. 11 a placé sur le pôle d'un électro-aimant un appareil de polarisation de Norembcrg, qui permet, comme on le sait, de faire passer la lumière successivement dans les deux sens au travers d'une plaque transparente posée sur la glace. Alors ce double passage détruit la rotation naturelle, tandis qu'il double la rolaliou magnétique.

Dans les expériences de ce genre, lorsqu'on fait passer le courant dans le fil de l 'électro-aimant, et qu'un corps transparent est influencé, l'image produite par la rotation du plan de polarisation n'acquiert pas immédiatement toute sa vivacité, niais elle augmente graduellement [l'intensité, nuand on détruit le courant, l'image disparaît tout à coup. 11 est possible que l 'accroissement graduel de l'image soit dû au temps que le cylindre de fer intérieur met à acquérir son imivinumi d'aimantation , et que plus le mniiriéti-nie devient intense, |>li:s lu lumière imyiiir-uti-. Mais si l'aimantation n'acquiert pas immédiatement son maximum d'ioteosité, elle ne doit pas non plus le perdre tout à coup, et le temps nécessaire pour revenir au zéro quand un interrompt le courant doit être le même que celui qui s'écoule enlre le moment oii on établit le courant ut l'inslant du maximum. Ainsi ou devrait voir l'image revenir Hi'iulnellemeiit au zéro, de même qu'elle étuil yad nullement devenue visible; comme il n'en est rien, on peut supposer peut-être que le développement successif du magnétisme n'est pas la seule cause qui produise le pbéi 10 mène, et que l'effet est dû à l'action exercée pur le magnétisme les molécules [lu corps, et provient de ce que eo dernier met un certain temps pour acquérir ce nouvel état d'équilibre ; quand la force cesse d'agir, l'équilibre est détruit aussitôt.

Otte action remarquable met eu évidence, d'uni 1 autre munière

que l'effet était du ii l'action exercée de la part du magnétisme sur te rayon lumineux lui-même ; mais alors ou aurait observé une action dans les gaz et dans le vide, ce qui n'a pas lieu. La présence de particules matérielles pincées sur la mute du rayon lumineux est indispensable, et même, comme on l'a vu, la relation dépend tellement de la nature des subslaiic.es qu'elle peut varier au moins do t à 10, suivant le corps mis en expérience. 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 lipne d'aimantation et persister tant que l'ai maniai ion dure, on bien à une influence exercée de la part du ni.i^n.-i i-]jjc sur un milieu éthére qui pénètre les différents corps.

MAGNETISME TKIIWTBI. 91