MAGNÉTISME PAR ROTATION

Nous allons exposer actuellement les phénomènes dont la découverte est due à Arago, et qui trouvent leur explication dans les

effets d’induction dont il a été question précédemment ; nous youlons parler des propriétés magnétiques des corps en mouvement. Voici comment on les observe : si Pon suspend une aiguille aimantée horizontalement au-dessus d’un métal ou de Feau, et qu’on l’écarte de sa position naturelle d'équilibre d’un certain nombre de degrés , en l’abandonnant ensuite à elle-même, elle oscille dans des arcs de moins en moins étendus, comme si elle se trouvait dans un milieu résistant. Ce qu’il y a de remarquable dans ce mode d’action, c’est que la diminution dans l'amplitude des oscillations ne change pas leur nombre dans le même temps. Citons quelques faits. Pour fixer les idées, saisissons Finstant où la demi-amplitude n’est plus que de 4%, et comptons combien il s'effectue d’oscillations depuis le départ. Avec Peau, la distance de l'aiguille à Peau étant de Omn, 65, il se perd 10° en. ...... ....... 90 oscillations. À 52nm 9 de distance , il faut pour la même perte.. 60 oscillations.

Ainsi, selon que l'aiguille est à Omu,65 ou 52r,9 de la surface de l'eau, elle perd 10° dans Pamplitude de ses oscillations en 30 ou en 60 oscillations ; la différence est du double. Arago a obtenu les résultats suivants, en faisant osciller la même aiguille sur de la glace :

De 53° à 439, à Own 70 de distance. 26 oscillations.

De 549 à 490 8 1. 96... 34 De 53 à 439, à 30 ,3........ ER De 53° à 43°, à 52 ,2......:..... 60

Sur un plan de verre (crown-glass), avec une autre aiguille :

De 90° à 41e, à Omm,91 de distance. 122 oscillations.

De:000 72 M0 2 (EEE. enr . 180 De 90° à 41°, à 3 ,04....,...-.. 208 Dear A1 SOLS RER 291

Les plans de métal ont donné des résultats semblables, si ce n’est qu'ils agissaient avec plus d’énergie que le verre, le boïs, etc. Tous les corps qui se trouvent près d’une aiguille aimantée en oscillation exercent donc sur elle une action dont l'effet est de diminuer l'amplitude des oscillations sans altérer leur nombre.

Voici les résultats obtenus par M. Seebeck, en soumettant à Fexpérience des plaques de différents métaux, et une aiguille de 5°*,8 de longueur, placée à 0°°:,67 de distance au-dessus, et comptant

le nombre d’oscillations nécessaires, dans chaque cas, pour que l'amplitude fût réduite de 45° à 10° :

Nombre des oscillations. Épaisseur des plaques. Substances. AA Gas BR RD DE RE té tr emarbre, AA ES peinte DATIENA NE ‘LAmercure:

106 us EE sn0 On ereteee eDISMUtN.

CPS oc ou (Peso she. platineé.

O0 1208 sie n2 0 ESS APE .... antimoine, 89H et TDE. EE. Re ... plomb.

SIRET NO DÉSERT EE OT AGE ml O DIR ETES . Zinc.

CBS AO RERO ‘ratelain:

ÉTSEREEA RE DORE ... laiton.

C2 RE HO ER HN +. cuivre.

ER SUN 102 0er rer +... . “argent.

Gas Dire et UE RESTO T UE té-sfer.

Les plaques n’ayant pas les mêmes dimensions, il n’est guère possible de tirer des conséquences de tous ces résultats.

Une plaque de cuivre ou de toute autre substance solide ou liquide, placée au-dessous d’une aiguille aimantée, jouissant de la propriété de diminuer l'amplitude des oscillations, sans changer sensiblement leur durée, il s'ensuit que cette même aiguille doit être entrainée par une plaque en mouvement. Voici la’description de l’appareil propre à mettre en évidence ce phénomène :

. Fig. 212 Une horloge en cuivre, dont les trois pivots sont en acier, est portée sur un trépied qui est mis d’à-plomb au moyen de trois vis calantes, et est destinée à imprimer un mouvement de rotation trèsrapide à un axe vertical, auquel est assujettie une pièce à trois branches sur laquelle on place les disques AB soumis à l'expérience. Ces disques sont percés à leur centre d’un petit trou qui recoit le prolongement de laxe de rotation. On les retient sur les branches au moyen d’une vis de pression. Des volants, qu'on imeline à volonté, sont destinés à ralentir plus ou moins la vitesse du disque.

Une table porte un plateau percé au milieu d’une ouverture MN,. un peu plus grande que les disques; une feuille de papier est collée en ff'; au-dessus de ce plateau, on pose une cloche dans laquelle on suspend une aiguille aimanté aa’, au moyen d’un fil de soie. Un petit treuil est destiné à élever ou à descendre l'aiguille. L’horloge est mise en mouvement au moyen d’un poids; un compteur indique le nombre de tours exécutés par le plateau AB dans un temps donné. Quelquefois, lorsqu'on veut mettre seulement le fait en évidence, on se borné à imprimer un mouvement de rotation au disque, à l’aide d’une manivelle tenue à la main; l’appareil est alors moins compliqué. À

Voïci en quoi consiste le phénomène que l’on observe :

Si l’on fait tourner une plaque de cuivre avec une vitesse déterminée, sous une aiguille aimantée, aussitôt que le mouvement de rotation commence, l'aiguille est chassée du méridien magnétique dans le même sens et avec d’autant plus de force que le mouvement est plus rapide, La force d’entrainement étant balancée par l’action de la terre, qui tend à maintenir l'aiguille dans le méridien magnétique, il en résulte une nouvelle position d'équilibre, qui dépend du rapport de ces deux forces; mais, quand le mouvement est très-ra pide, l'aiguille ne s’arrête pas et continue à tourner. L'action que reçoit l'aiguille de la part du disque en mouvement décroit, pour la même vitesse, à mesure que leur distance augmente; en effet, si l'aiguille tourne d’un mouvement continu quand les deux corps ne sont séparés que par une feuille de papier, en augmentant la distance , elle prend une position fixe, et la déviation devient toujours moindre. à mesure que l’on élève l'aiguille au-dessus du disque.

Lorsque les plaques sont évidées dans la direction des rayons, Teffet est moindre que dans le cas où elles sont pleines. Ce fait important, que nous invoquerons plus loin, montre bien que l’effet est dù à des courants induits dans le disque en mouvement ; car, si on remplit ces vides avec un corps conducteur de l'électricité, l'effet de la plaque redevient à peu près le même qu'auparavant,

Arago, après avoir observé le phénomène, a déterminé les composantes de la force qui le produit, lesquelles sont dirigées suivant trois lignes parallèles à trois plans coordonnés, perpendiculaires entre eux.

La composante perpendiculaire au plateau est une force répulsive, que l’on rend sensible au moyen d’un aimant fort long, sus-

pendu à un fil dans une direction verficale, à l’une des extrémités T. III. 17

-du fléau d’une balance ; ce fleau est maintenu em équilibre par un poids convenablement plâcé à l’autre extrémité. Dès l'instant. que le plateau commence à tourner, l’aimant est repoussé, -et le fléau de la balance penche de l’autre côté.

La seconde composante est horizontale et perpendiculaire au plan vertical, qui contient le rayon aboutissant à la projection du pôle de l'aiguille. Cette force est celle qui imprime le mouvement de rotation à l'aiguille; elle agit tangentiellement au cercle; son effet est connu immédiatement par l'expérience. <

La troisième composante est dirigée parallèlement au rayon qui aboutit à la projection du pôle de l’aiguille; on la détermine avec une aiguille d’inclinaison que l’on place verticalement , de manière que son axe de rotation soit contenu dans un plan perpendiculaire à l’un des rayons du disque. Une semblable aiguille, placée au centre du disque, n’éprouve aucune action. Il existe également un second point, plus voisin du bord que du centre, où elle n’éprouve non plus aucun changement dans sa position; mais, entre ces deux points, le pôle inférieur est constamment attiré vers le centre, tandis qu'il est repoussé au delà du second point d'équilibre.

MM. Prévost et Colladon , en étudiant l'influence de la vitesse et de la distance des disques, ont reconnu que les angles de déviation augmentent proportionnellement avec la vitesse de rotation, du moins entre certaines limites ; que les sinus des angles de déviation varient en raison inverse de la puissance 2 T de la distance. MM. Babbage et Herschel ont annoncé que la loi suivant laquelle la force diminue quand la distance augmente ne parait pas être constante, et qu’elle varie entre la racine du carré et celle du cube de la distance. M. Christie a avancé, de son côté, que, lorsqu'on fait tourner un disque épais au-dessous d’une aiguille très-déliée, la force qui tend à faire dévier l'aiguille croît directement comme la vitesse de rotation du disque; et inversement comme la quatrième puissance de la distance. Des résultats aussi différents proviennent de ce que ces physiciens n’ont pas opéré tous dans les mêmes circonstances, On en peut dire autant des résultats obtenus par MM. Barlow, Nobili, Baccelli, etc. £

Nous rapporterons quelques faits intéressants observés par MM. Babbage et Herschel en répétant lexpérience d'Arago d’une autre manière : des disques de cuivre ou d’antres substances ont été suspendus librement à un assemblage de plusieurs fils sans torsion, au-dessus d’un aimant en fer à cheval, soumis à la rotation,

Cet aimant, qui portait 7*,46, était disposé de manière à ce qu'il pèt recevoir un mouvement rapide autour de son axe de symétrie placé verticalement , les pôles en haut. Le disque cireulaire de cuivre avait 0M,15 de diamètre et 4MM,2 d'épaisseur. Aussitôt que l’aimant fut mis en rotation , le cuivre commença à tourner dans la même direction, d’abord avec un mouvement lent, puis avec un mouvement graduellement accéléré. En communiquant un mouvement en sens contraire à l’aimant, le disque changea également de position , et présenta les mêmes phénomènes.

L’interposition de plaques en métal de 0,95 de diamètre et de 12 millimètres d'épaisseur, entre les disques et l’aimant, ne modifia pas sensiblement Jes effets,

Le verre interposé ne donna aucun effet, tandis que l'influence magnétique était fortement diminüée par une plaque de fer étamé , et presque annihilée avec deux de ces plaques.

Un disque de cuivre de 0,95 de diamètre, de 12 millimètres d'épaisseur, et tournant avec une vitesse de sept tours par seconde, ne communiquait aucun mouvement à un disque semblable, librement suspendu à un assemblage de fils de soie,

MM. Babbage et Herschel ont employé deux méthodes pour déterminer le degré de développement de la vertu magnétique dans différents métaux et d’autres corps. La première consiste à placer successivement chacun des disques de 0,95 à la même distance de l’aiguille, et à les animer de la même vitesse. On trouve, pour le rapport de la force à celle du cuivre prise pour unité :

HUIVTÉ ce RTE Panee sn en ain sine MS OU PINCE RON RER ARS AU AU 0100 ÉCRIN es FRAROPARTEN HI HAE 14: OYAT PIONEER NE HEIN Ne re TU 2D Antimoine....::... ÉDhrese tant Peer OM BISMULI-ECRr re een io: Ce 0 01 ROIS ntee -ceenRee CC Eb0re 10:00

L'argent paraît tenir un rang élevé dans l'échelle de l'énergie magnétique , tandis que l'or occupe un rang très-inférieur; le mercure doit être classé entre l’antimoine et le bismuth. Quant au verre, au bois, à la résine, au soufre et à l’acide sulfurique, ils n’ont pu parvenir à leur faire produire le pouvoir rotatoire.

On emploie une autre méthode pour déterminer lénergie magnétique des corps; elle est plus expéditive que la précédente, et

permet d’agir sur de très-petites quantités. Cette méthode consiste à suspendre des parties de différents corps, de même forme et de même dimension, au-dessus d'un aimant en mouvement, et à noter le temps des oscillations successives et le point d’équilibre. MM. Babbage et Herschel l’ont employée à rechercher l'effet d’une solution de continuité partielle ou totale dans la masse sur laquelle on agit: expérience qui avait été faite aussi par Arago.

Un disque de plomb de 5‘"#,4 de diamètre et 2m,5 d’épaisseur fut suspendu à une distance donnée de l’aimant en fer à cheval, tournant avec une rapidité connue ; ce disque était d’abord entier, puis successivement coupé avec un burin dans le sens des rayons. On trouva alors une diminution dans la puissance des métaux.

Les autres métaux ont donné des effets semblables, mais à différents degrés; le fer doux étamé découpé n’a produit qu’une trèslégère diminution de force, tandis que dans le cuivre l’effet a été de réduire la force dans le rapport de 1 à 0,20.

Un léger disque de cuivre, suspendu à une distance donnée d’un aimant en mouvement, exécutait six révolutions en 54",8; lorsqu'il fut coupé en huit endroits dans la direction des rayons près du centre, sa vertu magnétique fut tellement affaiblie, qu'il lui fallait 1924",3 pour exécuter le même nombre de révolutions. Les parties coupées ayant élé soudées avec de l’étain, l’action magnétique fut tellement rétablie qu’elle les rendit capables d’achever six révolutions en 57,3, à peu près dans le même temps que le disque entier. Ce fait est d'autant plus remarquable, que l’étain n’a pas la moitié de l'énergie du cuivre. MM. Babbage et Herschel se sont servis de cette propriété pour augmenter les susceptibilités magnétiques des corps. Ils suspendirent un disque de laiton de 5°%:,7 de diamètre, et de 3,8 d'épaisseur, comme dans le dernier cas, et observèrent le temps qu’il mettait à achever ses révolutions successives :

1 tour. £ tours. 5 tours. 4 tours. 8 tours.

Le même disque ayant été découpé comme ci-dessus, les parties détachées furent placées sur le disque, au moyen d’une légère feuille de papier, pour qu'il ne perdit rien de son poids. On ent alors pour le temps des.oscillations :

1 tour, 2 tours. 5 tours. 4 tours. 5 tours.

Le temps étant double, les forces étaient dans le rapport de 4:1.

Les parties coupées furent soudées avec du bismuth, dont l’énergie magnétique est très-faible. L'effet de ce métal pour rendre le magnétisme au disque de laiton fut tel que la force accélératrice est devenue plus que double de celle qui avait été développée dans la dernière expérience.

Le bismuth ayant été enlevé, et les parties découpées remplies avec de l’étain, le disque était revenu à son état primitif.

Les moyennes des résultats prises dans chaque cas ont donné pour les forces accélératrices :

Airain non Coupé.........72... 1 : 1,00

COUPE REP MAR EC 166 He ... 0,24 Soudé avec le bismuth. ...:......,..... 0,53 Soudé avec létain.............. Ron (l}tee CUITE MONEOUPÉ SANS MES CET ANS 1,00

COUPÉ EURE RE 0,20 Soudé ayec l’étaint#5 0.4.0... 0,91

Ces résultats montrent l'influence des vides et des substances qui les remplacent dans les plaques , sur leur énergie magnétique.

Les mêmes métaux réduits en fils ou en poudre ont donné des effets beaucoup moindres encore.

M. Barlow a étudié l’action exercée par une sphère de fer en mouvement, creuse ou pleine, sur une aiguille aimantée. Les effets obtenus tiennent à l’influence combinée exercée par le globe terrestre et l'aiguille aimantée quand le mouvement a lieu. Mais un fait qui résulte de ses recherches, c’est que, quand l'aiguille et le globe de fer sont au repos, l’action est la même, que la sphère soit creuse ou pleine; et, dès qu’il y a mouvement, l’action de la sphère solide est plus considérable. Ainsi, dans les mêmes circonstances et avec la même aiguille aimantée, un boulet solide pesant 23k,38, ayant 0,20 de diamètre, et faisant 640 tours par minute, a. donné une déviation constante de 28° 2% à l’aiguille, tandis qu'un boulet creux de même diamètre n’a donné qu’une déviation de 1525’.

Avant les résultats obtenus par M. Faraday, on avait imaginé plusieurs théories pour expliquer les phénomènes du magnétisme par rotation ; mais maintenant on peut les expliquer par les effets d’induction.

Lorsqu'un disque de cuivre tourne au-dessous d’une aiguille aimantée mobile autour de son centre, il doit se manifester des

courants d’mduction en différents sens dans cette plaque, car dans les parties qui s'éloignent des pôles les courants sont directs, et dans celles qui se rapprochent ils sont inverses ; seulement les actions sont très-compliquées, car il doit y avoir des courants dans un grand nombre de directions. L’action combinée de ceux-ci sur Paiguille mobile doit tendre à lui donner un mouvement que l’expérience a montré devoir être dans la direction du mouvement du disque.

M. Faraday s’est assuré le premier, par expérience, qu'il y avait des courants électriques dans le sens des rayons du disque. Pour cela il a fait tourner un disque de cuivre entre les pôles dan fort aimant, et ainsi qu’on l’a vu page 234, en faisant toucher les deux

“extrémités du fil d’un multiplicateur au disque, l’un au centre, l’autre

à la circonférence; il en est résulté un courant électrique continu.

MM. Nobili et Antinori ont prouvé par expérience Fexistence des courants électriques induits dans plusieurs directions. A cet effet, ils ont fixé aux deux bouts d’un fil d’un galvanomètre deux fils terminés en pointe, et ils les ont appliqués comme des sondes sur différents points du disque en mouvement, afin de saisir ainsi les courants qui passent par ces points. ils ont trouvé que, sous les parties du disque qui entrent sous l'influence magnétique, il se développe un système de courants contraires à ceux de laimant, et que l'inverse avait lieu de Pautre côté.

M. Matteucci a étudié de nouveau la question, et a analysé de la même manière, mais plus complétement que MM. Nobili et Antinori, le phénomène dans ses différentes conditions. La méthode employée par ce physicien consiste à faire tourner un disque de cuivre bien aplant dans un plan vertical, sous l'influence des deux pôles dun électro-aimant, dont les faces polaires aboutissent trèsprès du disque sans le toucher; puis à toucher les différents points du disque, à l’aide des conducteurs ou sondes communiquant aux deux extrémités d’un multiplicateur, et pla:

cés à des distances égales.

Les résultats qu’il a obtenus sont représentés dans la figure 213. NetS

\ ie ee indiquent la position des deux pôles \ FT de l’aimant fixe. Il a trouvé des lignes nu -i|+ 7 de ul courant, qui sont indiquées APE par les n° 1,2,3, 4 et 5. Ces lignes

se contournent près des bords de la

lame, de manière à la couper normalement. Quant aux filets où “les sondes montrent le maximum d'intensité, ils coupent toujours normalement les lignes de nul courant; ils sont représentés par les lignes ponctuées. La ligne circulaire n° 6 sépare les deux ‘états électriques opposés. Lors des expériences d’Arago avec Paiguille dinclinaison, elles correspondaient aux points où cette aiguille était verticale. La ligne EF ponctuée est encore une ligne neutre, mais qui se déplace proportionnellement à la rotation.

Quant aux solutions de continuité dans tous les rayons du disque, elles diminuent d’autant plus l’action qu’elles sont plus nombreuses, car elles s’opposent à la circulation des courants d’induction. Enfin, comme venant à l’appui de cette explication des phénomènes'du magnétisme en mouvement, nous dirons que MM. Ampère et Colladon ont trouvé que, dans ces expériences, on pouvait remplacer Vaimant tournant par une hélice à travers laquelle était transmis un courant électrique. Ce résultat offre aussi une nouvelle analogie entre un aimant et un assemblage de courants électriques parallèles circulant suivant la même direction dans un circuit fermé.

Effets dinduclion produits dans le mouvement des différents mélaux. Nous venons de voir qu'une masse-métallique produisait en présence d’un aimant, lorsque leur position relative changeait, des courants d’mduction capables d’entrainer l’aimant ou le conducteur. Mais quelle est la part afférente au métal où au corps soumis à Paction de Paimant, surtout eu égard aux propriétés magnétiques de ces substances et telles qu’elles résultent de ce qui a été dit page 49 et suivantes? M. Dove, ainsi qu’on Pa vu plus haut, à l’aide de linducteur différentiel , a essayé d’étudier la question ; mais les métaux soumis à l’expérience (mercure, plomb, étain, cuivre, antimoine, bismuth) lui ont paru se comporter comme le fer doux. M. Breguet s’est servi, dans ses recherches, de la machine de Page, composée d’un aimant fixe environné d’un fil conducteur et d’une armature mobile en fer doux (voir page 238). La rotation de l’armature détermine un courant induit dont la direction change à chaque quart de révolution; maïs avec un système de roues dentées on peut donner aux courants la même direction. Il a substitué à armature en fer doux des armatures métalliques de diverse nature, et il a trouvé des courants induits variant d'intensité avec la nature de métal, et dirigés comme dans le cas du fer doux.

MM. Weber et Faraday ont étudié la question en introduisant des cylindres de métaux divers dans des hélices placées au-dessus

d’électro-aimants. M. Weber, en opérant sur le bismuth seul, avait été conduit à admettre l'existence d’une induction diamagnétique inverse de l’induction magnétique. M. Faraday, au contraire, n’a obtenu de résultats sensibles qu'avec les métaux bons conducteurs (cuivre, or, argent), et a conclu de ses expériences que les phénomènes n'étaient pas dus au diamagnétisme, mais à l’induction ordinaire. M. Verdet a repris de nouveau les recherches faites avec la machine de Page, et est arrivé à des conséquences qui sont d’accord avec celles de M. Faraday.