CHAPITRE II

ACTION MUTUT.LLE DU MAGNÉTISME ET DE l'ÉLECTTUCITÉ DYNAMIQUE, ET DES COURANTS ÉLECTRIQUES LES UNS SUR LES AUTRES.

§ 1, Aetloa mataelle du mavnAtUme et de* eoBreata Aleo

triqee*.

Depuis longtemps les physiciens étaient frappés de l’analogie qui semblait exister entre les phénomènes électriques et les phénomènes magnétiijues. Deux magnétismes comme deux électricités; des attractions et des répulsions exercées entre les magnétismes contraires comme entre les électricités suivant des lois semblables: voilà bien des points de ressemblance entre les deux classes de phénomènes. Cependant, c’est en vain qu’on avait cherché à établir entre elles par l’expérience une liaison plus intime. En 180ü, MM. Hachette et Desormes avaient inutilement essayé de diriger, par l’effet du magnétisme terrestre, une pile voltaïque isolée, ayant par consétjuent ses deux pèles également forts et librement suspendue; leurs tentatives avaient été infructueuses.

Ce n’est qu’en 1820 qu’un physicien danois, M. Oerstedt, parvint à découvrir le rapport, si longtemps cherché, entre le magnétisme et l’électricité; mais ce n’est point là où on avait constamment cru qu’il était, qu’il le trouva. L’électricité agit sur un aimant, et un aimant agit à son tour sur l’électricité, mais seulement lorsque l’électricité est en mouvement, c’est-àdire à cet état que nous avons appelé dynamique; il n’y a aucune action quand l’électricité est à l’état statique ou de tension.

Voici l’expérience fondamentale d’Oerstedt :

On réunit par un lil de métal, dit fil conjonctif, les deux pôles d’une pile. On place ce ül au-dessus ou au-dessous d’une aiguille ahnantée librement suspendue, et parallèlement à sa direction. Aussitôt on voit l’aiguille éprouver une déviation d'autant plus

Digilized bv Gc

ACTION MtmixiK DO MAONÉTBMB BT DBS COURANTS. 207 considérable que la pile voltaïque est plus puissante, et tendre à se placer perpendiculairement au fil conjonctif ; position qu’elle parvient à prendre quand l'électricité développée par la pile est très-forte. Le sens dans lequel a lieu la déviation dépend de deux circonstances. — La première circonstance est la position du fil conjonctif par rapport à l'aiguille aimantée; il peut être dessus ou dessous. La seconde est la communication de chacune des deux extrémités du fil conjonctif avec l’un ou avec l’autre pôle de la pile. Ainsi, si le fil conjonctif étant au-dessous de l’aiguille, le pôle positif de la pile communique avec l’extrémité du fil qui est du côté du sud, et le pôle négatif avec celle qui est du côté du nord, le pôle nord de l’aiguille aimantée dévie à l’est; il dévie à l’ouest si l’on change de place les pôles de la pile. Mais si le fil conjonctif est au-dessus de l’aiguille au lieu d’être audessous, les déviations ont lieu en sens contraire, c’est-à-dire que le pôle nord de l’aiguille dévie à l’ouest quand le pôle positif est à l’extrémité nord du fil conjonctif et le pôle négatif à l’extrémité sud, et à l’est quand on intervertit la place des pôles de la pile.

Si le fil conjonctif n’est pas placé parallèlement à l’aiguille, mais de manière que sa direction forme avec celle de l’aiguille, soit au-dessus, soit au-dessous d'elle, un angle plus ou moins grand, l’action est toujours la même; l'aiguille n’en manifeste pas moins la tendance à se pincer en croix ou perpendiculairement au fil, tendance à laquelle elle obéit entièrement quand la force de la pile est suffisante pour surmonter la résistance à la déviation, qui provient de la force directrice de la terre. Il faut seulement observer ipie, dans ce cas comme dans le précédent, lorsque l’aiguille se met en croix par rapport au fil conjonctif, son pôle nord ne se porte pas indill'éremment à l’est ou à l’ouest, mais que le sens suivant lequel a lieu la déviation est soumis aux lois qui régissent le cas primitif, celui où le fil conjonctif est placé dans l’origine parallèlement à la direction de l’aiguille.

M. Ampère ne tarda pas à s’emparer de l’expérience d'Oerstedt et à en tirer une foule de conséquences théoriques et expérimentales du plus haut intérêt qui formèrent, sous le nom à'èleciro-dÿnamiçve, une partie toute nouvelle de la

208 MACXÉTISME ET ÉLECTBO-DTHAMIOEE.

physique. 11 observa d’abord que l’aclion découverte par Oerstedt n’avait pas lieu seulement dans le voisinage du 01 conjonctif, mais qu’elle était exercée également par toutes les parties du conducteur qui unit les deux pôles d’une pile, et par la pile elle-même, mais seulement lorsque ses doux pôles communiquent entre eux, et non quand ils sout isolés. 11 remarqua en outre que le sens dans lequel l’aiguille est déviée varie suivant qu’elle est placée sur la pile ou sur le ül conjonctif. C’est ce qu’il est facile de vériOer en plaçant une pile dans la direction du méridien magnétique avec une aiguille aimantée au-<le ssus d’elle aussi près que possible et un 01 conjonctif parallèle à la pile avec une seconde aiguille également audessus du fil. 11 faut que la pile et le 01 soient assez éloignés l’un de l’autre pour que les deux aiguilles aimantées ne puissent pas s’influencer mutuellement ; il est également nécessaire que la pile ne renferme point de fer dans sa construction; une pile en auges de cuivre à la Wollaston ou une pile à force constante de Daniell remplissent bien le but. Au moment où les extrémités du 01 conjonctif sont mises en communication avec les conducteurs qui partent des pôles de la pile, on voit immédiatement les deux aiguilles aimantées se dévier, mais en sens contraire l’une de l’autre. 11 en serait de même si l'on plaçait les aiguilles sur deux portions quelconques, mais parallèles des conducteurs qui unissent les pôles de la pile. Si on les place au-dessous au lieu do les placer au-dessus, on observe encore le même phénomène; seulement les deux déviations ont lieu chacune dans un sens contraire à celui dans lecpiel elles avaient lieu auparavant, et toujours par conséquent en sens inverse l’une de l'autre.

Ampère tira de cette expérience quelques conclusions importantes :

La première, c’est que la force quelconque qui agit sur j’aiguille aimantée émane également de toutes les parties d’un circuit vol/aique, en désignant par ces mots la pile et l’ensemble ries conducteurs quels qu’ils soient qui réunissent ses pôles. La déviation a lieu dans le voisinage d’un conducteur liquide aussi bien que dans celui d’un conducteur solide; la seule con-

ACTION MinXTLLE Dt MAGNÉTISME ET DES COtRANTS. 20^

dilion nécessaire, c’est que le courant soit transmis à travers le conducteur, c’est-à-dire que la neutralisation des deux électricités puisse s'y opérer d’une manière continue. 11 résulte de là une différence très-grande entre le genre d'action qu’exerce l’électricité dynamique sur une aiguille aimantée et les phénomènes caloriliques lumineux ou chimiques qu’elle produit. Les premiers sont généraux, c’est-à-dire indépendants de la nature du conducteur; les seconds dépendent au contraire de la nature des conducteurs qui unissent les pôles, n’ont lieu ([ue dans certaines parties déterminées du circuit, et peuvent même ne point avoir lieu du tout.

La seconde conclusion, c’est que la force dont il s’agit est circulante; car comment expliquer autrement poun[uoi elle agit dans des sens contraires, quand elle émane de deux portions opposées ou parallèles du circuit, cette opposition étant la seule circonstance quiétablisse une différence dans les conditions de rexpéricnce? On peut comparer son action à celle qu’exercerait un courant d’eau circulant dans un canal annulaire; dans ce cas, évidemment de petits corps légers flottants sur l’eau seraient entraînés dans des sens différents, par deux portions parallèles ou opposées du courant d’eau. Celte analogie a fait nommer courant électrique la force qui naît dans tout le circuit dfe la réunion des deux pôles d’une pile par un conducteur ; le courant électrique est donc la représentation de l’état dynamique continu de l’électricité. Ampère a supposé, par une convention qui a été admise, que ce courant avait un sens , qu'il partait du pôle positif pour traverser le conducteur, aboutir au pôle négatif et revenir à travers la pile au pôle positif, son point de départ. Il est facile de voir, en indiquant sa direction au moyen de flèches, qu’en effet, en l’envisageant ainsi, il se trouve avoir un sens différent dans deux portions parallèles du môme circuit, par exemple dans la pile même et dans la partie du conducteur qui lui est parallèle. C’est ce que fait voir la figure 81 ‘ dans laquelle deux aiguilles aimantées placées, l’une sur la pile, l’autre sur le conducteur parallèle à la pile, éprouvent des déviations dans un sens différent, le courant ayant lui-môme au-dessous d’elles des directions opposées.

210 HàGNÉTISME BT ÉLBCmO-DrSiliHtUB.

Üu reïlc, rien ue prouve que ce sens suit le sens véritable du courant, ou même que le mouvement de l'électricité s'opère

sous forme de courant; ce n’est, nous le répétons, qu'une convention, une manière commode de représenter un phénomène et qui permet de remonter facilement au fait luimême, abstraction faite de toute idée théorique. En effet, dire que le courant va de A en B dans un conducteur, c’est dire en deux mots que l’extrémité A d’un conducteur est celle par où arrive l’électricité positive, et l’extrémité B celle par laquelle arrive la négative.

Cette convention une fois admise, on peut avec Ampère représenter , sous une forme très-commode pour la mémoire , l’action d’un courant sur l’aiguille aimantée. Il n’y a qu’à concevoir un homme couché dans la portion du circuit qu’on considère, de telle façon que le courant entre par ses pieds et sorte par conséquent par sa tête; on n’a, de plus, qu’à concevoir que cet homme ait toujours la figure tournée vers l’aiguille de manière à la regarder : alors l’action se trouve être toujours telle que le pèle nord de l’aiguille se dévie à la gauche de cet homme. 11 est facile de voir que cette espèce de formule comprend tous les cas possibles.

La force qui émane d’un courant électrique agit sur l’aiguille aimantée aussi bien dans le vide que dans l’air et à travers toutes les substances, sauf à travers celles qui sont magnétiques , telles que le fer. Ün peut également s’assurer

ACTION iniTVBLLB DO MASNiTISME BT DES GOOIIANT8. 211' qu’elle diminue d'intensité à mesure que la distance augmente entre le courant et l'aiguille.

M.M. Biol et Savart ont même déterminé très-vite, après la découverte d’Oerstedl, la loi que suit celte diminution. Dans ce but ils ont pris une aiguille aimantée très-courte; ils l'ont suspendue délicatement au moyen d'un fil de cocon et ils l'ont rendue indill'érente au magnétisme terrestre en mettant près d’elle, à la distance convenable, un barreau aimanté. Cette aiguille n’a plus eu ainsi de force directrice, et s'est trouvée prèle à obéir à toute action extérieure. MM. Biol et Savart ont alors fait agir sur elle un courant transmis à travers un lU de cuivre long de 2 à 3 mètres, tendu verticalement et diÿosé de façon que le plan horizontal passant par l’aiguille Xl partageât en deux ^ parties égales. L'aiguille, dès que le courant agit sur elle, se place transversalement ou eu croix par rapport au fil conducteur, suivant la loi que nous avons déjà énoncée ; écartée de celte position, elle y revient par des oscillations isochrones d'une durée variable avec l'intensité de la force. Or, l'énergie du courant restant constante, cette intensité ne peut dépendre (|ue de la distance qui le sépare de l’aiguille. Les expérimentateurs ont fait varier celte distance de 15 à 120 millimètres, en prenant les précautions nécessaires pour que, pendant la durée de l'expérience, le courant restât bien constant; et ils ont trouvé que Vintensilé de la force éleclro-magnéiique est en raison interse de la simple dislance de l'aiguille aimantée au courant.

La loi n'est vraie qu'autant que le courant est rectiligne, et assez long pour qu’on puisse le regarder comme infini par rapport à l’aiguille ; ou, ce qui revient au même, pour que les points (|ui seraient situés au delà ne puissent, à cause de leur éloignement, exercer d'action sensible sur l'aiguille. 11 est facile de démontrer, par un simple calcul, que la loi que nous venons de trouver dans les limites des conditions indiquées est la consé*quencc d’une autre loi plus générale qu’on ne peut prouver directement, mais dont celle qui en dérive est la preuve, savoir : que l’action élémentaire d'un simple point ou d'une simple section du courant sur T aiguille est en raison inverse du carré de la distance. On s'assure également que cette action est pro-.

portionnelleau sinus de l’angle formé parladireclion du courant, et par la ligne menée de la section du courant que l’on considère au milieu de l’aimant. En effet, en calculant, d’après ces deux principes, la somme de toutes les actions élémentaires qui sont exercées sur une petite aiguille par un courant rectiligne indéfini, on trouve que l’intensité de cette résultante doit, comme l’expérience l’indique, être inverse de la simple distance. 11 en résulte encore que si le courant indéfini est angulaire, c’est-à-dire s’il se compose de deux directions formant nn angle dont le sommet est sur le plan horizontal passant par l’aiguille , l’intensité de ce courant est aussi inverse de la simple distance, mais de plus proportionnelle à la tangente delà moitié de l’angle ‘.

Après avoir analysé l’action d’un courant sur l’aiguille, comme nous l’avons vu, M. Ampère montra qu’un aimant fixe agit sur un courant mobile de la même manière qu’un courant fixe agit sur l’aiguille aimantée. 11 imagina, pour obtenir un courant mobile, de courber un fil métallique de cuivre ou de laiton en forme de cercle ou de rectangle, en ramenant ses deux extrémités l’une près de l’autre, sans cependant qu’elles fussent en contact; il les termina par des pointes en acier ou en laiton placées sur la même verticale, et dont l’une, reposant sur le fond d’une capsule métallique remplie de mercure, supportait tout le conducteur mobile, tandis que l’autre, au-dessus ou audessous, ne faisaitqueplongerdansle mercure d’une capsule semblable sans en toucher le fond, pour ne pas nuire à la mobilité. Les deux capsules sont supportées chacune par un conducteur solide en forme de potence, l’un de ces conducteurs enveloppant l’autre ou étant très- rapproché de lui, sans cependant le toucher. On fait communiquer l’un des pôles de la pile avec l’extrémité inférieure de l’un des conducteurs fixes, et l’autre pôle avec l’extrémité correspondante de l’autre conducteur semblable’; ou

' Voyei, pour le* développements mathématiques, la note finale E.

’ On peut établir celle communication soit par le simple contact, soit au moyen de pinces métalliques, soit, ce qui est plus commode, au moyen de deux rainures ou de deux cavités remplies de mercure dans lesquelles ploniicnt les extrémilés de* conducteurs et les pôles de la plie.