ATTRACTIONS ET RÉPULSIONS

Si Ton roule un morceau d’aimant dans de la limaille de fer, et qu’ensuite on l’en retire, on remarque qu’elle ne s’attache pas également à tous les points de sa surface. Elle s’accumule principalement en deux parties opposées N S , fig. i , où elle se tient hérissée. Ces parties se nomment les pôles de l’aimant. Pour en observer plus aisément les propriétés , je supposerai que l’on y taille deux faces planes et parallèles A B , fig. 2 , dans un sens à peu près perpendiculaire à celui de la plus grande attraction. Alors on observe les phénomènes suivans.

Chaque pôle présenté de loin à la limaille de fer , l’attire à distance , comme ferait un bâton de cire d’Espagne frotté que Ton présenterait à des corps légers. Si l’on suspend horizontalement une petite aiguille de fer ou d’acier à un fil de lin , de soie ou de toute autre matière flexible quelconque , de manière qu’elle ait une pleine liberté dans ses mouvemens , chaque pôle de l’aimant l’attirera de meme , et pourra la faire pirouetter autour de son centre. Cette faculté s’exerce indifféremment à travers les substances qui conduisent ou ne conduisent pas l’électricité. L’eau, le verre , le papier, la flamme n’interceptent pas son action. L’isolement ne lui est pas non plus nécessaire^ et l’aimant ne perd rien pour être touché.

Si l’on met la surface polaire A d’un aimant successivement en contact avec les surfaces A! et B' d’un autre aimant , on trouve qu’elle attire l’une d’elles, B' par exemple, et repousse A'. Réciproquement la surface polaire B du premier aimant attire A! et repousse B'. La tendance mutuelle des faces qui s’attirent, se manifeste, non-seulement par l’adhérence qu’elles contractent quand elles se touchent , mais encore par l’effort qu’elles font sentir lorsqu’elles sont prêtes à se toucher. La répulsion serait moins aisée à reconnaître de cette manière ; mais on la rend sensible , en posant l’un des deux airnans sur une petite planche que l’on fait flotter sur l’eau ; car alors étant libre de se mouvoir, si on lui présente l’autre aimant , il s’approche ou s’éloigne , selon qu’il est attiré ou repoussé. Ces phénomènes nous apprennent qu’il y a deux sortes de magnétisme , comme deux sortes d’électricité , et chacun d’eux domine dans un des

pôles dé l’aimant , de même que les deux espèces d’électricité dans chacun des pôles d’une pile électrique.

En examinant les aigrettes de limaille qui s’attachent aux pôles des aimans , on remarque que leurs rayons sont composés de plusieurs parcelles de limaille adhérentes bout-à-bout les unes aux autres. Ce phénomène est très-digne d’attention , car il nous apprend que le fer mis en contact avec l’aimant devient lui-même magnétique , comme un corps isolé devient électrique quand il est tenu en présence d’un corps électrisé.

Pour mettre cette propriété en évidence , il faut prendre plusieurs barreaux de fer doux , c’est-à-dire ductile et malléable, tel, par exemple , que celui dont les serruriers se servent pour fabriquer des clefs. Après s’être assuré qu’aucun de ces barreaux ne possède un magnétisme sensible , on suspend l’un d’eux a b à l’un des pôles B d’un aimant ; aussitôt le bout infé* rieur b de ce barreau acquiert toutes les propriétés magnétiques. Si on le plonge dans la limaille de fer, elle s’y attache. On peut même y suspendre un second barreau , à celui-ci un troisième , et ainsi de suite , comme le représente la fig. 3 ; ils adhéreront tous les uns aux autres jusqu’à ce que leur poids total excède celui que l’aimant peut supporter. Alors le premier barreau a b se détachant, ils tomberont tous en se séparant les uns des autres , et si on essaie de les réunir, ils ne seront plus capables de se soutenir mutuellement. Cependant ils conserveront encore pôur l’ordinaire quelques faibles restes de magnétisme qui deviendront sensibles , si on les plonge dans de la limaille de fer, ou si on les présente à des aiguilles de fer librement suspendues. Cette communication passagère du magnétisme s’opère encore, si le premier barreau , sans toucher l’aimant , en est approché de fort près. Mais alors le poids total est moindre que dans le contact ; ce qui montre que l’attraction magnétique décroît avec la distance.

Si , au lieu de fer doux , on emploie des barreaux d’acier ou de fer écroui au marteau , l’adhérence de ces barreaux les uns aux autres s’établit moins aisément et moins promptement , mais elle est plus durable \ et les barreaux séparés de l’aimant

4 ATTRACTIONS ET REPULSIONS

gardent îe magnétisme qu’ils avaient acquis dans le contact , soit entre eux , soit avec l’aimant.

Le fer doux d’une part, et l’acier de l’autre, se comportent dans ces expériences comme le feraient une tige de métal et Un bâton de cire d’Espagne , soumis l’un et l’autre à l’influence d’un corps électrisé. Dans le métal, la décomposition des électricités naturelles est subite, mais leur recomposition l’est également , et elle s’opère dès que le métal est soustrait à l’influence du corps électrisé. Dans la résine , au contraire , les électricités naturelles sont difficilement séparées ; mais une fois qu’elles 1« sont , elles éprouvent la même difficulté à se réunir , et l’état électrique persiste après que le corps électrisé n’agit plus.

On peut encore communiquer le magnétisme à un barreau d’acier d’une manière plus prompte et plus énergique , avec deux aimans qu’avec un seul , en mettant à la fois ses deux extrémités en contact avec les pôles par lesquels les aimans l’attirent. Les mêmes aimans peuvent ainsi successivement rendre magnétiques un nombre de barreaux quelconques , sans rien perdre de leur vertu première ; ce qui prouve qu’ils ne transmettent rien aux barreaux , mais qu’ils y développent seulement , par leur influence , quelque principe qui s’y trouvait dissimulé. C’est ainsi qu’un bâton de cire d’Espagne frotté ne perd rien de son électricité par les décompositions que son influence opère à distance dans les électricités naturelles des autres corps.

Si , après avoir aimanté de cette manière un barreau ou un fil d’acier , on le suspend horizontalement à un appareil dont la torsion soit insensible, ou si on le fait flotter sur l’eau, en le posant sur une petite planchette de bois ou de liège , il ne se tourne pas indifféremment vers tous les points de l’espace ; mais il prend une direction déterminée , laquelle est à-peu-près nord et sud. Je dis à-peu-près , car dans certains lieux de la terre , l’extrémité nord du barreau s’écarte du méridieq à l’ouest , dans d’autres à l’est, et dans d’autres enfin elle coïncide avec le méridien même. Cet écart se nomme la déclinaison de V aiguille aimantée. Il est constant au même instant en chaque endroit, et tous les barreaux aimantés suspendus ainsi librement, y prennent

des directions exactement parallèles. Mais cette direction commune varie avec le temps , selon des lois que nous exposerons plus tard d’après l’observation. Le plan vertical suivant lequel l’aiguille aimantée se dirige dans chaque lieu , s’appelle le méridien magnétique , parce qu’en générai il s’écarte peu du méridien astronomique.

Lorsque plusieurs fils aimantés sont ainsi librement suspendus dans une situation horisontale , celles de leurs extrémités qui se tournent vers un même pôle terrestre , sont celles qui , dans l’aimantation, ont été en contact avec un même pôle magnétique, et qui ont par conséquent reçu un magnétisme de même nature. Si l’on approche ces extrémités les unes des autres, on voit qu’elles se repoussent mutuellement. Au contraire , en approchant les extrémités qui ont reçu des magnétismes de différente nature , on voit qu’elles s’attirent. En cela , les deux magnétismes se comportent encore comme les deux électricités.

Lorsqu’on présente de loin l’un des pôles d’un aimant à une aiguille aimantée , suspendue par son centre et équilibrée de manière à rester horisontale , les deux pôles de l’aimant agissent à la fois sur l’aiguille ; mais l’action du pôle le plus voisin est toujours la plus forte. L’aiguille tourne donc vers l’aimant celui de ses pôles qui est attiré , et en éloigne celui qui est repoussé. Après qu’elle a pris ainsi une position d’équilibre , si on l’en détourne tant soit peu , elle y revient par une suite d’oscillations, de même qu’un pendule écarté de sa verticale y revient par l’effort de sa pesanteur. On observe des mouvemens absolument pareils dans les aiguilles aimantées , librement suspendues , lorsqu’on les écarte tant soit peu de leur méridien magnétique. Ainsi , en cela comme par la direction constante qu’il leur donne , le globe terrestre agit sur elles comme ferait un véritable aimant ; soit qu’il doive cette faculté à la multitude des mines de fer qu’ii renferme , soit qu’il la tienne de quelque autre cause encore plus générale. Ceci nous fournit une excellente dénomination pour distinguer l’une de l’autre les deux sortes de magnétisme, en appelant boréal celui qui domine dans la partie boréale du globe , et austral

fi . ATTRACTIONS ET RÉPULSIONS

celui qui domine dans l’hémisphère austral : alors , pour conserver l’analogie des attractions et des répulsions , il faudra regarder l’extrémité des barreaux, qui se dirige vers le nord, comme leur pôle austral, et l’extrémité qui se dirige vers le sud comme leur pôle boréal.

Les expériences précédentes ne nous indiquent que la direction du plan vertical suivant lequel s’exerce en chaque lieu la résultante de toutes les forces magnétiques du globe terrestre; mais quelle est la direction absolue de cette résultante dans ce pian ? Pour le savoir , fabriquons une aiguille d’acier bien cylim drique a b , fi g. 4, et plaçons au milieu de sa longueur un axe qui lui soit perpendiculaire; puis suspendons la ainsi par son centre sur des plans bien polis, et équilibrons-la avant de l’aimanter, de manière qu’elle soit parfaitement horizontale. Si ensuite nous venons à lui communiquer le magnétisme, et que nous la replacions sur ses supports, en la dirigeant dans le méridien magnétique, elle ne se tiendra plus horizontalement. Celle de ses deux extrémités qui possède le magnétisme austral, s’inclinera vers l’horizon , du moins dans nos climats , et après quelques oscillations , elle s’arrêtera en formant avec la verticale un certain angle fixe. Cet angle se nomme Y inclinaison magnétique ; il est différent selon les lieux. Il y a une zone près de l’équateur, où l’aiguille aimantée est horizontale. Au sud de cette zone , l’aiguille incline vers la surface terrestre celle de ses extrémités qui possède le magnétisme boréal , ce qui indique deux sortes de forces, les unes australes, les autres boréales, dirigées de part et d’autre de l’équateur terrestre. Nous étudierons plus tard avec détail les lois particulières de ce phénomène. Je me borne ici à l’indiquer comme un fait que l’on a découvert par l’observation.

Pour mesurer exactement l’inclinaison magnétique, on place l’axe de suspension de l’aiguille au centre d’un cercle vertical de cuivre MM , fig. 5, dont le limbe , divisé en degrés , tourne autour d’un axe pareillement vertical Y Y, de manière à pouvoir être placé dans tous les azimuths. L’axe VY lui-même est placé au centre d’un autre cercle horizontal , également divisé , qui sert à déterminer la direction dans laquelle on a tourné le

premier cercle MM. Cet appareil s’appelle une boussole cV inclinaison. Il y a plusieurs précautions importantes à observer dans la manière d’aimanter l’aiguille , de la suspendre, et même de mesurer l’inclinaison ; mais nous ne pouvons en parler qu’après avoir établi les lois du magnétisme.

La propriété directrice de l’aimant est une des plus belles découvertes que les hommes aient jamais faites ; elle a donné , aux navigateurs un moyen sûr de reconnaître la direction de leur route à travers l’immensité des mers , au milieu des nuits les plus obscures, et lorsque les brumes ou les tempêtes leur dérobent entièrement la vue des cieux. Une aiguille aimantée suspendue en équilibre sur un pivot , leur montre le nord et le sud aussi bien que l’observation des astres. Cette invention si utile et si simple ne remonte guère qu’au 12e siècle. Jusqu’alors les navigateurs ne pouvaient se hasarder à s’éloigner des côtes. La découverte de la boussole leur a donné le moyen de s’élancer dans la haute mer, et d’aller chercher des terres nouvelles, ignorées des plus puissantes nations de l’antiquité.

Tels sont les principaux phénomènes des attractions et des répulsions magnétiques. Avant de les réduire en théorie , je vais faire connaître quelques autres faits de détail dont je n’ai pas parlé plutôt , afin de ne pas interrompre la série des raison-» nemens.

On a cru long-temps que le fer et l’acier étaient les seules substances qui pussent prendre le magnétisme ; on a reconnu dans ces derniers temps que le nickel et le cobalt jouissent de la même propriété.

Pour que ces métaux deviennent magnétiques, il n’est pas indispensablement nécessaire qu’ils aient été soumis à l’influence d’un aimant. Les barres de fer qui ont été long-temps élevées dans l’atmosphère finissent par acquérir la vertu magnétique. C’est ce que Gassendi a observé le premier sur la croix du clocher de Saint-Jean d’Aix en Provence, et on a retrouvé depuis la même propriété dans la croix du clocher de Chartres. A la vérité, on peut supposer qu’elle est développée par l’action prolongée de l’aimant terrestre; mais divers moyens mécaniques , tels que le choc , la pression , la torsion , une décharge

ATTRACTIONS ET RÉPULSIONS électrique produisent aussi le même effet instantanément»

On prend un fil de fer commun de deux ou trois lignes de diamètre , et de douze à quinze pouces de longueur ; on l’écrase par un de ses bouts sur un plan de fer , ou bien on le fait passer dans une ouverture faite dans une plaque de fer un peu épaisse ; puis on le plie et on le tord en divers sens, jusqu’à ce qu’il se brise. A la suite de ces mouvemens, il se trouve avoir acquis la vertu magnétique ; car il attire la limaille de fer ; et si son bout tordu est présenté à une aiguille aimantée suspendue librement, il attire un des pôles de cette aiguille , et repousse l’autre.

On produit le même phénomène sur une verge de fer dur, en la tenant verticale, et frappant légèrement son extrémité supérieure à coups de marteau. Pour que le phénomène soit bien sensible, il faut qu’elle ait deux ou trois pieds de longueur. Si ensuite on la renverse , et qu’on recommence à la frapper sur son autre bout , on détruit peu à peu le magnétisme qu’on lui avait imprimé , et on finit par lui en donner un autre contraire ; de sorte que ses pôles sont renversés. On produit encore le même effet en la laissant tomber verticalement sur un corps dur. Les outils dont se servent les serruriers sont ainsi presque toujours aimantés par les chocs réitérés qu’ils éprouvent. Les ciseaux , les couteaux et tous les corps Iranchans le sont plus ou moins , surtout s’ils ont coupé du fer. Les décharges électriques agissant comme un choc , développent aussi le magnétisme dans les fils de fer qu’on leur fait traverser , et la foudre produit le même effet sur les boussoles des navires dont elle change quelquefois les pôles.

D’après cela , on pourrait se demander si l’aimantation ne consiste pas dans un certain mode de déplacement opéré parmi les molécules qui composent un barreau de fer ou d’acier. Pour le savoir , M. Gay-Lussac a cherché si ces métaux éprouvaient quelque changement de dimension en devenant magnétiques. Il a pris un tube de fer creux AB, fig. 6, fermé par les deux bouts*} et à l’un de ce s bouts , il a adapté un tube de verre extrêmement fin , divisé en parties égales. Il a fait entrer de l’eau dans cet appareil jusqu’à ce que le tube de verre fût rempli en partie ; ensuite ayant attendu un certain temps pour que la température

MAGNETIQUES. 9

du liquide fût devenue bien stable , il a aimanté le tube de fer. Le niveau de l’eau , dans le petit tube , n’a éprouvé aucun déplacement; ainsi ce changement d’état n’avait produit dans le fer aucun changement appréciable de volume.

La contiguïté plus ou moins parfaite qu’ont entre elles les particules d’un morceau de fer ou de nickel, influe extrêmement sur la facilité que l’on éprouve à les aimanter. Ces métaux , lorsqu’ils sont purs et parfaitement ductiles , ne gardent point le magnétisme ; ils le prennent et le perdent instantanément. Mais on les rend capables de le conserver , soit par des moyens mécaniques , tels que la pression , la torsion , le laminage , soit , comme l’a observé M. Gay-Lussac , en les combinant chimiquement avec des substances non magnétiques, comme le charbon , le phosphore, l’arsénic , l’étain. A mesure que la proportion de ces substances augmente, le magnétisme devient plus difficile à imprimer, et il dure aussi davantage; mais enfin il arrive un terme où l’on ne peut plus le développer en aucune manière , et la combinaison cesse d'être attirable à l’aimant. D’après cela , il est naturel de penser que les phénomènes magnétiques doivent être modifiés par la chaleur qui influe sur la cohésion d’une manière si puissante et si immédiate. Aussi a- t-on depuis longtemps observé que les barreaux aimantés perdent tout leur magnétisme, quand ils sont chauffés jusqu’à rougir. M. Gay- Lussac a trouvé la même chose pour le nickel, et il a de plus remarqué que ces métaux cessent aussi alors d’être attirable^ à l’aimant.

C’est encore ici le lieu d’indiquer l’influence de la trempe sur le magnétisme. Pour cela , il faut rappeler en quoi consiste cette opération. Lorsqu’un barreau de fer ou d’acier a été chauffé jusqu’à rougir , si on le laisse refroidir avec lenteur dans l’air, ses particules , en se rapprochant peu à peu les unes des autres , prennent les distances et les positions d’équilibre stable où elles se trouvent graduellement amenées par l’effet lent et progressif de leurs attractions réciproques. Mais si l’on plonge brusquement le barreau rouge dans un liquide qui refroidisse subitement sa surface , les particules de cette surface prennent d’abord les arrangemens précipités auxquels ce changement

lo ATTRACTIONS ET RÉPULSIONS MAGNÉTIQUES.

imprévu les oblige; et devenues dès-lors immobiles, elles forment une sorte de vase où les molécules de l’intérieur de la niasse sont aussi contraintes de s’arranger avec rapidité à mesure que le refroidissement les gagne. De là résulte donc line espèce de cristallisation différente de l’équilibre stable , comme on l’observe dans les larmes bataviques , qui ne sont autre chose que du verre trempé. Quand on fait subir cette opération au fer, à l’acier, au nickel, au cobalt, on trouve, comme nous l’avons déjà remarqué ailleurs , que ces métaux en deviennent plus durs , moins flexibles , plus fragiles , et tout cela à un degré d’autant plus marqué, que le refroidissement a été plus subit; on doit bien s’attendre qu’un changement pareil influera sur les propriétés magnétiques ; c’est 'aussi ce qui a lieu. Les métaux magnétiques s’aimantent plus difficilement quand ils sont trempés que lorsqu’ils ne le sont pas ; le développement du magnétisme y est aussi beaucoup plus durable. La difficulté de l’aimantation augmente avec la dureté de la trempe, et cette dureté influe encore sur l’intensité de l’état magnétique que les barreaux peuvent acquérir.

L’effet de la trempe dépendant de la différence des températures dans lesquelles on transporte subitement le métal, il faut chercher des moyens pour les évaluer : la chose est facile pour le liquide dans lequel la trempe s’opère ; elle l’est beaucoup moins pour le métal, dont le degré de chaleur s’élève alors fort au-dessus de tous nos procédés thermométriques. Dans la pratique ordinaire, on emploie, comme une indication constante, la couleur qu’acquiert le métal ; et l’on dit qu’il est trempé rouge-blanc, rouge, rouge-cerise, cerise clair, selon celle de ces teintes qu’il possède à l’instant où on le plonge dans le liquide destiné à le refroidir. Quoique cette indication soit nécessairement assez imparfaite , elle suffit cependant pour les expériences magnétiques où les divers degrés de trempe n’ont d’influence sensible que jusqu’à un certain degré de température. Les degrés plus élevés ne changent absolument rien à l’intensité du magnétisme que les barreaux peuvent acquérir.

ANALOGIE DES AIMANS , ete .