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Fjg. 346. ^

sente la rotation qu'on en déduit poiir le sel seul; elle est positive du côté rbuge, négative du" côté violet dç la. bande d'absorption. Roberts montre que cette dernière dotation est bien réprésentée par une formulé d'un type analogue au type (2) du paragraphe 222 : la dispersion rotatoire magnétique g

(i) Nous ne citons pas ici un travail de Schipauas [4»». der Phiys., 8 (190a), p. 842 et 10 (1903)' p. 853] parce que ses résultats ont été reccwmus inexact* par Bâtes lÂim. iet Phys., 13 (1903), p. io8o et 1091].

TRMTlt DE ÀtARt«*ïW» "'

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POLARISATION ROTATOIRE MAGNETIQUE

de Vion Co ne doit donc fas être interprétée par la théorie de Voigt, mais par la théorie des courants moléculaires de Drude.

L'atome paramagnétique possède un moment magnétique permanent dû au mouvement de ses électrons sur leurs orbites; il doit donc s' orienter dans le champ, dans la mesure du moins oà cette orientation n'est pas détruite par V agitation thermique, et les modifications des orbites électroniques auxquelles est liée la rotation magnétique sont dues à la superposition des deux causes, effet Zeeman et orientation de l'atome paramagnétique. Ladenburg [852] a montré que la théorie ainsi construite permet de retrouver les caractéristiques principales des rotations liées au paramagnétisme : possibilité de rotations négative, loin des bandes d'absorption (§ 1209), variation de la rotation magnétique inversement proportionnelle à la température absolue ( § 215), rotations de sens inverses des deux côtés de la bande d'absorption. Il sufïit d'autre part d'une légère modification à la formule de Ladenburg pour représenter convenablement la dispersion anormale de l'oxygène [852 bis].

Nous savons d'ailleurs aujourd'hui que les bandes d'absorption larges sont d'un type différent de celui des raies étroites : tandis que le phénomène de Zeeman représente l'action essentielle du champ magnétique sur ces dernières, il n'en est peut-être pas de même pour les premières, et il n'est pas impossible qu'il leur corresponde un type de dispersion magnétique différent de celui de Voigt, et analogue au type de dispersion naturelle qui caractérise l'effet Cotton ( § 138). C'est, en effet, ce qu'ont observé récemment divers auteurs [853, 853 bis] pour certains corps organiques : la figure 247

Mû

• Longueurs d'onde (en myi)

225 DISPERSION ROTATOIRE MAGNETIQUE ^ 387

reproduit la courbe obtenue par Pfleiderer pour la dispersion rotatoire magnétique d'une solution benzénique de diphényl-méthylène- camphre, comparativement 'à la courbe de rotation du dissolvant; on voit que l'existence d'une anomalie liée à l'absorption n'y est pas douteuse. Une confirmation des mesures de Pfleiderer serait d'ailleurs extrêmement importante [854, 855], parce qu'elles fournissent un résultat assez inattendu en donnant des rotations négatives dans les régions de transparence pour des substances qui ne contiennent pas d'atome paramagnétique.

Toutes les recherches que nous avons signalées dans ce paragraphe sont malheureusement incomplètes, soit qu'elles ne s'étendent pas des deux côtés de la bande d'absorption, soit qu'elles ne pénètrent pas à l'intérieur de cette bande, soit qu'on n'ait pas pu mettre en évidence le dichroïsme circulaire. La solution des problèmes qu'elles posent ne peut guère être attendue que de la réalisation de champs magnétiques plus intenses, qui permettra de faire les mesures sous des épaisseurs plus faibles pour des radiations plus absorbées.

228. Propriétés magnéto-optiques des métaux ferromagnétiques. — Nous avons déjà signalé (§ 2ii] que les couches très minces de fer, de nickel et de cobalt obtenues par dépôt électrolytique, par évaporation et condensation dans le vide, ou par projection cathodique, présentent une rotation ' positive, proportionnelle à Vintensité d'aimantation [749, 750], et correspondant à des valeurs très élevées de la rotation par unité de longueur. Pour les trois métaux, la dispersion rotatoire est anormale : elle va en croissant du violet au rouge [856] et, pour le fer, d'après des mesures d'Ingersoll [857J, elle passe par un maximum dans l'infra-rouge poui: X = I(jl,5.

D'autre part, Righi [858] a montré que ces couches métalliques présentent le dichroïsme circulaire (§ 139) : la lumière transmise n'est plus polarisée rectilignement, mais est constituée par une vibration elliptique de même sens que le courant magnétisant {ellipticité positive). Les deux vibrations circulaires inverses qui composent la lumière incidente se propagent dans le métal ferromagnétique avec des vitesses différentes et y sont , inégalement absorbées. Les mesures faites par divers auteurs [859 à 862 ter] sont souvent discordantes : Cau [862 bis] a montré qu'il faut en chercher la raison, d'une part dans le fait que nombre des lames étudiées étaient partiellement ou môme complètement oxydées, d'autre part dans l'influence des réflexions multiples à l'intérieur de la lame mètallicfue et de la. lame de verre qui la supporte. En ayant soin d'opérer sur- du fer réellement métallique et en faisant les corrections nécessaires pour tenir compte des réflexions^ il a montré que la rotation et l'eÙipticité sont toutes deux proportionnelleë ' à l'épaisseur, leurs valeurs, pour la raie verte du mercure et un champ de 10.000 gauss, étant respectivement 120' et 90' par i/io de tnicron; il erï

POLARISATION ROTATOIRE MAGNETIQUE

résulte que le fer présente, pour les de.ux vibrations circulaires inverses, des indices de réfraction et d'extinction différents (§ 139), les différences étant, dans les conditions indiquées :

Au phénomène de polarisation rotatoire magnétique dans les métaux ferromagnétiques doit être rattaché le phénomène de Kerr [863], qui se rapporte à la réflexion de la lumière sur un miroir aimanté. L'étude quantitative de ce phénomène, découvert par Kerr en 1876, est extrêmement difficile, à cause du rôle important joué par l'état de la surface. 11 peut être observé quelle que soit la direction de l'aimantation par rapport à la surface réfléchissante ; mais la plupart des travaux se rapportent à un miroir dans lequel l'aimantation est normale à la surface {aimantation polaire) : c'est ce que l'on obtient par exemple lorsqu'on prend comme surface réfléchissante la surface terminale plate d'une des pièces polaires d'un électroaimant.

Si l'on opère sous l'incidence normale (fig. 248), avec une vibration incidente rectiligne et un analyseur à pénombre ordinaire, on observe que V établissement du champ magnétique produit une rotation en sens inverse du courant magnétisant, c'est-à-dire ce que nous avons appelé une rotation négative. La rotation est proportionnelle à l'intensité d'aimantation [864, 865]; sa valeur maximum est de l'ordre de 20 minutes pour le fer et le cobalt.

polariseur

Fig. 248.

de 8 minutes pour le nickel. Elle existe également, quoique plus faible, pour un certain nombre d'alliages et de composés du fer, tels que la magnétite Fe^ 0* [866, 867]; on a, dans certains cas, observé, avec ces composes, des rotations positives. La dispersion, toujours anormale, est assez variable d'un corps à l'autre : pour le cobalt, la rotation présente un minimum dans le vert; pour \q nickel, un minimum dans le bleu; pour le fer, elle croît régulièrement du violet au rouge, et présente un maximum dans l'infra-rouge pour X = i|i, [868].

226 DISPERSION ROTATOIRE MAGNETIQUE 389

Si, au lieu d'un analyseur ordinaire, on prend un analyseur elliptique, on constate, en outre, que la vibration réfléchie est eMiptiçiie : son sens est en général le sens inverse du courant magnétisant {ellipticité négative); pour l'aimantation à saturation, l'angle 9, dont la tangente mesure le rapport des axes (§ 88), est de l'ordre de 15 minutes pour le fer, 5 minutes pour le cobalt, 2 minutes pour le nickel. Il est d'ailleurs probable que l'ellipticité est d'autant plus grande que 'la surface est plus altérée : avec des lames ionoplastiques de fer, dont la surface est meilleure que celle des lames àc fer massif, Cau [862 bis] n'observe que des éllipticités de l'ordre de 4' pour 10.000 gauss, avec des rotations d'environ 15'. Au point de vue dispersion, la valeur absolue de l'ellipticité semble passer par un maximum dans le vert pour le fer, tandis que pour le co balt elle décroît régulièrement du violet au rouge; pour le nickel, l'ellipticité, négative du violet au jaune, s'annule et devient positive dans le rouge [861, 869, 870].

Nous nous bornerons à ces quelques indications et nous renverrons aux traités spéciaux [3, 20, 28] pour la description des rotations et des ellipticités observées sur la lumière réfléchie, soit sous une incidence oblique, avec une vibration incidente située dans le plan d'incidence ou perpendiculaire à ce plan, soit pour une aimantation parallèle à la surface [749, 858, 868]. Nous renverrons également à ces traités pour l'étude théorique des phénomènes [871 à 877]. Nous ferons simplement remarquer que le phénomène de Kerr apparaît théoriquement comme une conséquence naturelle de la forte rotation magnétique des m,étaux ferromagnétiques : les indices de réfraction et d'extinction étant notablement différents pour les deux vibrations circulaires en lesquelles on peut décomposer une vibration rectiligne incidente, la perte de phase à la réflexion doit être différente pour ces deux composantes, ce qui entraîne la rotation de la vibration, réfléchie (§102), et les pouvoirs réflecteurs doivent aussi être différents, ce qui entraîne son ellipticité (§ 139), En étudiant par réflexion les mêmes lames ionoplastiques déjà étudiées par transmission, Cau. [862 bis] a effectivement trouvé que les valeurs de la rotation et de l'ellipticité peuvent être correctement calculées à partir des différences d'indices données plus haut, par les formules classiques de la réflexion métallique : l'écart entre les nombi*es calculés et les nombres observés ne dépasse pas i/ pour les rotations, 2' pour Ifes ellipticités.

227. Polarisation rotatoire magnétique des ondes hertziennes. —

L'atmosphère terrestre est soumise dans sa totalité au champ magnétique terrestre, et une vibration lumineuçequi s'y propage doit subir une rotation magnétique .- la possibilité de ce phénomène a été signalée par H. Bçcquerél [878], qui a mpntré comment il pouvait intervenir dans les obser-

-vv^^/ïjsr^

vations de la lumière polarisée dijEfusée par le ciel. Les rotations du plan de polarisation ainsi prévues sont d'ailleurs fort petites.

La possibilité de rotations plus importantes a été récemment signalée pour les ondes hertziennes, de fréquence beaucoup plus faible que les ondes lumineuses [879, 880, 880 bis]. Les électrons dont le mouvement intervient dans les équations de propagation ne sont plus alors les électrons intramoléculaires, dont la période propre est beaucoup trop courte pour qu'ils puissent donner un terme important dans les équations de propagation de l'onde hertzienne, mais les électrons libres qui existent certainement dans les couches supérieures de l'atmosphère. Un tel corpuscule de charge e et de vitesse v décrit sous l'influence du champ H un cercle dont le plan est normal au champ et dont le rayon est m vje H; la fréquence de ce mouvement est vq = HejiTzm. Pour un électron (e/m = i,8.io' u. é. m) dans le champ terrestre (H = 0,5 gauss), on a Vq = 1,4.108, ce qui correspond à une longueur d'onde propre Xo = 214 m. II doit donc y avoir, pour les ondes de cette longueur, une sorte de résonance, qui augmente considérablement l'énergie absorbée dans la propagation. Les mesures faites sur la propagation des ondes employées en télégraphie sans fil montrent, en effet, que la portée passe par un minimum très accentué, surtout la nuit, pour des fréquences de cet ordre.

Le sens de rotation de l'électron autour du champ magnétique terrestre est un sens parfaitement déterminé : la résonance dont nous venons de parler ne peut donc s'établir que pour une seule des deux vibrations circulaires en lesquelles on peut décomposer la vibration électromagnétique et, pour les longueurs d'onde voisines 'cle 200 m, les couches ionisées de l'atmosphère présentent des indices nettement différents pour les deux vibrations circulaires. Le fait important est qu'il en résulte une différence dans la loi de variation des indices à mesure qu'on s'élève dans l'atmosphère et que l'ionisation croît : il se produit, comme dans l'expérience de Fresnel (§ 103), une séparation des deux rayons circulaires inverses dont les courbures sont différentes. En développant les calculs, on trouve par exemple que, pour des ondes de longueur d'onde un peu supérieure à Xq, l'un des rayons s'échappe toujours de l'atmosphère, tandis que l'autre est renvoyé vers le sol par la couche conductrice (fig. 24t)).

Emission Réception

Fig. 249.

On sait que l'on explique la grande portée des ondes courtes en admettant

DISPERSION KOTATOIRE MAGNETIQUE

que les rayons reçus sont uniquement ceux qui ont été ainsi renvoyés vers le sol : on doit donc s'attendre à ce que les ondes courtes,, à la réception, soient polarisées circulairement : c'est bien approximativement ce que l'on observe [880 ter].

Lorsqu'on les reçoit sur une antenne placée en un point A au voisinage du sol (fig. 250), l'effet que l'on observe est dû à l'action simultanée de la

Fig. 250.

vibration circulaire C apportée par le rayon direct M A et de la vibration circulaire inverse C apportée par le rayon NIA qui s'est réfléchi en I sur le sol. Si le point A est situé au voisinage immédiat du sol, qui se comporte pour les ondes hertziennes comme un conducteur parfait, les deux composantes horizontales Ox et Ox' sont en opposition de phase et s'annulent, de sorte que le champ électrique résultant n'a pas de composante horizontale. Si, au contraire, le point A est à une certaine hauteur au-dessus du sol, il y existe une différence de phase 9 entre les composantes Ox et Ox\ et leur interférence fournit, dans la vibration résultante, une composante horizontale perpendiculaire au plan de propagation NIA. Aux variations de la distance qui sépare la station .d'émission de la station de réception correspondent des variations de l'angle d'incidence i et de la différence de phase 9, qui se traduisent, puisque 9 est en somme la différence de phase entre deux vibrations circulaires inverses, par une rotation du plan de vibration ( § 102).

Cette théorie semble expliquer correctement [881] les résultats expéri-' mentaux obtenus de nuit par Pickard [882] en recevant les ondes sur une antenne courte, orientable en tous sens, placée au sommet id'une tour en bois de 7 mètres : il a effectivement observé une composante horizontale du champ électrique, perpendiculaire au plan de propagation, faible pour les ondes de longueur d'onde supérieures à 300 mètres, plus forte que lia composante verticale pour les ondes courtes : ce résultat est bien d'accord avec -l'idée théorique que ce n'est qu'au voisinage de Xo — 214 m que la biréfringence circulaire magnétique devient assez forte pour séparer les deux rayons polarises circulajirement eri sens inverses, et entraîner l'existence,

POLARISATION ROTATOIRE MAGNETIQUE

dans le champ électrique de l'onde reçue, d'une composante située en dehors du plan de propagation.

Il reste enfcore bien des particularités que la théorie n'est pas actuellement en état d'expliquer; ce sont, entre autres, l'absence de champ horizontal pendant le jour et l'indépendance des résultats obtenus par rapport à l'angle du plan de propagation et du méridien magnétique. Il n'en semble pas *• moins dès maintenant certain que la polarisation rotatoire magnétique provoquée par le champ terrestre joue un rôle important dans les phénomènes si curieux de la propagation des ondes courtes de la Télégraphie sans fil.

Abréviations employées dans la désignation des principaux périodiques.

Ann. Chim. Phys. Annales de Chimie et de Physique.

Ann. de Chim Annales de Chimie.

Ann. de Phys Annales de Physique.

Ann, der Phys .Annalen der ï^liyBiJ? (Vierte Folge).

Ann. Ec. Norm •'. . " Annales scientifiques. *de l'École Normale Supé-

rieure.

Arch. Néerl. ........ Archives Néerlandaise^ des Sciences exactes et

naturelles. x

Arch. Se. Phys. Nat. > . .. . Archives des Sciences physiques et naturelles. Astroph. Journ . . . . • . ' . . Astrophysicâl JourrîaL'

Ber. '. Beriçhte der Peutschén chemischen Gesellschaft.

Berl. Ber ' Sitzuhgsberichte der preussischen Akademie der

Wissenschaften.

Bull. Bur. Stand. Bulletin of the Bureau of Standards.

Bull. Soc. Chim Bulletin de la Société Chimique de France.

Bull. Soc. fr. Miner Bulletin de* la Société française de Minéralogie.

BulL Soc. fr. Phys: Bulletin de la Société française de Physique.

Centralbl. /. Miner Centralblatt fur Minéralogie, Géologie und

Palâ.ontologie.

Chem, News Chemical Ne"ws and Journal of Industrial Science.

Chem. Zeitg. Chemiker Zeitung.