I,CM

Spécimen n'* 2y d o,2G5cm, I) 7,8.

i'y'ifi

4i9.<Jo

4'Ji,90

Spécimen n^ 3, d 0,27 cm, !) 7,86.

/, longueur de l'aimant en cm ;

rf, diamètre de Taimant en cm ; .

M, sa masse en grammes-masse;

-«r|-, le rapport de son moment magnétique à sa masse;

«1, son intensité d'aimantation moyenne ;

D, sa densité.

Au point de vue du magnétisme résiduel, le spécimen numéro 2 est le meilleur; c*est celui des trois échantillons qui contient le plus de phosphore, le moins de silicium, et une quantité de manganèse intermédiaire. C'est le plus dur et le plus élastique ; il est très fibreux, tenace et difficile à redresser.

Ces chiiïres parlent d'eux-mêmes et expliquent comment la qualité des aciers et la longueur des aimants peuvent influer, dans une large mesure, sur leur intensité d'aimantation.

399. Affaiblissement des aimants permanents. — Les aimants permanents abandonnés à eux-mêmes perdent graduellement leur aimantation. M. H. -M, Bosanquet (') a fait quelques expériences pour déterminer la rapidité de cet affaiblissement sur un aimant droit de bonne qualité, aussi bien trempé que possible.

L'aimant, fabriqué le 8 février, a été mesuré à différentes époques. Voici les valeurs de son moment magnétique à ces différentes époques, exprimées en unités C.G.S.

8 février »

i8 février 12039

S mars 11 822

i5 mars 11 767

8 avril 11 620

18 septembre 1 1 120

Ces chiffres montrent que dans l'espace de sept mois le moment de Taimant s'est affaibli sensiblement dans le rapport de I >. à II.

La diminution du moment magnétique est plus rapide au début, et il résulte de ces expériences que la variation est d'autant moins rapide que l'aimant a été fabriqué depuis plus

(») Vhilosophical Aîayazine, 188G.

longtemps. Ces variations sont cependant loin d'être insignifiantes, et les possesseurs d'appareils de mesure étalonnés^ dans lesquels Taiguille est dirigée par un aimant permanent, devront vérifier souvent cet étalonnage, pour pouvoir répondre des indications fournies par ces appareils.

M. George Hookham est parvenu récemment (*) à réaliser des aimants permanents donnant des champs magnétiques constants en proportionnant convenablement leurs dimensions, par analogie avec les propriétés des circuits voltaïques. Si, dans un circuit voltaïque, nous voulons franchir une grande résistance extérieure, nous augmentons le nombre d'éléments en tension, sans nous préoccuper de la résistance intérieure.

Dans un faisceau de barreaux aimantés, l'élément magnétique est constitué par chaque barreau, et la force magnétomotrice est proportionnelle à la longueur du barreau. Pour vaincre la grande résistance magnétique de l'air, il faut que.lc rapport de la section transversale totale des barres d'acier à leur longueur soit très petit comparé au rapport de la section transversale de l'air à la distance des pièces polaires qui terminent l'aimant. Avec l'acier au tungstène employé par M. Hookham, si on appelle

S, la section de l'espace d'air,

L, la distance des pièces polaires,

s y la section transversale totale des barres d'acier,

/, leur longueur, on doit avoir :

Par analogie avec le circuit voltaïque, ce résultat devrait être obtenu lorsque la résistance intérieure est égale à la résistance extérieure. Avec la proportion de i à 70, cette relation est précisément satisfaite en pratique. Les expériences établissent par suite que la résistance magnétique spécifique de Tacier au tungstène — de la qualité employée par M. Hookham — est 70 fois plus petite que celle de l'air, et environ :>.o fois plus grande que celle du fer doux.

(«) Philoiêphical Magazine, février 188î).

Des résultats non moins importants que simples résaltcnt do Tanalogie ainsi supposée entre un aimant permanent et no élément voltaïque. En effet, si on néglige la résistance magnétique des pièces polaires, on voit queTon peut augmenter Tintensitédu champ dans une section constante proportionnellement à la racine carrée du poids des aimants en acier employés. On peut, par exemple, doubler le champ en doublant la longueur ainsi que la section des aimants, car on double la force magnétomotriee sans altérer la résistance totale du circuit magnétique. Ou peut encore doubler l'intensité du champ en divisant par *{ la surface ainsi que la dislance, car on n'a rien changé à la force magnétomotriee ni aux résistances, mais on fait passer le flux dans une section deux fois plus petite. On peut encore doubler la distance et conserver le même champ en doublant la longueur des aimants. En fait, il est très facile de combiner une disposition d'aimants permanents qui, dans de certaines limites, produisent un champ d'une intensité donnée dans un espace d'air donné. Le courant qui produit Taimantation du circuit doit toujours être appliqué lorsque le circuit magnétique est complet, sous peine d'obtenir de faibles intensités de champ. On aimante à saturation par le courant d'une dynamo, on enlève les bobines et on martèle vigoureusement les aimants. Ce martelage réduit rarement l'aimantation de plus de i p. ion.

Des expériences de plusieurs mois ont montré qu'il n'y avait pasd'afTaiblissement d'aimantation mesurable pour les aimants ainsi traités.

400. Influence de la température sur raimantation. — Une élévation de tempérai ure a pour effet de diminuer l'aimantation, et il est toujours possible d'atteindre une température à laquelle les métaux ne manifestent plus aucune propriété magnétique.

Fer, — La plupart des études faites sur les propriétés magnéli([ues du fer par Howland (1873), P^r/om (1882), Mac Rne M 885), /lerso/i (188(i), ne portaient pas sur des températures dépassant 35()"C.

M. Ledehorr (*) a étudié les propriétés magnétiques du ter

(•} Académie des sciences, séance du î) janvier 188S. •

jusqu'aux températures de Soo'C, mesurées à l'aide du couple thermo-électrique de M. Le Chàtelicr (367}- La Tigure 184 montre les résultats obtenus sur un barreau de (er doux du Berry, soumis à des forces maguélisantcs Af. 35, de luo et de aoo unités C.G.S. On voit qu'à des températures inférieures à 680 degprés, le fer conserve sensiblement les mêmes propriétés

ce

ri.\

Fig. 184. — luIluPDce Je la tcmpi^ rature i

magnétiques qu'à froid, et qu'à partir de cette température la chute est très brusque. Vers ~5o degrés, les propriétés ma;jnétiques n'existent presque plus et elle-s ont complètement disparu à 770 degrés. Cette variation brusque a donc lieu dîins un intervalle de température de 80 à 100 degrés. Dès qu'on refroidit le fer, on constate que les propriétés magnétiques réapparaissent comme aui)aravant.

Des expériences récentes de M, le D' (lopkiiison (') ont ce-

(I) Koyal Socieltj, gôaijce

pendant établi que la perméabilité magnétique du fer est plus grande pour les faibles forces magnétisantes aux températures élevées. Vers 700° C, la perméabilité atteint 11 000 pour je=o,3, et tombe à o à la température de 737°, à laquelle le fer n'est plus magnétique. La modification moléculaire spéciale que subit le fer à cette température — phénomène connu sous le nom de récalescence — semble ne pas être étrangère à celte apparente anomalie.

401. Moteur thermomagnétique. — La diminution d'aimantation d'un barreau magnétique avec la température permet de réaliser un moteur thermomagnétique, comme l'a fait M. Scfnvpdoff [^) en 1886. Si Ton approche un aimanld'un anneau de fer horizontal, porté par un axe vertical, et que l'on chaufTe au rouge vif une moitié de Tanneau, celui-ci entre en rotation, à la condition que le pôle de Taimant se trouve entre la partie chaude et la partie froide de Tanneau. Ce travail de rotation est entretenu aux dépens de la chaleur, dont une ce^ taine quantité disparait dans le fer de Tanneau.

M. Lippmann a donné une théorie très simple du fonctionnement de cet appareil en considérant un disque continu aimanté radialemcnt (*).

Dans tous ces phénomènes, Ténergie est fournie par la source de chaleur, le magnétisme n'intervenant que comme un intermédiaire de transformation de l'énergie thermique en travail. En 1887 (^), Edison a présenté à Y American Association for the adcanceinent of science^ un appareil destiné à effectuer la transformation de Ténergie thermique en énergie électrique, en utilisant les variations de perméabilité des métaux magm^ tiques, mais cet appareil ne semble pas avoir donné jusqu'ici de résultats, car on n*en a plus entendu parler.

402. Diamagnétisme. — Faraday a donné, en 1845, le nom (le diamagnétiques à tous les corps qui possèdent la propriété d'être r(»poussés par les aimants, propriété découverte dès 1778 par Brwjmann, de Leyde, pour le bismuth, et en 1827 |)ar /l. C.HectjKrrrl pour l'aiitimoino. Les corps diamagnétiques

(•■ Snnicti'* (le fihi/siqw, I. I, 18«G, p. 1*24.

1^ Lippmann, Cours fie IhennodynamiijHe, 1889, p. 112.

i- E/eitricien du 17 septembre 1887, uo 231, p. 593.

mis SOUS la forme de cylindres allongés et placés dans le champ intense produit par les pôles d*un puissant électro-aimant se disposent transversalement à la direction générale des lignes de force (fig. 185). La plupart des liquides, excepté les sels des substances magnétiques, sont diamagnétiques ; il en est de même

Fig. 185. — Diamagnéti^me du bismuth.

Fig. 186. — Diamagoétisme (les flammes.

des flammes (fig. 186) et des gaz, à Texception de l'oxygène et de Tozone. Tous ces effets sont d'ailleurs très faibles et ne peuvent être mis en évidence qu'à Taide de champs magnétiques exceptionnellement intenses.

Il est établi aujourd'hui que l'existence des corps diamagnétiques est incompatible avec le principe de la conservation de Ténergie (*). Les corps soi-disant diamagnétiques ne sont que des corps magnétiques plongés dans un milieu plus magnétique (*). Si nous prenons pour unité la perméabilité de l'air ou du vide, un corps diamagnétiquc est celui dont la perméabilité est plus petite que i. Un barreau diamagnétiquc placé dans un champ magnétique ne prend donc pas une polarité inverse de celle qu'y prendrait un corps magnétique, comme le supposait M. Tyndall, d'après l'expérience suivante :

I } p. DrHEx, Sur VimpossibilHé des corps diamagnétiffues. Académie des sciences^ séance du 20 mai 1889.

i^} Becquerel, Annales de chimie et de physique , t. XXVIIl, p. 283, 1860.

« Une bobine fixée horizontalement est traversée par un barreau (le bismuth, qui la dépasse de part et d'autre de quelques centimètres ; ce barreau est supporté par un équipage suspendu lui-même & un faisceau de Als de cocon, de sorte que le barreau peut tourner librement dans l'intérieur de la bobine. A coté de cet appareil est disposé un puissant électro-aimant, entre les pôles duquel Tune des extrémités A du barreau peut se mouvoir.

(< Lorsqu'on fait passer un courant dans la bobine, on constate que Textrémité A du barreau est devenue un pôle, car TaclioD de Tclectro-aimant dévie le barreau : seulement le sens de la déviation est Tinverse de celui de la déviation que subirait un barreau de fer substitué au barreau de bismuth. On a conclu de cette expérience que le bismuth prend des pôles contraires à ceux que prendrait le fer dans les mêmes conditions, et Ton a considéré Texistonce de la polarité diamagnétique coaunc établie expérimentalement. »

M. Blondlot (*) a fait une autre expérience qui infirme les conclusions de M. Tyndall. Au barreau de bismuth il substitue un tube de verre rempli d'une dissolution étendue de perchlorurc de fer dans Talcool méthylique (perchlorure 37 parties, alcool méthylique 55 parties, en poids).

Le tube ainsi rempli est magnétique, et Ton constate que. substitué au barreau de bismuth dans Texpérience de M. Tyndall, il est dévié dans le même sens qu'un barreau de fer. On répète» ensuite Texpérienco, en faisant cette fois plonger le tube dans une auge remplie d'une dissolution concentrée de perchlorure de fer (perchlorure 55 parties, alcool méthylique 45 parties) : la déviation a alors lieu en sens contraire, cVslà-dire dan^ le même se?is que le hiiamiith.

Ainsi, le tube rempli de protochlorure, qui s'aimante toujours à la mnniore du fer, se comporte, dans l'expérience analogue à celle de M. Tyndall, comme un barreau de fer s'il est dans l'air, milieu moins magnétique que lui, et comme un bcirreaii de bismuth s'il est environné d'un milieu plus magnétique, la dissolution concentrée de perchlorure. Cet exemple

;') Ar idt'niic des sciences, fOance du 7 mai 1888.

montre que, dans Texpérience de M. Tyndall, le sens de la déviation du bismuth peut s'expliquer en admettant, comme le veut la théorie de M. Becquerel, que le bismuth s*aimante à la manière du fer, mais que le milieu qui Tcntoure est plus magnétique que lui, ce milieu fùt-il le vide.

Les figures -187 et 188 montrent comment se répartissent les lignes d'induction dans le cas de deux sphèn^s placées dans un champ magnétique uniforme de perméabilité égale à i. La figure 187 se rapporte à un corps mfujnetiquo pour lequel

Fig. 187. — Distribution des Ugnes de force dans un corps magnétique.

Fig. 188. — Distribution des lignes de force dans un corps diamagni*^tique.

jjL = 2,8; la figure 188 à un corps diamaqnéiiquo pour lequel ji. = o,48. Il n'y a aucune inversion dans la direction des lignes de force comme le voudrait la théorie de M. Tyndall. En considérant le circuit magnétique (390) un corps diamagnétique est celui dont la résistance magnétique spécifique est plus grande que celle de Tair; un corps magnétique est celui dont la résistance magnétique spécifique est plus petite que celle de Tair.

ËLEGTRO- AIMANTS.

403. Définitions. — On donne le nom d*électro-aimant à tout système entouré d'une hobine de fil, et qui s'aimante sous l'influence d'un courant traversant la bobine : un électro-aimant n'est donc pas autre chose qu*une application des phénomènes d'induction magnétique produits dans une substance magnétique sous TinQuence d'un champ galvanique, cette induction

disparaissant généralement en grande partie avec la cause qm Ta fait naître, c'est-à-dire lorsqu'on interrompt le courant.

La forme la plus généralement adoptée est celle d*un U sur les jambes duquel on vient enrouler les bobines magnétisantes, ou de deux noyaux cylindriques réunis à la partie inférieure par une culasse. La pièce sur laquelle s'exerce l'attraction est y armature de Télectro-aimant.

Pour trouver la direction de l'aimantation produite par un courant donné, que Tenroulement soit dextrorsum ou sifiisirorsum, suivant Tancienne nomenclature, il suffit d appliquer la règle d'Ampère (142) ou la règle du tire-boucbon de Maxwell (144).

Les formes, les dimensions et les dispositions des électroaimants varient à Tinfini avec l'application en vue et le but à atteindre.

Lorsqu'on veut seulement une grande force portante au contact, il faut diminuer le plus possible la résistance magné* tique en faisant un électro (') court et de grosse section. On obtient ainsi une grande force portante avec un très petil nombre relatif de spires, mais un semblable électro-aimant présente beaucoup de magnétisme rémanent ou d'hystérésis, et lorsque le courant est interrompu, on éprouve une grande difficulté à arracher une première fois l'armature, si celle-ci était en contact direct avec le novau, formant ainsi un circuit magnétique fermé entièrement en fer. Ce magnétisme résiduel, du à l'hystérésis (397), se manifeste d'autant moins que \o circuit est plus ouvert, c'est-à-dire que l'on interpose une ou plusieurs lames d'air sur le trajet des lignes de force, mais il faut alors une plus grande force magnétomotrice pour produire la même induction magnétique et la même force portante (104j, puisque la résistance magnétique du circuit se trouve augmentée.

C'est pour atténuer les effets du magnétisme rémanent que l'on interpose souvent une feuille de papier entre les noyaux <^l l'armature d'un électro, ou que Ton munit ces noyaux de prlits butoirs un laiton qui empêchent le contact direct.

L'attraction à distance est une fonction très complexe delà

' Le mot eifrfro est pouvent i?mployé dans le langage pour électro-aimant.

distance de Tarmature, car à mesure que cette distance augmente, l'induction dans le fer varie avec la perméabilité, et la résistance totale du circuit magnétique devient inaccessible au calcul, à cause des dérivations magnétiques qui se produisent entre les jambes de Télectro lorsque l'armature est assez éloignée, etc.

Nous indiquerons un cas simple dans lequel la force portante peut se déterminer facilement, celui dans lequel Tarmature est au contact et forme un circuit magnétiquement fermé.

404. Force portante des aimants et des électroaimants. — La force exercée par deux aimants entre eux, par un aimant sur son armature, ou par un électro-aimant, est fonction de la section et de Tinduclion. Considérons un cvlindre de fer doux uniformément aimanté et coupé en son milieu. Pour une section S, la force F exercée entre les deux moitiés sera

(gag F=2z3^S=:-TT — dynes (i)

F— 4.10 '-T7— grammes. (2)

ox

relation précédemment établie ici (384), et par Maxwell (*), en s^appuyant sur d'autres considérations.

Cette formule montre qu'un aimant en U ou en fer à cheval a une force portante plus grande que s'il était droit, parce que, dans l'aimant en U, les deux surfaces agissent en même temps et que Tinduction spécifique c6 est plus grande. Pour avoir le maximum de force portante, la section de l'armature doit être au moins égale à celle de Taimant, afin qu'elle ne soit pas saturée, ce qui limiterait le flux d'induction et, par suite, la force portante.

L'induction magnétique rémanente d'un bon acier bien trempé étant au maximum de 10 000 unités C.G.S., la force portante d'un aimant bien trempé dont la section utile est de S cm^ sera au maximum

F :-4oooS grammes.

(i) Clirk-Maxwbll, Electricity and Magnelism, § C43.