CHAPITRE PREMIER

158. Aimants naturels, aimants artificiels : définitions. — On nomme aimants des substances qui ont la propriété d'attirer le fer et quelques autres métaux, tels que le nickel, le cobalt, le manganèse et le chrome.

On distingue l'aimant naturel et les aimants artificiels. L'aimant naturel, ou pierre d'aimant, est un oxyde de fer désigné en chimie sous le nom d'oxyde salin ou d'oxyde magnétique de fer!, et représenté par la formule Fe304. Les aimants artificiels sont des barreaux, ou des aiguilles d'acier trempé, qui possèdent les mèmes propriétés générales que les aimants naturels : on les leur a communiquées artificiellement par des procédés spéciaux (792).

Le pouvoir attractif des aimants s'exerce à toutes les distances et à travers tous les corps; il décroit très vite quand la distance augmente. 11 diminue également à mesure qu'on élève leur température et reprend à peu près sa valeur initiale quand on les refroidit au degré primitif, pourvu qu'on n'ait pas dépassé une certaine limite *.

On désigne sous le nom de magnétisme la cause inconnue de cette propriété. On appelle aussi Magnétisme la partie de la physique qui comprend l'étude des aimants5.

1. C'est un minerai de fer, très abondant dans les terrains anciens, principalement en Suède et en Norvège. Toutefois, parmi les échantillons d'oxyde de fer dit magnétique, une faible proportion est douée de la propriété magnétique.

2. En effet, à la température du rouge, loute aimantation est complètement et définitivement anéantie.

3. C'est là le magnétisme proprement dit, qui n'a rien de commun avec le mesmérisme, improprement appelé magnétisme anim. l.

759. Pôles et ligne neutre. — Points conséquents. — Les aimants ne possèdent pas en tous leurs points la même force attractive. En effet, si l'on roule un barreau aimanté dans de la limaille de fer, on en voit une grande quantité adhérer vers les extrémités sous la forme de houppes hérissées (fig. 694); mais l'adhérence de la limaille décroit rapidement à mesure qu'on s'éloigne des extrémités, jusqu'à la partie médiane du barreau, où elle est nulle. La région de l’aimant où la force magnétique est insensible a reçu le nom de ligne neutre, et les deux régions

voisines des extrémités, où se manifeste le maximum d'attraction, se nomment pôles.

Tout aimant, naturel ou artificiel, présente deux pôles et une ligne neutre; toutefois, dans l'aimantation des barreaux, il se produit parfois des pôles contraires alternés entre les pôles extrêmes. C'est ce qu'on appelle des pôles secondaires où points conséquents. Tantôt ils sont en nombre pair, tantôt en nombre impair. Nous supposerons toujours que Îles aimants n'ont que deux pôles : c'est ce qui arrive ordinairement lorsqu'on à soumis aux procédés usuels d'aimantation des masses d'acier ayant la forme, soit de barreaux prismatiques, soit de tiges eylindriques.

160. Aiguilles aimantées. — On donne aussi fréquemment aux aimants la forme de lames minces, découpées en losanges très allongés : on les appelle alors aiguilles aimantées (Gg. 696). Une aiguille aimantée est destinée à servir d'aimant mobile; aussi porte-t-elle, en général, en son centre de gravité, une petite cavité garnie d'une chape, par où on peut la poser et la faire osciller sur un pivot vertical ou horizontal.

781, Distinction des pôles. — Si l'on pose une aiguille aimantée sur un pivot vertical et qu'on l'abandonne à elle-même, on la voit, après une série d'oscillations, se fixer dans une d'équilibre qui paraîtra iavariahle (Kg. HS). 5 on V'ecarte de cette

position, elle y reviendra à'elle-mème el ce “ae \ohouss a même extrémité de l'aiguille qui se dinigers Vers en

de l'horizon. L'une se tourne sensiblement vers le pôle Nord géographique, et l'autre vers le pôle Sud.

Quelle que soit la cause de cette orientation constante, elle suffit pour distinguer nettement les pôles l'un de l’autre. On est convenu, dans les dessins, de désigner le premier pôle par les lettres À ou a ou inieux N, et le deuxième pôle par les lettres B ou b ou mieux S. On appellera pôles de même nom ceux qui sont désignés par la même lettre dans des aiguilles différentes. Ils jouissent des mêmes propriétés.

162. Actions mutuelles des pôles. -—— Les deux pôles d'un aimant paraissent identiques entre eux quand on les présente à la limaille de fer; mais qu'on suspende une aiguille aimantée ab

(fig. 696) à un fil fin, et qu'on approche de son pôle a le pôle A d'une autre aiguille, on remarque une vive répulsion; qu'on approche, au contraire, le mème pôle À du pôle b de l'aiguille mobile, il se produit une forte attraction. Donc les pôles a et b ne sont pas identiques, puisque l’un est repoussé et l'autre attiré par le mème pôle A de l'aimant fixe. De mème le pôle B produit deux actions contraires dans les pôles a et b, mais en sens inverse. Avec l’un il y a répulsion, et attraction avec l'autre. On en conclut que les actions réciproques entre deux aimants sont soumises à cette loi : Les pôles de même nom se repoussent, et les pôles de noms contraires s'allirent.

Si l'on assimile la terre (comme le fit Gilbert) à un immense

aimant dont les pôles magnétiques seraient situés respeclivement dans le voisinage des pôles géographiques, en vertu de la loi précédente c'est le pôle austral de l'aiguille qui doit se tourner vers le pôle Boréal ou pôle Nord terrestre, el, au contraire, le pôle boréal de l'aiguille vers le pôle Austral où pôle Sud terrestre. De là viennent les doubles noms (contradictoires en apparence) de pôle Nord où Austral et de pôle Sud ou Boréal, qu'on donnait autrefois aux deux pôles d'un aimants.

Dans les aiguilles aimantées le pôle Nord est généralementccsloré.en bleu (par un léger recuit).

765. Théorie du magnétisme. — {* Hypothèse d'Ampère. — Ampère a donné une théorie du magnétisme fondée sur les propriélés des courants électriques. Elle est exclusivement adoptée aujourd'hui. Nous l'exposerons plus loin, après les phénomènes électriques dont elle est la conséquence.

2% Hypothèse de deux fluides magnétiques. = On «a longtemps admis une autre hypothèse, dite des fluides magnétiques : elle n'a plus qu'un intérêt historique. On admettait deux finides impondérables, agissant chacun par répulsion sur Ini-même et par attraction sur l'autre; on désignait ces fluides sous les noms, l'un de [luide austral, V'autre de fluide boréal, d'après ceux des pôles d'aimant où leurs actions sont prépondérantes,

Les deux fluides se développeraient simultanément, en quantités équivalentes; mais ils ne pourraient être séparés. Un aimant a loujours deux pôles et il porte toujours les deux fluides apparenls.

5° Expérience des aimants brisés. — L'expérience des aimants

CT | OP) EP | EE | Fig, 697.

brisés démontre que chaque particule d'un corps simanté est un véritable aimant ayant deux pôles. En effet, si l'on prend une aiguille d'acier ayant deux pôles séparés par une ligne neutre et qu'on la brise en son milieu, chaque moitié d'aiguille est un aimant complet comme l'aiguille entière (fig. 697). Si l'on brise dé même ces nouveaux annanls en deus parles, on trouve

L. Aujourd'hui on emploie exclusivement \es Aénormimalions de pile Sid en de pôle Sud.

encore que chacune d'ellee est un aimant complet; et ainsi de suite, aussi loin qu'on peut pousser la division.

4 Constitution des aimants. — Tout aimant peut donc être considéré comme constitué par une infinité d’aimants infiniment petits ou éléments magnétiques. On peut concevoir plusieurs modes de groupement de ces éléments identi-

ques.

Si on les suppose groupés de manière que leurs lignes des pôles soient orientées parallèlement, on a un aimant, uniformément aimanté.

Si on les réunit bout à bout par les pôles de noms contraires et suivant une ligne quelconque, on constitue un filet magnétique solénoidal.

Enñn, si on les suppose implantés Aermaonnt à une surface el de manière que leurs pôles de même nom forment une b'__« surface continue, on constitue un feuillet magnétique.

5° Théorie de Jamin. — ‘© Les expériences de Jamin sur a le magnétisme l'on condait à . .

considérer les aimants comme Fig. 698.

constitués par des filets solénoïdaux, qui, parallèles dans la région neutre, s'épanouiraient sur leurs extrénités pour aboutir aux divers points de la surface (fig. 698). Sur cheque élément superficiel la quantité de magnétisme libre serait proportionnelle aux nombres des pôles qui s'y trouvent.

764. Force coercitive. — On nomme force coercitire la cause plus ou moins intense qui s'oppose soit à l’aimantation des substances magnétiques, soit à leur désaimantation. Cette force paraît être nulle dans le fer doux, puisque ce métal s'aimante instantanément par l'influence d'un aimant; elle est plus ou moins grande dans l'acier trempé, suivant que la trempe est plus ou moins énergique.

L'expérience prouve, en effet, qu'un barreau d'acier, mis en contact avec un aimant, ne s'aimante que lentement ; il est même nécessaire de le frictionner avec l'un des pôles de l’aimant, si l'on veut lui faire acquérir toute sa force; en outre, le barreau d'acier, une fois aimanté, ne perd que difficilement ses propriétés magnétiques. Par l'oxydation, la pression ou la torsion, le fer doux peut acquérir une certaine force coercitive, mais qui est de peu de durée.

765. Distinction des substances magnétiques et des aimants. — On nomme substances magnétiques les substances qui sont attirées par l'aimant, comme le fer, l'acier, le nickel. Les composés ferrugineux sont généralement magnétiques, et ils le sont d'autant plus qu’ils contiennent plus de fer.

ll est facile de distinguer une substance magnétique d'un aimant : la substance magnétique n'a pas de pôles; présentée suc-

cessivement aux deux extrémités d'une aiguille aimantée (mobile sur un pivot vertical), telle que ab (fig. 696), elle les attire également toutes les deux, tandis qu'un pôle d'aimant attirerait l'une et repousserait l'autre,

Les substances magnétiques privées de force coercitive, comme le fer doux, le nickel pur, ne sont plus attirables à l'amant lorsqu'elles sont portées à une température suffisamment élevée, qu'on appelle température critique. Ainsi le fer doux cesse brusquement d'être magnétique vers 7800, et le nickel vers 3500,

766. Aimantation par influence. — Fantômes magnétiques. — Lorsqu'une substance magnétique est mise en contact avec un barreau aimanté, elle devieut, tant que le contact persiste, un

Fig. 699.

aimant complet, ayant deux pôles et une ligne neutre, Par exemple, si l'on fait porter par l'un des pôles d'en aimantoun petit cylindre de fer doux ab (fig. 699), ce mp -rd tour, porter un second cylindre semblable, puis celui-e sième, et ainsi de suite, jusqu’à sept ou huit, suiw Chacun d'eux est donc devenu un aimant et reste. aussi longtemps que dure l'influence; mais dés qu'e le contact avec le premier cylindre, cette influence ce tôt les autres cylindres se détachent et ne conserve trace de magnétisme,

Ce phénomène permet d'expliquer la formation des, limaille qui s'attachent aux pôles des aimants (fig, celles qui sont en contact avec l'aimant deviennent de petits aimants et agissent par influence sur lès Le dre pe sines; celles-ci agissent de mème sur les suivantes, "et ainsi de suite jusqu'à une certaine distance où l'influence, finit par s'annuler.

L'aimantation par influence se produit aussi à distance, quais avec d'autant plus d'intensité que celle distance sk aile et que l'aimant est plus fort. L'esk ainsi vos

symétriques (ig. 100) appelées fantèmes 5 tement ra

PROPRIÉTÉS DES AIMANTS. sil

On obtient ces courbes en appliquant sur un barreau horizontal un carton mince que l'on saupoudre, à l'aide d'un petit tamis, d'une couche de limuille de fer, Celle-ci se dispose spontanément, sous l'influence des pôles de l'aimant,-en courbes régulières,

Fig. 700.

allant d'un pôle à l'autre et changeant de direction aux extrémités du barreau. On peut fixer le spectre magnétique en le pro-

Fig, 701.

duisant sur un papier gommé que l'on mouille ensuite au moyen d'un vaporisateur.

Dans le cas où le barreau aimanté a des points conséquents, le spectre magnétique a la forme représentée par la figure T0, 767. Lignes de force et Champ magnétique. — Ce sont ces courbes magnéliques qui donnèrent à Faraday l'idée des lignes de force, H appela ainsi les lignes suivant lesquelles s'exercent les

Or on appelle unité de magnétisme où unité de masse magnétique (dans le système C, G. S.) la quantité de magnétisme qu'il faut supposer concentrée en un pôle d'aimant pour que l'action exercée, à la distance de un centimètre, sur une masse identique, soit égale à une dyne. On donne à la masse le signe +- ou le signe —, suivant qu'il s'agit du magnétisme qui charge un pôle Nord ou de celui qui charge un pôle Sud.

Cette unité étant ainsi définie, la force qui s'exerce entre deux masses x el u', concentrées en deux pôles séparés par une distance d, est exprimée (eu dynes) par la formule

Quand la force F est répulsive, sa valeur est positive (car alors x et y’ sont de mème signe); quand elle est attractive, elle a le signe — (car y et x’ sont des signes contraires).

770. Intensité d'un champ magnétique, — Un pôle d'aimant, placé dans un champ magnétique, y subit uné attraction ou une répulsion, qui dépend à la fois de la masse magnétique de ce pôle et de l'intensité du champ.

On appelle intensité d'un champ magnétique en un point la grandeur dé la force qui agirait en ce point sur l'unité de magnétisme Nord,

Soit k l'intensité d'un champ en un point, la force F qui agit en ée point sur un pôle magnétique de masse y est donnée par l'équation de Coulomb, On a F = ph, La direction de la force est la direction du champ.

771. Champ magnétique uniforme. — On appelle champ magnélique uniforme un champ où la force magnétique exercée, en chaque point, sur l'unité de Fig. 702.

magnélisme Nord, est constante en grandeur eten "direction. Le magnétisme terrestre produit un champ mingnétique qui est sensiblement uniforme dans un espace limité (Mg. 702 et 705),

77%. Définition précise des pôles, — Un aimant étant placé dans un champ uniforme, chaque élément de magnétisme subit une action parallèle au champ (fig 702). Ces actions, formant un système de forces parallèles, peuvent être composées comme le sont les poids des différents éléments d'un corps. Le point d'application de la résultanté, centre de ce sysbhine de forces parallèles, se nomme le pôle du système. Et comme l'expérience prouve (777) qu'il y deux systèmes égaux de forces parallèles et opposées, il existe deux pôles. Donc un barreau aimanté est réductible, dans un champ uniforme, à deux pôles égaux, points où sont concentrés respectivement les magnétismes Nord et Sud qui chargent le barreau, et qui sont invariablement liés.

773. Moment magnétique d'un barreau aimanté., — Intensité d'aimantation. — Lorsqu'un barreau, régulièrement aîmanté, se trouve dans mm chmmp magnétique uniforme, il est sonmis à deux forces égales el contraires appliquées on ses deux pôles et formant mn couple,

Si l'aimant »st placé normale.

ment à la direction fixe dm couple (fig. 702), celui-ci temibra à le faire tourner, de tusnière à l'amener dans s1 propre direction. Le moment du couple de rotation sers pour

Fig. 703. cette position 24F, en appelant 21 la longueur de l'ai.

guille, En remplaçant F par sa valeur, on sur — C=21ph.

Si l'aimant fhit un angle à avec la direction du champ (Mg. 705), le moment Ci sera

Co = 21 ph sin à = C.sin#.

Le produit 211 est appelé momeut magnélique du harrenx aimanté = on le représente par ln lettre M, On peut donc écrire Co = MA sinb,

Si on fait le quotient du moment magnétique M d'un abomat nené our pur a volume Ÿ, on à ce qu'on appelle l'éntennté d'aimantation À du barreau. On « jus

774. Expériences de Gauss. — Véritication de la loi de Coulomb, — Admmtlons la loi dé Coulomb et voyons quelques-unes du het conséquences.

Iest chair que le pôle m, situé à égnle distance des pôles x el — y, subit l'attraction Z et la répulsion égale —f (Mg. 704); ln résultante æ est visiblement la buse d'un triangle isocèle de côté [: done

r=2/[ cosif,r); or ue

cos (7, #) = 00% (; 1) = sin£;

en désignant par { ln demi-distancw des püles, on à

: 1, “ __2f.1 Smy= =; d'où z= v ; Mais RU 2aml

f °n' donc =

Fig. 704,

Comme V'aiguille (m,— m) prend une postinn d'équilibre sous l'action de la force z due à l'almant déviant ot de Ia force Hi, due À la terre, cn n. en désignant par « l'angle de l'aiguille avec st position d'équilibre :

x mal.

ang à — qe ENS

or H,=mwN € pui, don VWEI=EX RE

. En choisissant la distance d très grande par rapport aux dimensions du barreau déviant et de l'aiguille mobile, on voit que :

1° L'angle de déviation « est indépendant de l'aiguille déviée;

2 Que la tangente de cet angle varie en raison inverse du cube de la di:tance à laquelle on place le barreau déviant;

3° En retournant le barreau bout pour bout, la déviation change de signe;

4° On démontre par le calcul que le barreau déviant déplacé parallèlement À lui-mème et amené sur une perpendiculaire au méridien passant par le centre de l'aiguille mobile, donne lieu à une déviation double de la précédente.

Toutes ces conséquences de la loi de Coulomb ont été vérifiées expérimentalement par Gauss et la loi de Coulomb se trouve ainsi démontrée a posteriori.

715. Poteutiel magnétique. — Les attractions et les répulsions magnétiques étant définies per la loi du carré des distances, on peut appliquer au magnétisme la théorie du potentiel ‘.

On appelle potentiel magnétique en un point quelconque (où l’on suppose concentrée l'unité du magnétisme Nord) la somme

hils...=p(t)=v <

ri re

dans laquelle x, x... sont les masses magnétiques, positives ou négatives, disséminées dans le champ magnétique, et r,, r,... les distances respectives du point à ces différentes masses.

Toutes les propriétés que nous démontrerons plus loin pour le potentiel électrique s'appliquent au potentiel magnétique.

716. Action des aimants sur tous les corps. — Substances diamagnétiques. — Dès 1802, Coulomb observa que les aimants agissent avec plus ou moins de force sur (ous les corps. Il constata ce fait en faisant osciller de petits barreaux de différentes substances d'abord entre les pôles opposés de deux forts barreaux aimantés, puis loin de l'influence de tout aimant. La comparaison des nombres d'oscillations exécutés, dans les deux cas, en des temps égaux, mettait en évidence l'action magnétique.

On attribua d’abord ce phénomène à la présence de matières ferrugineuses dans les corps soumis à l'expérience; mais Lebaillif, Faraday et Becquerel ont démontré que les aimants exercent réellement une action sur fous les corps, mème sur les gaz.

On a constaté de plus que cette action est tantôt attractive el tantôt répulsive : les corps attirés ont recu le nom de corps magnétiques ou paramagnétiques, el ceux qui sont repoussés celui de substances diamagnétiques. Parmi ces derniers sont le bismuth, le plomb, le soufre, la cire, l’eau, etc.

Remarque. -— Les substances magnétiques placées dans un champ se recouvrent de magnétisme Nord dans les régions où les

1. Comme nous développerons cette théorie à propos des actions &letlrianes, nous nous bornerons ici à la définition.

lignes de force du champ pénètrent dans le corps et de magnétisme Sud dans les régions où elles quittent le corps. C'est le contraire pour les substances diamagnétiques.