TRAITÉ DE PHYSIQUE. T. II

on trouve que ce métal ne s'est pas Axé uniformément sur sa gurface , et qu'il s'est plus particulièrement ramassé autour de deux point* opposés, où la vertu magnétique parait principalement résider, et qu'on a désignés sous le nom de pôles. En présentant successivement les différents points d'un aimant à l'aiguille de fer dont nous venons de parler, on reconnaît de même que le maximum d'attraction a lieu vers les extrémités. A partir des pôles , l'action va en s'affaiblissant à mesure qu'on s'approche du centre de l'aimant, où l'action est nulle; la ligne de la surface de l'aimant où l'action magnétique est insensible porte quelquefois le nom de ligne neutre.

799. Si l'on suspend un aimant naturel par un fil , de manière que la ligne qui passe par les pôles soit horizontale (fig. 453), on remarque que, l'aimant étant libre, la ligne des pôles se dirige à peu près parallèlement au méridien; si on la dérange de cette position, elle y revient en faisant des oscillations plus ou moins nombreuses.

800. Lorsqu'on approche deux aimants dont l'un est suspendu comme nous venons de le dire , on observe qu'un même pôle de l'un d'eux attire un des pôles du second aimant et repousse l'autre; que les pôles qui se repoussent sont ceux qui se dirigent naturellement ou tous deux vers le nord, ou tous deux vers le sud , et que ceux qui s'attirent sont au contraire ceux qui dans chaque aimant isolé se tournent vers des points opposés de l'espace. Il résulte de là que dans les aimants les pôles de même nature se repoussent , et que ceux de nature différente s'attirent. On peut expliquer la tendance de la ligne des pôles d'un aimant à se diriger parallèlement au méridien en regardant la terre comme un aimant dont les pôles magnétiques sont situés l'un dans l'hémisphère boréal , l'autre dans l'hémisphère austral. Le pôle boréal d'un aimant sera alors celui qui se tourne vers le sud , et son pôle austral celui qui se dirige vers le nord.

801. Lorsqu'on brise un aimant naturel en deux parties, de manière que dans chacune d'elles se trouve un des pôles de l'aimant entier, chacune d'elles acquiert un nouveau pôle opposé au premier; et en général, quand on brise un aimant naturel en ûn nombre quelconque de parties, chaque fragment devient un aimant complet possédant deux pôles.

802. Communication de la vertu magnétique. Lorsqu'on plonge un aimant dans de la limaille de fer, lés parcelles de fer qu'il entraîne sont placées les unes à la suite des autres (fig. 484). Ce fait ne peut s'expliquer qu'en admettant que chaque parcelle de fer devient magnétique par son contact direct avec l'aimant ou avec la parcelle métallique qui la précède. C'est d'ailleurs ce que l'on peut vérifier en suspendant à un aimant un petit fil de fer doux (fig. 455) : son extrémité libre acquiert un pôle de même nature que celui de l'aimant auquel l'autre extrémité est fixée , et peut soutenir un second fil de fer qui présente les mêmes phénomènes; mats chacun de ces fils ne reste magnétique qu'autant qu'il est fixé à l'aimant; aussitôt qu'il en est détaché, il cesse d'attirer le fer. Ce fait est encore rendu plus évident par les expériences suivantes.

Si l'on prend deux lames d'acier AB et A'B' (fig. 456) égales et également aimantées , et si on suspend un fil de fer doux ab à l'une d'elles , en approchant l'autre par un pôle contraire , quand la distance devient très-petite , le fil ab se détache et tombe , parce que les deux pôles contraires des aimants produisent sur l'extrémité du fil de fer des effets opposés qui se détruisent. Si les lames avaient une grande épaisseur, il faudrait évidemment que la lame supérieure fût plus puissante que l'autre pour que le même effet fût produit. Il est facile de voir que , si la force du barreau supérieur excédait de beaucoup celle du barreau inférieur, le fil pourrait être soutenu par l'action du barreau supérieur.

Si od tuspend deux fils de fer doux ab et dU {fig. 437) à deux fils de soie et qu'on les approche d'un aimant , ils s'écartent quand ils n'en sont plus qu'à une petite distance.

803. Un aimant naturel .'agit aussi sur l'acier, la fonte de fer, ou sur le fer uni avec une petite quantité de phosphore , d'arsenic ou d'étain. Ces corps acquièrent plus difficilement la faculté magnétique que le fer doux , mais ils la conservent. Le nickel et le cobalt sont dans le même cas que le fer : comme lui , ils conservent leur polarité lorsqu'ils sont combinés avec une petite quantité de charbon, de soufre, de phosphore, d'arsenic ou d'étain ; mais , sous le même volume et la même forme, le fer est plus magnétique que le nickel et le cobalt.

Ainsi, parmi les substances magnétiques, il faut bien distinguer celles qui sont simplement magnétiques et celles qui sont aimantées. Les premières sont toujours attirées par les deux pôles d'un aimant; les autres ont toujours deux pôles qui sont attirés par ceux de noms différents, et repoussés par ceux de mêmes noms des aimants auxquels on les soumet.

804. L'acier et les autres métaux magnétiques n'éprouvent aucune augmentation ni diminution de poids par l'aimantation : il s'ensuit que la vertu magnétique n'est pas due à un corps pondérable. Dans l'aimantation, la cause, quelle qu'elle soit, qui produit la vertu magnétique, ne passe pas de l'aimant à l'acier : car l'aimant après son action n'a rien perdu de sa force. Le caractère essentiel de la cause du magnétisme est donc d'être impondérable, et de n'être pas transmissibie.

805. On appelle aimants artificiels des barreaux d'acier auxquels on a communiqué la vertu magnétique par des aimants naturels ou par d'autres aimants artificiels. Les aimants artificiels se comportent exactement , et dans toutes les circonstance» , comme les aimants naturels; et comme ils se prêtent à toutes les formes possibles, on peut s'en servir pour observer avec précision les phénomènes de direction que nous avons reconnus dans les aimants naturels. Une aiguille aimantée a ordinairement la forme d'un losange (fig. 438); elle est garnie à son centre d'une petite chappe en cuivre ou en agathe, au moyen de laquelle on la suspend sur un pivot {fig. 459).

806. Déclinaison. Lorsqu'on suspend une aiguille aimantée sur une pointe ou par un fil , ou qu'on la place sur un corps flottant à la surface d'un liquide, on remarque, comme nous l'avons déjà dit , qu'une des extrémités se dirige sensiblement vers le nord. Mais la direction de l'aiguille ne coïncide pas avec le méridien géographique : l'angle formé par la direction de l'aiguille avec celle du méridien porte le nom de déclinaison. Cet angle varie de grandeur et de position suivant les lieux , et dans le même lieu avec le temps. La déclinaison est maintenant à Paris d'environ 22° ouest. Dans un même lieu , les aiguilles aimantées qui sont assez distantes pour ne pas réagir l'une sur l'autre prennent des directions sensiblement parallèles. On désigne sous le nom de méridien magnétique le plan qui passe par le centre de la terre et par la direction de l'aiguille horizontale.

807. Inclinaison. Lorsqu'on suspend une aiguille non aimantée par un axe horizontal passant par son centre de gravité (fig. 460), elle reste en équilibre dans toutes les positions possibles ; mais si , après l'avoir aimantée , on la dirige dans le méridien magnétique , l'aiguille prend une position dans laquelle elle reste en équilibre stable. Le plus petit des deux angles formés par la direction de l'aiguille avec la ligne horizontale porte le nom ^inclinaison. L'inclinaison est maintenant à Paris d'environ 70°, et c'est le pôle austral (800) qui s'abaisse au-dessous de l'horizon.

808. Isochronisme des oscillations d'une aiguille aimantée, soumise à Faction seule de la terre. Lorsqu'une aiguille aimantée , suspendue sur une pointe fine ou à un Al de cocon , est trèa-peu dérangée de sa position d'équilibre , elle y revient

en faisant autour de celte position des oscillations isochrones , comme celles d'un pendule dérangé de sa position verticale. Il résulte de ce fait que lot forces qui sollicitent l'aiguille sont à chaque instant proportionnelles à l'angle d'écart (58), et , par suite , qu'elles ont h chaque instant une direction constante : car alors les composantes de ces forces, perpendiculaires à la direction de l'aiguille, tout proportionnelles au sinus de la délation, ou à l'angle de déviation même quand elle est tres-netite.

Cette conséquence de l'isochronisme des oscillations des aiguilles aimantées s d'ailleurs été constatée directement par l'expérienceau moyen de la balance de torsion (128). En fixant à l'extrémité du fil une aiguille aimantée , de manière qu'elle soit dans le méridien magnétique quand le fil est sans torsion , et en tournant le fil du micromètre de manière à faire prendre à l'aiguille différentes positions, on trouve que l'angle de torsion est proportionnel à l'angle de déviation.

809. Les forces provenant du magnétisme terrestre qui sollicitent une même aiguille aimantée sont égales , parallèles et opposées , et ne peuvent lui imprimer aucun mouvement de translation. En effet , si l'action magnétique du globe pouvait imprimer un mouvement de translation à une aiguille aimantée , ce serait en vertu d'une force qu'on pourrait toujours décomposer en deux , l'une verticale, l'autre horizontale. La première pourrait se reconnaître et se mesurer en pesant une aiguille avant et après l'aimanlatiou : la différence de poids serait exactement la mesure de la composante verticale. Or on ne trouve point de différence : donc la composante verticale est nulle. Quant à la composante horizontale, si elle existait , on la reconnaîtrait facilement au moyen de l'appareil (fig. 461), dans lequel l'aiguille ab est placée à l'extrémité d'une lame non magnétique MN librement suspendue par un fil de soie. On voit à l'inspection de la figure que, s'il existait une force de translation horizontale , l'aiguille ne prendrait pas la même direction que si elle était suspendue par son centre ; or on ne trouve aucune différence.

810. Il résulte de tout ce qui précède que , si uns aiguille aimantée était librement suspendue par son centre de gravité, de manière à pouvoir prendre toutes les positions possibles autour de ce point, cette aiguille , étant sollicitée par des forces égales , parallèles et opposées , appliquées a deux points voisins des extrémités, prendrait nécessairement la direction de ces forces: mais si l'aiguille n'était point suspendue par son centre de gravité, le poids de l'aiguille se combinerait avec les forces magnétiques pour déterminer sa position d'équilibre. Si l'aiguille était suspendue horizontalement, de manière qu'elle ne pût se mouvoir qu'autour d'un axe vertical, elle se dirigerait dans le méridien magnétique ; elle serait alors seulement sollicitée par les composantes horizontales du magnétisme terrestre. Si l'aiguille était assujettie à se mouvoir dans un même plan vertical , ce qui arriverait si elle était mobile autour d'un axe fixe horizontal, elle ne serait plus sollicitée que par les composantes dirigées suivant ce plan : par conséquent elle se dirigerait suivant la projection des forces magnétiques terrestres sur ce plan. 11 est facile de voir d'après cela que l'inclinaison de l'aiguille sera d'autant plus grande que l'angle du plan avec le méridien magnétique sera plus considérable $ et que, quand ce plan sera perpendiculaire au méridien magnétique, l'aiguille deviendra verticale. On peut facilement déduire de là que, si l'aiguille ne pouvait se mouvoir que dans un plan perpendiculaire à la direction des forces du magnétisme terrestre, elle resterait en équilibre dans toutes les positions possibles.

Dans ce qui précède , nous avons supposé que l'aiguille était mobile autour de son milieu ; les résultats seraient encore les mêmes si l'aiguille était mobile autour d'un autre point de son plan. Par exemple , si l'aiguille {fig. était fixée à l'extrémité

d'une tige non magnétique MN librement suspendue , l'action du globe ferait tourner la tige de manière à amener l'aiguille dans le méridien magnétique. En effet, en désignant par m et n les centres magnétiques des deux moitiés de l'aiguille , les forces appliquées à ces points sont égales, parallèles, et tendent à faire tourner l'aiguille ab autour du point o dans des sens opposés ; mais comme elles sont appliquées à des distances inégales de ce point , on voit que l'aiguille tournera jusqu'à ce qu'elle soit parallèle à la direction des forces. Il est facile de voir qu'il en serait de même si l'aiguille, au lieu d'être placée sur le prolongement JMT, avait toute autre direction relativement à cette tige, excepté pourtant le cas où l'aiguille serait verticale {fig. 463) : car alors, les mouvements de rotation étant égaux dans toutes les positions possibles, l'aiguille pourrait rester en équilibre dans une position quelconque.

S II. lois des attractions et des répulsions magnétiques,

811. Les attractions et les répulsions magnétiques suivent exactement la raison iuverse des carrés des distances. On doit à Coulomb la découverte de ce fait important; c'est au moyen de la balance de torsion (125) qu'il parvint à la mettre en évidence. Coulomb plaça à l'extrémité du fil de suspension (fig. 464) un étrier dans lequel il introduisit d'abord une tige non magnétique, pour mettre la ligne de repos correspondante au zéro de la division du micromètre sur celui de la cage; et pour placer cette ligne de repos dans le méridien magnétique, il remplaça la tige non magnétique par une aiguille aimantée, et tout l'appareil fut tourné jusqu'à ce que la position d'équilibre de l'aiguille correspondit au zéro de la division.

Alors Coulomb commença par déterminer la force directrice de l'aiguille, c'est-àdire la force qu'il fallait employer pour la maintenir à une certaine dislance angulaire du méridien magnétique. Pour cela il tordit le fil de suspension, en faisant tourner l'aiguille du cadran ab : pour chaque distance angulaire la force directrice était évidemment représentée par le nombre de degrés parcourus par l'aiguille du micromètre, diminués de la déviation de l'aiguille. Coulomb reconnut alors, comme nous l'avons déjà dit, que la force directrice était proportionnelle au sinus de la déviation, ou à la déviation elle-même quand elle est très-petite. Cette loi peut d'ailleurs se déduire du seul fait que l'action exercée par la terre sur les pôles d'une aiguille a une direction constante : car une aiguille magnétique qui oscille dans un plan quelconque est exactement dans le même cas qu'un pendule soumis à l'influence de la pesanteur.

Coulomb fixa ensuite dans la cage de la balance et dans une position verticale un barreau aimanté, dont le pôle placé à la hauteur de l'aiguille était de même nom que le pôle voisin de cette dernière. L'aiguille horizontale fut repoussée, et en tordant le fil de suspension par l'index du micromètre, il rapprocha les aimants à différentes distances. Pour chacune d'elles la force répulsive était égale à la torsion du fil augmentée de la force directrice : alors, en comparant ces forces aux distances, la loi énoncée fut mise en évidence. Nous rapporterons une des séries d'expériences faites par Coulomb.

L'aiguille mobile avait 15 pouces de long, 1 ligne et demie de diamètre; la force directrice pour 1° était de 35<> de torsion, et les distances des deux aimants étaient de 24», 17" et 12°, pour les torsions micrométriques de 0°, 5 circonférences et 8 circonférences. Les forces directrices étaient donc, dans ces trois expériences, de 24 x 35 = 840, de 17 x 53 = 595 et de 12 x 35 = 420, et les torsions étaient 24°, 17 -+* 5 x 560 = 1097 et là h- 360 x 8 = 2892 ; et par conséquent les forces qui faisaient équilibre aux répulsions étaient 2* {-+- 840, 593 1097 et 420 2892, ou