CHAPITRE II

§ 1". Phénomènes généraux.

706. La plupart des mines de fer dans lesquelles ce métal n'est pas au maximum d*oxydation jouissent de la propriété d'attirer le fer, le nickel , le cobalt et le chrome. On les désigne sous le uom ^aimanté naturels ou pierree d'aimant

707. Lorsqu'on plonge un aimant dans la limaille de fer, elle s'y attache^ lorsqu'on la présente à une certaine distance ^ elle s'élance sarloi. L'attraction se manifeste également malgré l'interposition don corps quelconque 7 dans le vide comme dans l'air. On peut facilement constater l'action des aimants dans ces différentes circon- •"^tances, en suspendant un fil de fer par son milieu à un fil de soie , H lui présentant à distance , et derrière un corps quelconque ^ un aimant naturel y et en plaçant ce petit appareil sous une cloche dans laquelle on fait le vide.

La propriété des aimants d'attirer le fer a été connue des Grecs. C'est môme du nom grec des aimants (fMc-pr.;) que dérive le nom de magnétiême , (\\iQ porte l'ensemble des phénomènes dont il s'agil. Les premières notions qui nous ont été transmises sur le magnétisme viennent de Pytbagore; mais il parait que ces connaissanoes remontent chez les Chinois à une époque beaucoup plus re(!ulée.

70U. Pôles. En observant un aimant, après quïl a été roulé dans la limaille de fer, on trouve que ce métal ne s'est pas fixé uniformément sur sa surface, qu'il s'est plus particulièrement ramassé autour de deux points opposés, où la vertu magnétique parait principalement résider, et qu'on a désignés sous le nom de péUs, En présentant successivement les diiïorents 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 piMes, l'action va en s'aiïaiblissant à mesure qu on s'approche du milieu de l'aimant, où elle est nulle^ la ligne de la surface de l'aimant où l'action magnétique est insensible porte quelquefois le nom de ligne neutre.

700. Si l'on suspend un aimant naturel par un fil, de manière que la ligne qui passe par les pôles soit horizontale (fig. 455), on remarque que, l'aimant étant libre, la ligne des pôles se dirigea peu près parallèlement au méridien^ si on la dérange de celte 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 na^iie pôle de l'un d'eux attire un des pôles du second aimant et repousse l'autre; qae les pôles qui se repoussent sont ceux qui se dirigent naturelle* ment, 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 parallèle* ment 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.

PUÉN031ÈNES GÉNÉRAL'X, 3

801. Si l'on brise un aimant naturel en deux parties , de manière que dans chacune d'elles se trouve un des pôles de l'aimant entier, chaque partie acquiert un nouveau pôle opposé au premier; et, en général, quand on brise un aimant naturel en un 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, les parcelles de fer qu'il entrahie sont placées les unes à la suite des autres (Og. 454). Ce fait ne peut s'expliquer qu*en admettant que chaque parcelle de fer devient un aimant par son contact direct avec l'aimant naturel ou avec la parcelle métallique qui la précède. C'est d'ailleurs ce que l'on peut vériGer en suspendant à un aimant un petit (il de fer doux ( fig. 4r>5)! : son extrémité libre acquiert un pôle de uiéme nature que celui de l'aimant auquel l'autre extrémité est Gxée, et peut soutenir un second fil de fer qui présente les mêmes phénomènes; mais chacun de ces fils ne conserve ses pôles qu'autant qu'il est fixé à l'aimant; aussitôt qu'il en est détaché, il cesse

d'attirer le fer.

805. Un aimant naturel agit aussi sur l'acier et la fonlc de fer, combinaison de fer et d^une petite quantité de charbon, de soufre, de silice , de phosphore et d'arsenic. 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 furme, 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 aulres ont toujours deux pôles permanents qui sont attirés par ceux de noms différents, et repoussés par ceux de même nom des aimants auxquels on les soumet.

804. L*acier et les autres métaux magnétiques n'éprouvent ni augmentation ni diminution de poids par Taimantalion : il suit de là que la vertu magnétique n'est pas due à un corps pondérable. Dans l'aimantation, la cause, quelle qu'elle soit, qui produit les pôles, ne passe pas de l'aimant a l'acier : car l'aimant, après son action , n'a rien perdu de sa force. Le caractère essentiel

de lu cause du magnétisme est donc d'être impondérable et de n*ètre pas transmissible.

SOS. On appelle aimants artificiels des barreaux d'acier auxquels on a communiqué des pôles magnétiques par des aimants naturels ou par d'autres aimants artiCciels. Les aimants artificiels se comportent exactement ^ et dans toutes les circonstances ^ comme les aimants naturels ^ et comme ils se prêtent à toutes les formes possibles y on peut s'en servir pour obser>'er avec précision les phénomènes de direction que nous avons reconnas dans les aimants naturels. Une aiguille aimantée a ordinairement la forme d'une losange (fig. 458)^ elle est garnie à son centre d'une petite chape en cuivre ou en agate, au moyen de laquelle on la suspend sur

un pivot (fig. 459).

800. I>^c/tnat>on. Lorsqu'on suspend une aiguille aimantée su une pointe ou par un fil, ou qu'on la place sur un corps flottant i la surface d'un liquide, on remarque, comme nous Tavons d^ 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 lien avec le temps. La déclinaison est maintenant à Paris d'enviroa 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 mé^ ridien magnétique le plan qui passe par le centre de la terre et par les pôles de l'aiguille horizontale.

807. Inclinaison. Si 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. Ce phénomène remarquable a été découvert par Robert Morman en 1576. Le plus petit des deux angles formés par la direction de l'aiguille avec la ligne horizontale porte le nom à^inclination. 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 , «otimise à l'action seule de la terre. Lorsqu'une aiguille aimantée, suspendue sur une pointe fine ou à un fil de cocon , est très-peu

PHÉNOMÈNES GÉNÉRAUl. 5

érangée de sa position d'équilibre y elle y revient en faisant autour e cette position des oscillations isochrones, comme celles d*un endole dérangé de sa position verticale. 11 résulte de ce fait que s forces qui sollicitent Vaiguille sont à chaque instant proportionlèQes à Fangle d'écart [58] , et, par suite, qu'elles ont à chaque nslant une direction constante : car alors les composantes de ces forces, perpendiculaires à la direction de l'aiguille , sont proportionneUes au sinus de la déviation, ou à l'angle de déviation même, {uand elle est très-petite.

Cette conséquence de Tisochronisme des oscillations des aiguilles aimantées a d'ailleurs été constatée directement par rexpérienee au moyen de la balance de torsion [124]. En fixant à l'extrémité du fil one aiguille aimantée, de manière qu'elle soit dans le méridien magnétique quand le fll est sans torsion, et en tournant le fil du micromètre de manière à faire prendre à l'aiguille différentes positions , on trouve que Tangle de torsion est proportionnel à l'angle de déviation.

800. Les forées protoenant du magnétisme terrestre qui sollicifeRlime même aiguille aimantée sont égales, parallèles et opposées, ttmpeueeni 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 Korizontale. La première pourrait se reconnaître et se mesurer en pesant une aiguille avant et après l'aimantation : la différence de poids serait exactement la mesure de la composante verticale. Or on ne trouve point de différence : donc la composante verticale est onlle. Quant à la composante horizontale, si elle existait, on la reconnaîtrait facilement au moyen de l'appareil (fig. 46i), dans lequel l'aigoille ab est placée à l'extrémité d'une lame non magnétique MN libranent suspendue par un fil de soie. On voit à l'inspection de la figure que, s'il existait une force de translation horizontale, Taignille ne prendrait pas la même direction que si elle était suspendue pv son centre; or on ne trouve aucune différence.

BlO. n résulte de tout ce qui précède que, si une 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 à deux points voisins des extrémités, prendrait nécessairement la direction de ces forces; mais si l'ai-

guille 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 Taiguillc était suspendue horizontalement, de manière qu'elle ne pût se mouvoir qu'autour d'un axe vertical, elle se dirigerait dans le méridien magnétique, et serait alors seulement sollicitée par les composantes horizontales du magnétisme terrestre. Si Taiguille 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. Il 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 (flg. 462) était fixée à l'extrémité d'une tige non magnétique MN librement suspendue , l'action du globe ferait tourner la lige 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 a6 autour du point 0 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. II est facile de voir qu'il en serait de même si l'aiguille, au lieu d'être placée sur le prolongement MN, avait toute autre direction relativement à cette tige, excepté pourtant le cas où l'aiguille serait verticale (fig. 463) : car alors, les moments de rotation étant égaux dans toutes les positions possibles, l'aiguille pourrait rester en équilibre dans une position quelconque.