CHAPITRE III

DU MAGNÉTISME

Avant de traiter de l’électro-dynamie ou des effets de réleclricilé en mouvement, nous devons exposer les faits relatifs aux aimans , parce qu’ils sont essentiels à connaître indépendamment de toute théorie , parce que nous en avons besoin pour l’exposition des phénomènes des courans et leur mesure, et enfin parce qu’ils trouveront leur explication dans les lois mêmes de l’électro-dynamie.

554. On connaît, depuis la plus haute antiquité, certaines propriétés que l’on croyait appartenir exclusivement au fer ou à ses mines , que l’on a retrouvées depuis , à un moindre degré , dans le cobalt et le nickel, et auxquelles on a donné le nom de propriétés magnétiques , en les attribuant è l’existence de deux fluides particuliers. On a aussi nommé aimans les corps doués de ces propriétés magnétiques, en les distinguant en aimans naturels et aimans artificiels.

555. Aimans naturels. Certaines mines de fer oxidulé présentent des masses qui ont la propriété d’attirer le fer avec plus ou moins de force. Lorsque ces masses sont suspendues par un fil, elles se dirigent de manière que l’une de leurs extrémités correspond à peu près au pôle sud, et l’autre au pôle nord de la terre. Les parties de la pierre qui se dirigent ainsi vers les pôles de la terre ont reçu ellesmêmes le nom de pôles de l’aiman!. Lorsqu’on présente l’un à l’autre deux aimans suspendus, les pôles semblables se repoussent, et les pôles différens s’attirent.

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On peut admettre que les deux extrémités d*un aimant sont animées par deux fluides opposés, en sorte que les fluides semblables se repoussent et que les fluides difFé — rens s’attirent. Dans ce cas , il faudra supposer qu’il existe un rapport semblable entre les pôles de la terre vers lesquels l’aimant se dirige ; de telle sorte que la partie de l’aimant qui se dirige vers le pôle nord de la terre a les propriétés du fluide contraire , c’est-à-dire du fluide austral, tandis que l’extrémité de l’aimant qui se dirige vers le pôle sud de la terre doit avoir les propriétés du fluide boréal.

On est dans l’habitude de nommer les pôles de l’aimant comme les pôles de la terre vers lesquels ils se dirigent, et l’on voit que ce langage est contraire à la théorie ; mais, pour le changer sans confusion , nous appellerons pâle austral de l’aimant celui qui est marqué N et qui se dirige vers le pôle nord de la terre , et pote boréal de l’aimant celui qui est marqué S, et qui se dirige vers le pôle sud de la terre.

On peut accroître considérablement la force attractive des aimans naturels, en les enveloppant de lames de fer ou d’acier pour leur former ce qu’on nomme une armature. Il existe de ces aimans naturels dont la force attractive équivaut à un grand nombre de kilogrammes.

556. Aimans artificiels. On peut communiquer à une tige , à une lame ou à une aiguille en fer ou en acier , toutes les propriétés d’un aimant naturel , par différens moyens que nous indiquerons plus tard. Si l’on prend une aiguille ainsi préparée , et que l’on dispose dans un point convenable une petite chape conique , de manière à la poser et à la rendre très mobile sur une petite pointe de cuivre , on verra cette aiguille présenter les phénomènes décrits; mais on pourra les observer avec beaucoup plus d’exactitude. Cette aiguille se dirigera spontanément à

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peu près vers les pôles de la terre , après avoir oscillé pendant un certain temps , si elle a été placée auparavant dans une autre direction ; nous disons à peu près vers les pôles, car à Paris , et dans ce moment, l’aiguille se dirige à 22° 19' du pôle nord du côté de l’ouest. On nomme déclinaison de l’aiguille aimantée cette obliquité variable suivant les temps et suivant les lieux. On peut supposer un grand cercle de la terre passant par la direction de l’aiguille pour un lieu quelconque, et l’on donne à ce grand cercle le nom de méridien magnétique du lieu. On peut concevoir aussi un autre grand cercle perpendiculaire à celui-ci , qui s’éloignerait de l’équateur d’environ io° ou 12°, et auquel on peut donner le nom à’ équateur magnétique .

Il est évident qu’une aiguille ainsi dirigée peut donner à tout moment des indications approximatives sur une route quelconque que l’on se propose de suivre, soit sur terre, soit sur mer, puisqu’on marchant dans le sens de la longueur de l’aiguille, on se dirige ü peu près d’un pôle à l’autre, et qu’en marchant perpendiculairement à cette aiguille, on se dirige à peu près parallèlement à l’équateur. C’est ainsi que les propriétés de l’aimant ont fourni la boussole , sans laquelle les grands voyages sur mer auraient été à jamais impossibles.

Indépendamment de la déclinaison de l’aiguille aimantée, on observe que, quand elle est suspendue par un fil, une de ses extrémités est presque toujours plus basse que l’autre, et ce défaut d’horizontalité porte le nom à’ inclinaison de l’aiguille. Elle dépend de l’attraction des pôles magnétiques de la terre pour les pôles de l’aiguille,* en sorte qu’elle est nulle dans l’équateur magnétique, où les deux pôles agissent également ; que le pôle austral de l’aiguille , marqué N, est abaissé dans l’hémisphère nord , tandis que

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son pôle boréal, marqué S, est abaissé h son tour clans l’hémisphère sud. Ces inclinaisons augmentent à mesure qu’on s’approche des pôles. Ainsi , h Paris elle est de 68° 3o'.

Un barreau aimanté avec une certaine force produit des effets assez remarquables sur les corps qu’il attire; non seulement il entraîne avec lui une aiguille d’acier ou des parcelles de limaille de fer avec lesquelles on l’a mis en contact , mais encore il les attire à distance , et malgré l’interposition de quelque corps que ce soit, pourvu que l’épaisseur ne soit pas trop grande. Si l’on place un barreau aimanté sous une feuille de papier, et qu’on la saupoudre ensuite de limaille de fer, en imprimant de légères secousses au papier, les parcelles de fer s’arrangent en formant des courbes concentriques incomplètes , qui partent de chaque extrémité pour se porter vers l’autre. Il ne s’arrête presque point de parcelles de fer au milieu de l’aimant. On a cru voir autrefois dans cette expérience une preuve que des courans de fluide magnétique contraire s’échappaient par les deux pôles et tendaient à se rejoindre dans l’espace.

On observe encore qu’une aiguille de fer ou d’acier, qui est actuellement en contact avec un barreau aimanté, jouit par cela seul de la propriété d’en attirer une autre.

Coulomb a déterminé l’intensité de la force magnétique en comptant les oscillations d’une aiguille aimantée, libre ou sollicitée par un aimant placé à des distances variées , en se servant de la loi générale , que l’intensité de ces sortes de forces est comme les carrés des nombres d’oscillations, et il a trouvé que l’attraction magnétique s’exercait en raison inverse du carré des distances. Il a reconnu aussi, à l’aide de sa balance, que le maximum d’intensité d’action d’un aimant n’était pas précisément à son extrémité, mais dans un point très voisin. Enfin , il a démontré

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que l'intensité était la même pour les deux pôies opposés»

II est souvent très important , dans les recherches expérimentales, de détruire dans une aiguille toute influence de l’action de la terre , afin de la rendre sensible aux plus légères impressions étrangères. On y parvient de deux manières : on peut , comme dans l’appareil de M. Ampère, monter l’aiguille sur un axe fixé par les deux extrémités, et faire en sorte que le cercle qu’une semblable aiguille peut décrire soit perpendiculaire à la direction de l’aiguille libre. Dès lors toutes les forces qui tendent à mouvoir l’aiguille libre se perdent par la résistance du pivot, et l’aiguille ainsi enchaînée peut, quoique aimantée, rester dans toutes les positions où on la met, et par conséquent prendre toutes celles qui peuvent être déterminées par des influences accidentelles.

Le second moyen, moins exact, est beaucoup plus simple. Il consiste à placer sous l’aiguille aimantée, et perpendiculairement à sa direction , un aimant assez fort pour compenser l’action du globe; l’aiguille ne deviendra pas absolument indifférente à toute situation , mais du moins extrêmement mobile. Enfin, et c’est le moyen le plus généralement employé, on peut sur un même axe vertical placer deux aiguilles en sens opposé de sorte que leurs actions se compensent; ces différens moyens donnent ce qu’on appelle une aiguille astalic/ue.

On peut communiquer la propriété magnétique au fer et à l’acier, par un grand nombre de moyens différens, en observant que le fer la contracte très vite et la perd aisément, et que l’acier, qui la contracte beaucoup plus difficilement , la conserve aussi beaucoup plus long-temps. Cette différence est très grande et variable suivant le degré de trempe de l’acier; le fer très doux prend et perd instantanément les propriétés magnétiques; le fer frappé, recrooi,

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passé h la filière prend plus difficilement et conserve quelque temps ces propriétés ; l’acier trempé au rouge cerise s’aimante lentement, mais conserve parfaitement ses propriétés; l’acier trempé trop dur n’est plus susceptible d’être aimanté : on donne à cette propriété de conserver l’aimantation le nom de force coercitive .

On peut faire un aimant artificiel, i° en plaçant un barreau d’acier dans la direction où se tient actuellement l’aiguille aimantée, et l’y laissant pendant un certain temps. C’est par cette raison que presque tous les ustensiles de fer ou d’acier dont nous faisons usage finissent par devenir magnétiques, et c’est sans doute par la même cause que les mines de fer contiennent si souvent des aimans naturels ; 2° en frottant une tige d’acier d’une de ses extrémités à l’autre, avec un des pôles d’un aimant; 3° en réunissant par leurs pôles opposés les deux extré^ mités de deux barreaux aimantés , et frottant le barreau d’acier, de son centre vers ses extrémités , avec les deux autres extrémités des barreaux; 4° enfin en rendant le barreau d’acier conducteur d’un certain nombre de décharges électriques ; et c’est pour cette raison que la foudre tombant sur un vaisseau a pu quelquefois changer les pôles de l’aiguille d’une boussole, et tromper ainsi les navigateurs sur leur route. Les procédés que nous venons de décrire ont précédé la connaissance de la nouvelle théorie de l’aimant , et nous verrons bientôt qu’elle en a fourni de beaucoup plus sûrs et de beaucoup plus parfaits.

Nous ne donnons ici aucune explication des phénomènes magnétiques, attendu que nous les considérons comme faisant partie des phénomènes électro-dynamiques, dont nous traiterons bientôt.

357. Magnétisme terrestre , — De quelque manière que l’on considère et que l’on explique les phénomènes de

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l’aiguille aimantée , il est incontestable que la terre en général joue, par rapport à une aiguille aimantée, le rôle d’un aimant qui, comme elle, aurait ses deux pôles opposés. On voit, en effet, que le pôle de l’aiguille qui se dirige vers le nord est précisément celui qui , comme nous le démontrerons , est semblable au pôle austral de la terre , et réciproquement,* en sorte que ce sont les pôles diflérens qui s’attirent, comme cela arrive entre deux aimans. Et l’on remarque, en outre, que les effets de ces pôles varient à mesure qu’on s’approche ou qu’on s’éloigne de l’un ou de l’autre , ainsi que nous l’avons dit précédemment. Cet état de la terre est fort intéressant à considérer dans ce qu’il a de fixe et dans les variations qu’il présente.

Nous avons dit qu’il existait des pôles magnétiques qui ne correspondaient pas exactement avec les pôles de la terre. D’un autre côté, nous avons dit qu’il existait un équateur magnétique , qui formait avec l’équateur de la terre un angle de io°h 120. Mais il faut remarquer que l’existence de cet équateur magnétique 11’est bien constatée que dans une moitié de la circonférence de la terre , et qu’il paraît exister dans l’autre des causes accidentelles de perturbation , qui font que les déclinaisons de l’aiguille ne sont pas égales dans des lieux également distans de la ligne que représenterait l’équateur magnétique régulier.

Il est démontré que l’état magnétique du globe n’a rien de bien constant, puisque les déclinaisons et les inclinaisons de l’aiguille aimantée varient presque continuellement pour un même lieu de la terre. Par exemple, la déclinaison de l’aiguille h Paris était orientale et de u° 3o° en i58o; cette déclinaison a diminué jusqu’en i665, où elle était zéro, et où, par conséquent, l’aiguille se dirigeait exactement vers le pôle. Elle est demeurée stationnaire

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pendant deux ans; elle s’est ensuite portée à l’ouest, de manière qu’en 1678 elle était, dans ce sens, de i° 5o\ En 181 3, elle était de 220 28'. En 181 5 elle n’était plus que de 220 19', et elle est restée à ce point jusqu’à ce jour.

On voit aussi que l’inclinaison diminue lentement chaque année : elle était à Paris de 69° 5 1 ' en 1 798 , elle était de 68° 5or en 1810, et de 68° 3o' seulement en 1817.

Indépendamment de ces variations lentes, on 0 remarqué des variations diurnes , qui ne sont pas exactement les mêmes dans tout le cours de l’année ni dans tous les lieux de la terre. L’aiguille marche vers l’ouest depuis le lever du soleil jusqu’à une heure , et rétrograde ensuite vers l’est. Le maximum de ce mouvement à Paris est dans le mois de juin, et s’élève à i4'. Son minimum est dans le mois de décembre et n’est que de g'. Ce genre de déplacement est, au reste, plus considérable dans les deux sens à Londres qu’à Paris. On peut , jusqu’à un certain point, se rendre compte des variations diurnes en considérant la masse du globe comme une espèce de plie voltaïque , et tenant compte des variations de température qui dépendent de l’action du soleil.

Un certain nombre de causes accidentelles déterminent de grandes agitations dans l’aiguille; tels sont les tremblemiens de terre , les aurores boréales.

Nous devons encore ajouter, pour confirmer l’opinion de l’existence des pôles magnétiques du globe , que l’intensité de la force directrice des aimans , que M. Gay- Lussac n’a pas trouvée diminuée à 7000 mètres de hauteur dans l’atmosphère faute d’avoir tenu compte de la température, s’accroît rapidement lorsqu’on s’approche des pôles; en sorte que si on la représente par îoo à l'équateur , elle sera 127 à Naples, i54 à Paris et 137 à Berlin.

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