MAGNÉTISME

329. Propriétés générales des aimants. — On trouve dans la nature un oxyde de fer Fe'O* appelé oxyde magnétique ou pierre d'aimant , qui possède trèsauvent la propriété d'attirer les petits morceaux de fer et de les retenir. La pierre d'aimant était déjà connue des anciens, qui la nommaient en ^ec jiŒY^TJTy.ç, d'où Ton a fait le mot magnétisme et ses différents dérivés. Ce nom vient de celui de la ville de Magnésie, en Lydie, aux environs de laquelle furent découverts les premiers échantillons de ce minerai de fer.

Tout aimant naturel présente des points qui jouissent de la vertu attractive à un plus haut degré que les autres ; ces points sont ce qu'on appelle des pôles. Si l'on approche de ces pôles un barreau de fer doux, le fer acquiert h*8 mêmes propriétés (jue la pierre d'aimant : il devient capable d'attirer ù son tour des fragments de fer, et il ofl're deux pôles où l'intensité de l'attraction est le plus prononcée ; l'un des pôles est situé vers l'extrémité du barreau qui regarde l'aimant naturel: l'autre se trouve à l'extrémité opposée. Entre les deux pôles, la force attractive diminue à mesure qu'on se rapproche du milieu du barreau ; à ce niveau même existe une ligne transversale sans attraction magnétique ; c'est la ligne neutre. Vient-on à éloigner l'aimant, le barreau de fer doux perd complètement ses propriétés magnétiqu(îs.

L'acier se comporte autrement; un barreau. d'acier approché d'un aimant naturel ne manifeste dans les premiers moments aucun changement ; mais si le contact se prolonge, Tacier devient magnétique, et, comme le fer doux, il acf|uiert deux pôles opposés ; une fois aimanté , il conserve son aimantation même après cju'on a éloigné la pierre d'aimant. Cette propriété de l'acier offre un des principaux moyens d'obtenir des aimants artificielti. Ces derniers peuvent ser>'ir, comme les aimants naturels, à faire de nouveaux aimants.

On peut distinguer l'un de l'autre les dtîux pôles d'un aimant naturel ou artificiel en h- suspendant librement dans une position horizontale ; alors Taimant prend toujours une» direction Itîlle que l'un des pôles soit tourné vei^s le nord et l'autn? vers le sud ; le premier s'appelle en c<)nséqu(»nce le \ifi\o nordy ou austral, et le second, le jmle sud ou horêiil. Ces deux pôl<?s se comportent tout à fait de la même manière à Tégard du fer et dr Tacier non aimantés ; mais si l'tm |)résente à un aimant mobile les pôles d'un autre aimant, on remarqu(î (jue Xi^ïi pôles de même nom se repoussent, et que les pôles de twm contraire s\Utirent. A ce fait se rattache cet autre, que les pôles qui se forment dans un barreau de fer ou d'acier qu'on met en contact avec un aimant naturel occupent une position renvei-sée par rapport à c»»lle des pôles de Faimant inducteur, c'est-à-dire que Textrémité du barreau (jui touche le pôle nord devient un pôle sud, et réciproquement.

329^. Procédés d'aimantation. — On donne aux aimantu artifîciolii la fonne de barreaux prÎHniatiqucs ou relit» d*nn fer à cheval. Main pour obtenir den aimants puissants, il ne suffit pas de mcttru un barreau d'acier simplement en contact arec un aimant. Lch principaux procédés d^aimantation sont les suivants :

632 DE l'électricité.

A. Procédé de la simple touche, — On fait glisser plusieurs fois de suite , et toujours dans le même sens, le pôle d*nn fort aimant d^un bout à Tautre du barreau d'acier qu'^n veut aimanter.

B. Procédé de la touche séparée. — On applique Tun des pôles d*uu aimant sur le milieu du barreau à aimanter et on le fait glisser dans un sens y puis on applique au même endroit Tautro pôle et on le fait glisser vers Vautre extrëmit^ du barreau. On r^ptie cette manœuvre un certain nombre do fois.

Dans les deux procèdes, il se forme k Vextrëmitë du bacreau que Taimant quitte tn dernier lieu un pôle de nom contraire à celui qui a opérë la friction. L'aimantation d^i barreaux en forme do fer k cheval s'effectue à Taide des mêmes procèdes. Nous indiquerons § 341 une autre mëthode plus rapide et plus sdre pour aimanter ënergiquement le fer et l'acier.

330. Constitution élémentaire des aimants. — Quand on brise par le milieu un aimant, on n'obtient pas deux fragments représentant Tun un pôle nonl, l'aulre un pôle sud ; mais chaque moitié forme un aimant complet, attendu qu'un pôle de nom contraire à celui qui fait partie du fragment considéré se développe à l'extrémité nouvellement produite. De même, si Ton sépare un aimant dans le sens de sa longueur en un certain nombre de parties, chaque fragment représente un aimant complet, ayant son pôle nord, son pôle sud et sa ligne neutre. Nous concluons de là que tout aimant naturel ou artificiel se compose d'une infinité d'aimants élémentaires, et que l'action totale de l'aimant est égale à U somme des actions individuelles de tous ces aimants moléculaires.

D'après cela , l'idée (jue nous pouvons nous faire des aimants et des coq» susceptibles d'être aimantés a de l'analogie avec la manière dont nous avoii> envisagé la constitution des électrolytes ; nous devons admettre que dans un aimant, de môme que dans un électrolyte traversé par le courant voltaîque, toutes les molécules sont polarisées, c'est-à-dire qu'elles ont leur pôle nonl tourné vers un côté et leur pôle sud tourné du côté opposé. Dans un morceau de fer ou d'acier non aimanté, les pôles des dillérentes molécules sont orientes dans tous les sens , de sorte que leurs actions se détruisent mutuellement el qu'elles ne peuvent produire de résultante magnétique; mais l'aimantation donne à toutes les molécules la môme orientation, de sorte que les pôles nord se trouvent d'un côté et les pôles sud de l'autre. L'étude des faits nous oblijre à admettre en outre que les molécules du fer ou de l'acier sont sollicitées par une force coercitive (pii agit constamment pour les ramener dans la [wsitiiMi qu'elles occupent. Cette force coercitive est bien plus forte pour l'acier que pour le fer doux ; aussi les molécules de ce dernier corps se polarisent-elles facilement ; mais sitôt que l'action polarisante cesse , elles reprennent tout aus>i facilement leur position primitive; dans l'îUiier, au contraire, leî< moléculei exigent plus d'effort et plus de temps pour s'orienter uniformément ; mais uw fois que la polarisation a été obtenue, elle persiste.

La Fig. 354 donne une idée schématique de Tarrangement moléculaire d*un aimAoL

Soient C, ci , Ca,... les pOles nord H« ^ySmmm^ ■ ,■ ^ ,. J{ molëculcs; dydiy dft,... les pôle» fud-

Si l'on partage par la pcns^ Cfttr série de moléculrn on deux moitir* égales, il est clair que le point mi Hi. — Constitaiioii ëlëtucntairc d'un almaot. lieu de la molécule mojcinic tf dt

MAGNÉTISMK. (xj^]

ne peiU manifester aucune action magnëtique; eu effet, le pôle c« neutralise le pôle (£,; de plus, il y a autant de pôles nord et sud h droite qu'h gauche de ce point milieu, et ces pôles sont situ(^s deux h. deux h la même distance, do sorte que la résultante de leurs actions sur le milieu de c« d% doit être nulle. Toutefois, pour expliquer Taclion magnétique dans le reste du barreau, il faut faire une nouvelle hypothèse : si, eu effet , toutes les molécules étaient polarisées au mOme degré , il y aurait bien en C un pôle nord libre et en D un pôle sud libre; mais l'action magnétique de d serait neutralisée par celle de ci, celle de di par celle de c« et ainsi de suite; de sorte que le barreau , à Texception de ses doux extrémités , ne manifesterait aucune trace de magnétisme dans le reste de son étendue. Or nous avons vu que la ligne neutre seule n^attirc pas le fer. On peut expliquer le fait en admettant que le pôle moléculaire ri l'emporte en énergie sur le pôle rf, que la force de r« est supérieure k celle dec/|, qu'il eu est de même de Tautre côté de la molécule moyenne; qu'en d'autres termes Taimantatiou des molécules augmente h mesure qu'on se rapproche du milieu du barreau. Cette hypothèse rend compte d'une manière complète des effets magnétiques de Taimant; elle découle très-simplement de la supposition que plus on s'approche du milieu du barreau, plus il y aurait de molécules polarisées, tandis que dans le voisinage des extrémités il s'en trouverait toujours un grand nombre qui auraient conservé leur groupement irrégulier. On explique aisément un tel arrangement par l'action mutuelle' des molécules aimantées les unes sur les autres. Admettons, en effet, que la force extérieure qui produit l'aimantation polarise dans chaque section le même nombre de molécules; mais le pôle sud d agira aussi sur les molécules de la couche ci et augmentera ainsi la force polarisante dans la molécule ctdt; la molécule cjd* sera sollicitée en plus par les actions des molécules précédentes, et ainsi de suite; il en sera de même dans l'autre moitié du barreau, de sorte que la force polarisante augmente en allant des extrémités du barreau vers le milieu. L'examen des fragments que l'on obtient en brisant un aimant confirme la justesse de ces déductions; si on aimante une aiguille en acier et qu'on la brise en plusieurs endroits, on remarque que les fragments du milieu possèdent toujours une puissance magnétique plus grande.

331. Lois doH attractions et des répulsions magnétiques. — Toutes les fois que deux éléments magnétiques sont mis eu présence, ils se repoussent ou s'attirent, selon qu'ils sont de même nom ou de nom contraire, et, conformément â la loi générale des artions à distance (cf. JJ ^-^), Tintensité do l'attraction ou de

la répulsion varie en raison inverse du carré de la distance. On a donc — j—

pour expression de l'intensité de l'attraction ou delà répulsion magnétiques; m et m' représentent ici les quantités do magnétisme ou, comme on dit, de lluide magnétique, qui agis.sont l'une sur l'autre; r est la distance- qui sépare les centres d'action. Selon qu'il y a attraction ou répulsion, m et m' sont affectés du même signe ou de signes contraires.

Cela posé, la force avec laquelle un aimant agit sur un autre aimant se com- |K>»e des actions de chacun des pcMes du premier sur ceux du second. Si nous a>nsidérons le cas où les deux aimants sont suflisammenl éloignés l'un de l'autre pour que leurs longueurs soient négligeables en comparaison de leur distance, et c'est le seul cas imporl;int en pratique, on démontre que chatjuc* aimant exerce .*<ur Tautre une action directrice dont r intensité est sensibletnent en raison inverse de la troisième puissance de la distance.

En effet, supposons, pour fixer b-s idées, un aimant mobile placé h nn<' grande distance d'un aimant fixe dont la direction prolongée serait perpendiculain* au milieu de 1 aimant mobile. Appelons r la distance des centres des deux aimanta et / la demi-lon-

iî)3^ DK l/KLKCTIilCIlK.

gucur «lu Taiiuaut fixe. Le pôle nord de et* dernier attirera le pûle sud de raioiint m'-bil.

et repoussera son pôle nord avec la mémo force yw î *^^ même, le pôle sud d<* r»i-

mant fixe attirera le pôle nord et repoussera le pôle sud de Tautre aimant avec une

force , . -r^> L'aimant mobile sera donc soumis à Taction d*un système de deux oiu-

pies de force ine'gale, qui auront pour effet de lui donner une direction parallèle à celle de Taimant fixe. D'autre part, la force qui sollicitera chacun des pôles de l'aimant mo- "liile aura pour valeur

mm' »im' »»m' [(r-f-/)^ — (r — //-j

__ 4 rlmm' — {ri — fiyi

Et comme / est très-petit par rapport à r, on peut négliger t- au de'numinateiir; il %iciil alors:

4 rlmm' 4 Imm' .. ,

332. Moment magnétiqnie. Force directrice des aimants. — Les forces magnetiques, on vient de le voir, suivent les mêmes lois que la pesanteur; toutefois, comme elles agissent non-seulement par attraction, mais encore par répulsion, leurs effets sont plus compliqués. Les lois de la chute des corps s'appliquent également aux mourementf déterminés par les forces magnétiques; ces mouvements consistent en mouvements de translation ou de rotation. Quels qu'ils soient, ils sont toujours produits par l'actioii combinée des forces magnétiques et de la pesanteur, car cette dernière force sollicitr tous les corps sans exception. C'est en partie pour cette raison que l'action magnétiqnc donne rarement lieu à des mouvements de translation; à moins que le corps sollicité par l'aimant n'en soit très-rapproché, le frottement ou d'autres résistances empêchent, co général, les déplacements de totalité. Ce sont des mouvements de rotation qu'on ubserve le plus souvent, et on les emploie d'ordinaire pour mesurer l'intensité des forte* magnétiques.

8i nous Considérons un aimant mobile autour d'un point situé sur la ligne de> p«*»les et sollicité par un aimant fixe, toute force qui ne passera pas par le centre de rotation pourra être décomposée en deux autres : l'une, perpendiculaire h la longueur di- l'aimant, tendra k le faire tourner; c'est la composante rotatoirt: l'autre, dirigée suivant U ligue des pôles, représentera la foret directrice et sera détruite parla résistance du pi-int d'appui. D'ailleurs nous av(»ns vu dans le paragraphe précédent que, si l'aimant mohilo est aune grande distance do l'aimant fixe, les composantes rotatoires agissent senlr» rt font tourner l'aimant, et que les composantes directrices se tiennent mutuellement en équilibre.

En appelant wi l'action magnétique et a l'angle que font entre elles les direction» <it> deux aimants, on a pour expression de la composante rotatoire m sin 2, et pour la composante directrice m eos a. L'effft de la composante rotatoire a pt»ur mesure le momfnt de cette force, c'est-à-dire le produit de sa valeur par le bras de levier sur lequel elle agit.

Pour mesurer la force magnétique d'un aimant quelconque, ou peut iudiffércomient k servir du moment majnétique ou de la force directrice.

333. Action directrice de la terre sur les aimants. Méridien magnétique. Déclinaison. Inclinaison. — Lorsqu'on dispose horizontalement une aij^ille ainiantêe de manière qu'elle puisse tourner librement autour de son centre de ligun», elle prend une direction qui est à ]>eu près constante pour un même lieu de b terre, a condition qu'il n'y ait pas dans le voisinage de masse de fer dont

MAGNÉTISME. {jl3b

rintluence modilie Ja position de Taiguille. On désigne sous le nom de méridien magnétique le plan vertical qui passe par Taxe de Taiguille, quand celle-ci a pris spontanément sa position d'équilibre. L'angle formé par la direction de Taiguille aimantée avec le méridien astronomique du lieu s'appelle la déclinaison. Le pôle nord de l'aiguille se trouve tantôt à l'est, tantôt à l'ouest du méridien astronomique, ce (ju'on indique en disant que la déclinaison est orientale ou occidentale.

Si on dispose l'aiguille aimantée dans le méridien magnétique de manière (ju'elle puisse tourner autour d'un axe horizontal passant par son centime de gravité , elle s'incline dans un sens ou dans l'autre. On désigne sous le nom d'»nc/i/iai8on l'angle que fait l'axe de l'aiguille avec l'horizon. L'inclinaison, de même que la déclinaison, est sensiblement constante pour un même lieu d<i la terre, mais elle varie d'un lieu à l'autre; elle diminue à mesure qu'on se rapproche de l'équateur, où elle est nulle. Dans l'hémisphère nord , le pôle nord de l'aiguille aimantée s'incline au-dessous do l'horizon ; dans l'hémisphère sud, c'est le pôle sud qui s'incline dans ce sens.

333*. Intensité du magnétisme terrestre. — Quand on écarte du méridien magnétique une aiguille aimantée suspendue horizontalement sur un pivot, puis qu'on l'abandonne à elle-même, elle revient à sa position primitive après une série d'oscillations. La durée de ces oscillations dépend : 1" de la force magnétique de l'aiguille aimantée ; 2» de l'intensité du magnétisme terrestre dans le lieu de l'observation. Le magnétisme terrestre étant supposé invariable, les forces magnétiques de deux aiguilles aimantées sont entre elles en raison inverse des carrés de leurs durées d'oscillation, ainsi que cela résulte des lois générales du mouvement vibratoire (cf. §29). Si, au contraire, on fait osciller la même aiguille en diflerents lieux de la terre, c'est l'intensité du magnétisme terrestre qui variera en raison inverse du carré de la durée des oscillations. De là une méthode dite dea oscillât ionfi pour mesurer l'intensité du magnétisme terrestre.

333>>. Distribution du magnétisme terrestre. — Pour acquérir une connaissance exacte de l'état du magnétisme à la surface du globe terrestre, il faut mesurer la déclinaison, l'inclinaison et l'intensité de la force magnéticjue dans le plus grand nombre possible de lieux. La déclinaison indique la direction du méridien magnétique. La mesure de l'inclinaison peut servir de contrôle à celle de la déclinaison , car Tangle dont s'incline l'aiguille aimantée atteint sa plus petite valeur dans le plan du méridien magnétique et augmente à mesure qu'on s'écarte à droite ou à gauche de ce plan; la ligne des pôles se place verticalement, lorsqu'elle se trouve dans un plan perpendiculaire au méridien magnétique. On explique ce fait de la manière suivante : la résultante des actions du magnétisme terrestre sur l'aiguille aimantée est une force située dans le plan du méridien magnéti(jue et dont la direction coïncide avec celle que prend l'aiguille d'inclinaison. Or cette force peut être remplacée par deux composantes, l'une verticale , l'autre horizontale ; cette dernière diminue à mesure que Tanglede l'aiguille d'inclinaison avec le plan du méridien magnétique augmente,

636 DE l'électricité.

et elle devient finalement nulle quand cet angle est de yO« ; il ne reste |»lu> aloi-s (|ue la composante verticale, laquelle fait prendre à Faiguille la direction suivant laquelle elle agit. A l'aide de Tinclinaison , on peut calculer la conip<isante horizontale de la force magnétique terrestre et , par suite , Fintensité totale de cette force. Gauss a fait connaître les meilleures méthodes à suivre pour Jirriver à cette détermination.

On appelle lignes isogoniques des lignes qui joignent le^ points de la surface terrestre où la déclinaison est la même. Les lignes qui réunissent les lieux d'égale inclinaison sont désignées sous le nom de lignes isoclines ; enfin on entend par lignes isodynamiques celles (fui passent par les points pour le>- «piels rintensité du magnétisme a la même valeur. L'axe magnétique de la tenv répond, d'après Gauss, au diamètre terrestre qui réunit le point situé jMr 77»'50' de latitude Nord et 65" M' 24" de longitude occidentale, à partir de rohsenatoire de Paris, avec le point situé par T?'» 50' latitude Sud et 1 1 i>0'3H" longitude orientale.

Quant aux variations séculaires et diurnes qu'éprouvent la déclinaison et rinclinaison , ainsi que l'intensité du magnétisme terrestre, elles ne sont \^ encore expliquées (voyez, à ce sujet, § 337*).