MAGNETISME

SS9. ProprUtét ginérabt im aimtiits. — On trouve dans la nature un oxyde de fer Fe' 0^, appelé oxyde magnétique ou pierre (Vaimanty qui possède très souvent 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 grec jjLayvKîTTjÇ, d'où l'on 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 Ton approche de ces pôles un barreau de fer doux, ce dernier acquiert les mêmes propriétés que la pierre d'aimant : il devient capable d'attirer à son tour des fragments de ter, et il offre deux pôles où l'intensité de l'attraction est 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 ces deux points où l'action est maxima, 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 aussitôt et complètement ses propriétés magnétiques.

L'acier se comporte autrement ; un barreau d'acier approché d'un aimant naturel ne présente dans les premiers moments aucune modification ; mais si le contact se prolonge, l'acier devient magnétique, et, comme le fer doux, il acquiert deux pôles opposés; une fois aimanté, il conserve son aimantation même après qu'on a éloigné la pierre d'aimant. Cette propriété de Tacier offre un des principaux moyens d'obtenir des aimants artificiels. Ces derniers peuvent servir, comme les aimants naturels^ à faire de nouveaux aimants.

On peut distinguer l'un de l'autre les deux pôles d'un aimant naturel ou ariiflciel en le suspendant librement dans une position horizontale; dans ces conditions l'aimant prend toujours une direction telle que l'un des pôles soit tourné vers le nord et l'autre vers le sud ; le premier s'appelle, en conséquence, le pôle nord ou austral, et le second, le ftole sud ou boréal. Ces deux pôles se comportent tout à fait de la même manière à l'égard du fer et de l'acier non aimantés; mais si l'on présente à un aimant mobile les pôles d'un autre aimant, on remarque que les pôles se repoussent ou ébattirent suivant quils sont de même nom ou de nom contraire. A ce fait se rattache cet autre, que les pôles développés dans un barreau de fer ou d'acier mis en contact avec un aimant naturel occupent uuq

724" DE l/ÉLKCTRICITÉ

position renversée par rapport à celle des pôles de l'aimant inducteur, c està-dire que Textrémité du barreau qui touche le pôle nord devient un pôle sud, et réciproquement.

329*. Procédés d'aimantation. — On donne aux aimants artificiels la forme de barreaux prismatiques ou celle d*un fer à cheval. Mais, pour obtenir des aimants puissants, il ne suffit pas de mettre un barreau d*acier simplement en contact avec un aimant. Les prindpaax procédés d*aimantation sont les suivants :

A. Procédé de la simple touche. — On fait glisser plusieurs fois de suite, et toi^)oan dans le même sens, le pôle d*im fort aimant d*un bout à Tautre du barreau d*acier qu'on vent aimanter.

B. Procédé de la touche séparée, — On applique l'un des pôles d'un aimant sur le nâlin du barreau à aimanter et on le £Edt glisser dans un sens, puis on applique au môme endroit l'autre pôle et on le feût glisser vers Tautre extrémité du barreau. On répète cette manœofre un certain nombre de fois.

Dans les deux pi'océdés, il se forme à l'extrémité du barreau que l'aimant quitte en denier lieu, im pôle de nom contraire à celui qui a opéré la fricti<Hi. L'aimantation desbamanx en forme de fer à cheval s'effectue à l'aide des mêmes manœuvres. Nous indiquerons § 341 une autre méthode plus rapide et plus sûre pour aimanter énergiquement le fer et l'acier.

S30. Conitttntion élémentaire des aimanti. — Quand on brise un aimant par le milieu, on n'obtient pas deux fragments représentant Tun un pôle ncôtl, l'autre un pôle sud ; mais chaque moitié forme un aimant complet, attendu qu'un pôle de nom contraire à celui qui fait partie du fragment considéiv se développe à l'extrémité nouvellement produite. De même, si Ton square un aimant, dans le sens de sa longueur, en un certain nombre de parties, chaque fragment représente un aimant complet, ayant son pôle nord, 90d pôle sud et sa ligne neutre. Nous concluons de là que tout aimant natorel ou artificiel se compose d'une infinité d'aimants élémentaires, eiqueTactioD de l'aimant total est égale à la somme des actions individuelles de tous ces aimants moléculaires.

D'après cela, l'idée que nous pouvons nous faire des aimants natureb et artificiels a de l'analogie avec la manière dont nous avons envisagé la constitution desélectrolytes ; nous devons admettre que dans un aimant, de même que dans un électroly te traversé par le courant voltaïque, toutes les molécules sont po^ameV*, c'est- à-dire qu'elles ont leur pôle nord tourné versnn côté, et leur pôle sud tourné du côté opposé. Dans un morceau de fer oa d'acier non aimanté, les pôles des différentes molécules sont orientés dans tous les sens, de sorte que leurs actions se détruisent mutueUement el qu'elles ne peuvent produire de résultante magnétique dans une direcfr»n déterminée; mais l'aimantation donne à toutes les molécules la même orientation, de sorte que les pôles nord regardent tous d'un même côté, et les pôles sud du côté opposé. L'étude des faits nous oblige à admettre, en entre, que les molécules du fer ou de l'acier sont sollicitées par une force caercitive qui agit constamment pour les ramener dans la position quelk$ occupent. Cette force coercitive agit bien plus énergiquement dans l'acier que dans le fer doux; aussi les molécules de ce dernier corps se polariseotelles facilement; mais sitôt que l'action polarisante cesse, elles reprennent tout aussi facilement leur position primitive ; dans l'acier, an oo&traire, les mol&cuiea exî^eikl ^Ivis d'effort et plus de temps pour s orieoUr

Fia. 423 — CoDstttQtion élémentair* d'an aimant.

MAGNÉTISMB 725

uniformément; par contre, une fois que la polarisation a été obtenue, elle persiste.

La fi^u*6 423 donne une idée schématique de rarrangemeut moléculaire d'un aimant. Soient c, a, ct ,... les pôles nord des molécules ; d, rfi, dt,... les pôles sud. Si Ton partage par la pensée cette sétie de molécules en deux parties égales, il est clair que le pdnt milieu

de la molécule moyenne cj dj ne peut ^

manifester aucune action magnétique; ^SlSZSSSSSSSS^SSSSSSSSSmmSS^ en effet, le pôle c%, neutralise le pôle d2 ; de plus, il y a autant de pôles nord et sud à droite qu*à gauche de ce point milieu, et ces pôles sont situés deux à deux à la même distance, de sorte que

la résultante de leurs actions sur le milieu de ct d^ doit être nulle. Toutefois, pour expliquer l'action magnétique dans le reste du barreau, il faut faire une nouvelle hypothèse : si, en effet» toutes les molécules étaient polarisées au même deg^é, il y aurait bien on G un pôle nord libre et en D un pôle sud libre ; mais Taction maprnétique de d serait neuti*alisée par celle de Ci , celle de di par celle de C2 ,et ainsi de suite ; de sorte que le barreau, à Texception de ses deux extrémités, ne manifesterait aucune trace de magnétisme dans le reste de son étendue. Or, noua avons vu que la ligne neutre seule n*attire pas le fer. On peut expliquer ce fait en admettant que le pôle moléculaire ci l'emporte en énergie sur le pôle di , que la force de c% est supérieure à celle de ^i , et qu'il en est de même de Tautre côté de la molécule moyenne, ou, en d'autres termes, que Taimantation des molécules augmente À mesure qu'on se rapprochB du milieu du barreau. Cette hypothèse rend compte d'une manière complète des effets magné < tiques de l'aimant. Elle découle très simplement de la supposition que plus on s'approche du milieu du barreau, plus il y aurait do molécules polarisées, tandis que dans le voisinage des extrémités, il s'en trouverait toujours un grand nombre qui animaient conservé leur groupement irrég^lier. On explique aisément un tel arrangement par l'action mutuelle des molécules aimantées les une^ 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 ogira aussi sur les molécules de la couche ci et augmentera ainsi la force polarisante dans la molécule ci di ; la molécule C2 di 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 aorte que la force polarisante augmente en allant des extrénutés du bandeau 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 ct qu'on la brise en plusieurs endroits on remarque que les fragments du milieu possèdent toujours une puissance magnétique plus grande.

931. Lob dM Attractions ot dos répolsioas magiiitlqiies. — Toutes les fois que deux éléments magnétiques sont mis en présence, ils se repoussent ou s'attirent, selon qu'ils sont de même nom ou de nom contraire, et, con* fermement à la loi générale des actions à distance (cf § 9), l'intensité de Tattraction ou de la répulsion varie en raison inverse du carré de la distance. L'intensité de l'attraction ou delà répulsion magnétiques sera, en conséquence, représentée par l'expression ., , m et m' représentant les

quantités de magnétisme, ou, comme on dit, de fluide magnétique, qui agissent l'un sur l'autre; r est la distance qui sépare les centres d'action. Selon qu'il y a attraction ou répulsion, m et m' doivent être affectés des mêmes signes ou de signes contraires.

Cela posé, la force avec laquelle un aimant agit sur un autre aimant se compose des actions de chacun des pôles du premier sur ceux du second. i noas considérons le cas où les deux aimants sont suffisamment éloignés

726 i>B l'blectbicité

l'un de l'autre pour que leurs longueurs soient négligeables en comparaison de leur distance, et c'est la seul cas important en pratique, on démontre que chaque aimant eserce sur l'autre une action directrice dont t'inteiisité est sensiblement en raison inverse de la troisième puistmee, la distance.

En effet, BuppOBoas, pour fixer lei idées, ud «inuuit moUle placé à one grande dulMit d'un umant flie clont la direction prolongée «endt perpeDdicidaire an nûUen de rûnul mobile. Appelons r la diatance de* centrea des deux aimants et f la demi-loDgueur de rainait fixe. Le pAle nord de ce dernier attirera le pôle sud de l'aimant mobile et r^OMeers «a

de même, le pôle sud de l'aimant fixe attirva k p6Ie aord et repouiMra le pôle aud de l'autre aimant stsc une forc« , , ^,-. L'aiani

mfdiile sera donc soumie à l'action d'un lyBtàme de deux couples de forces inégales, qui avM pour effet de lui donnei' une direction parallèle à celle de l'aimant fixe. O'autn pai^h force qui sollicita chacun des pôlei de l'aimant mobile aura pour valeur :

mm' mm' . « m' [ (r + f)' -- (r - ï)t)

(r-iy (r + 0' ~ <•■* - P)'

irlmm' .

comme leA trds polit par rapport àrioupeut négliger I' eu dénominateur ; il tint akn :

— ? 3—' '.fr-i-

332. Komeiit magnjtiqae. Force dlractriea An aiintiita. — Les forces n vient de le voir, suiTsnt les mêmes lois que U pesanteur ; toutefois comme elle* a^ seulement par attraction, mais encore par répuluou, leurs effets sont ptna compliqués, tii lois de la chute des corps s'appliquent également aux mou lements déterminés par les tant magnétiques, ces mouvements conûatent eu des ti-anslatiotis et des rotatiooa. QiuU qali soient ils sont toujours produits par l'action combinée dee forces magnétiques et dt h peaanteur,carce[[ederniàrerorc6sollicitetous lescorps sans exception. Remarquons iamfoîs que l'action magnétique donne rarement lieu à des mouvements de translatiao ; a bm que le coips sollicité par l'aimant n'en toit très rapproché, le bvltement ou d'anbvs râiitances empêcheat, en général, lei déplacements de totalité. Ce sont dca moaTeaaMb dt rotation qu'on observe le plus souvent, et on le^ emploie d'ordinaire pour mesurer l^lMli des forces magnétiques.

Si nous considcrouB un aimant mobile autour d'un point situé «ur la ligne des pte • ■ollicité par un aimant fixe, toute force qui ne passera pas par le centra de rotatian yawtt 8tre décomposée en deux autres : l'une, perpendiculaire à la longueur de l'aimant, IMdn s le faire tourner; c'est la composante roiatoir» ; l'autre, dirigée suivant U ligne dnplli& représentera ta forée directrice et sera détruite par la résistance du point d'appoL U iMb d'ailleurs de ce qui a été dit daus le paragraphe précédent que, si l'aimant mobile «t t ■* grande distance do l'aimant fixe, les composantes rotatoires agissant seules, et qos la ai»posantes directrices »e tiennent mutuellement en équilibre.

En appelant m l'action magnétique et a l'ongle que font entre dlealas direcliaM da4^ aimants, ou a pour expression de la composante rotaloire m aina, «t pour la eoHfOi^ directrice m cos a. L'effet de la composante rotatoire a pour mesura le nomant da oaMafcw» 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, on peut in<£fliir«aiQMBt ■ ihw àk wumsM magnitiqMe ou de la force direcUHce.

letloB directrics da U terrt iir 1m atauU. létUta Bafiétlfak MdMii

1. — Lorsqu'on dispose une aiguille aimantée de manière fi'fU*

irner librement autour de son centre de figure dans un plia ^en-

' une direction qui est à peu près constaDte pour uo ■■*

MAQNÊTISMB 727

lieu de la terre, à condition qu'il n'y ait pas dans le voisinage de niasse de fer dont l'influence modifie la position de l'aiguille. On désigne sous le nom de méridien magnétique le plan vertical qui passe par l'axe de l'aiguille, quand celle-^i a pris spontanément sa position d'équilibre. L'angle formé par la direction de l'aiguille aimantée avec le méridien astronomique du lieu s'appelle la déclinaison. La grandeur de cet angle varie d'une année à Tautre et si l'on compare les positions de l'aiguille aimantée à deux époques séparées par un assez grand nombre d'années, on trouve que le pôle nord est situé tantôt à l'est, tantôt à l'ouest du méridien astronomique, ce qu'on indique en disant que la déclinaison est orientale ou occidentale.

Si on dispose l'aiguille aimantée dans le méridien magnétique de manière qu'elle puisse tourner autour d'un axe horizontal passant par son centre de gravité, elle s'incline dans un sens ou dans l'autre. On désigne sous le nom d'tnc/ma/^on l'angle qui fait l'axe de l'aiguille avec l'horizon. L'inclinaison est sensiblement constante pour un même lieu de 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 de l'horizon; dans l'hémisphère sud, c'est le pôle sud qui s'incline dans ce sens.

333*. Intensité dn magnétisme terrestre. — Quand on écarte du méridien magnétique une aiguille aimantée mobile autour d'un axe vertical, puis qu'on l'abondonne à elle-même, elh» 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 différents 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 des oscilla-' tions pour mesurer l'intensité du magnétisme terrestre.

393*. Distribution dn magnétisme terrestn* — 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 magnétique 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 l'angle 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 résul* tante des actions du magnétisme terrestre sur l'aiguille aimantée est une force située dans le plan du méridien magnétique 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 k mesure que l'angle de l'aiguille d'inclinaison avec le plan du méridien magnétique augmente, et elle devient finalement nulle

quand cet angle est de 90^ ; il ne reste plus alors que la composante Te^ ticale, laquelle fait prendre à l'aiguille la direction suivant laquelle elle agit. A l'aide de l'inclinaison, on peut calculer la composante horizontale de la force magnétique terrestre et, par suite, l'intensité totale de cette force. Gauss a fait connaître les meilleures méthodes à suivre pour arriver à cette détermination.

On appelle lignes isogoniques des lignes qui joignent les points de U 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 qui passent par les points pour lesquels l'intensité du magnétisme a la même valeur. L*axe magnétique de la terre répond, d'après Gauss, au diamètre terrestre qui réunit le point situé par 77*^50' de latitude Nord et ôô'» 51' 24" de longitude occidentale, k partir de l'observatoire de Paris, avec le point situé par77^50* de latitude Sud et 114*» 0' 36'' de longitude orientale. • Quant aux variations séculaires et diurnes qu'éprouvent la déclinaison et l'inclinaison, ainsi que l'intensité du magnétisme terrestre, elles ne sont pas encore expliquées (voyez, à ce sujet, §337*).