Des Principes généraux de la Théorie du

Magnétisme.

862. Quoique le fluide magnétique soit soumis aux mêmes lois que le fluide électrique, diverses observations indiquent , dans Fétat actuel de nos connaissances, me différence de nature entre l'un et l'autre. Si l'on présente une tourmaline électrisée à une aiguille aimantée suspiëiidue librement, quels que soient les p61es par lesquels les deux corps se regardent, la tourmaline n'exerce sur l'aiguille , pour là déranger de sa position , que la même force attractive qu'elle exercerait sur un corps quelconque; ce qui suppose que sa présence fait naître, dans l'aiguiUe elle-même, une vertu électrique indépendante de la vertu magnétique.

865. La correspondance entre les deux théories nous conduit k concevoir aussi le fluide magnétique comme composé de deux fluides particuliers , combinés entre eux dans le fer qui ne donne aucim signe de magnétisme , et dégagés dans le fer qui a passé à Fétat d'aimant. Les' molécules de chaque fluide se repoussent de même les unes les autres, et attirent celles de l'autre fluide; et Ck>idoii3b a prouvé, comme nous le verrons bientôt, que ces différentes actions suivent la raison inverse du carré de la distance.

864. Tout le fluide naturel d'un corps magnétique, mène après jsa décomposition, reste dans l'intérieur de ce corps; et, sous ce rapport, les aimans peuvent être assimiles aux corps isolans (647). Les deux fluides , dégages de la combinaison , se portent ^ par des mouvemens contraires , vers les extrémités de

raîmànt , d'où ils exercent des actions analogues à celles de Fé-: lectricité vitrée et de l'électricité résineuse.

Mais avant d'aller plus loin, nous jetterons un coup-d'œil général sur l'ensemble que présente le magnétisme considéré dans toute son étendue, parce que le développement dç la théorie, pour être bien saisi , demande que l'on ait au moins une idée de cet ensemble.

865. Tous les phénomènes que présentent les aimans que nou^ soumettons à l'expérience , ne sont , pour ainsi dire , que les différentes faces d'un fait fondamental , qui a été remarqué depuis long- temps. Il consiste en ce que si l'on choisit à volonté une des extrémités d'un aimant , et qu'on la présente successivement aux deux extrémités d'un second aimant, il y aura attraction d'une part et répulsion de l'autre entre les deux aimans. L'extrémité opposée du premier aimant produira des effets inverses sur celles de l'autre aimant. En général, il y a dans chaque aimant deux points opposés qui manifestent des actions contraires , et auxquels on a donné le nom de pôles. On peut juger de l'énergie de ces actions, en faisant mouvoir un aimant en présence d'une aiguille magnétique suspendue librement; on veira les extrémités de cette aiguille faire différens circuits , et quelquefois une révolution entière , pour satisfaire sa tendance vers l'équilibre.

866. Maintenant un phénomène extrêmement remarqua})le par sa continuité et par l'immensité des distances auxquelles il s'étend, consiste en ce que le globe terrestre fait à l'égard d'une aiguille aimantée la même fonction que l'aimant dont nous venons dé parler ; en sorte que l'aiguille , abandonnée à la force de ce vaste corps magnétique, prend une direction qui va du nord au midi, et que nous verrons être celle qui s'accorde avec la manière d'agir de cette même force. En vain vous l'en écartez , jusqu'à lui faire faire autour du centre une demi-révolution , qui la dirige en sens contraire. Toujours fidèle à elle-même, elle revient à sa première position dès qu'elle est libre, et ses balancemeus , qui semblent offrir l'image de l'inconstance , se terminent par un retour constant à la ligne qui la rappelle. Qu'auraient pensé les anciens philosophes , qui déjà prêtaient uùe âme aux airaans , quoiqu'il»

DE PHYSIQUE. Sj

ite connussent que leurs actions au contact, s'il leur était venu dans ridée de suspendre un de ces corps à un fd?

867. Ce que nous venons de dire nous conduit à une observation qui nous paraît intéressante, sur la manière de dénommer les deux fluides qui composent le fluide magnétique, et en même temps les pôles, ouïes deux points de chaque aimant danslesquels résident leurs actions. Le simple énoocé de l'hypothèse relative k l'existence de ces fluides , suflit pour faire concevoir que les répulsions magnétiques , semblables en cela aux répulsions électriques» sont dues à celles qui existent entre les fluides homogènes , et que les attractions proviennent de celles que les fluides hétérogènes exercent l'un sur l'autre. Il en résulte que quand une aiguille magnétique est dans sa direction naturelle , le pôle de cette aiguille, qui est tourné vers le nord , est dans l'état contraire à celui du pôle de notre glo1)e qui est dans la même partie; et comme ce dernier pôle doit être le véritable^ pôle nord relativement au magnétisme, ainsi qu'il l'est à l'égard des quatre points cardinaux, il paraît plus convenable de donner le nom de pôle austral à l'extrémité de Faiguille qui est tournée vers le nord , et celui de pôle boréal à l'extrémité opposée. Nous adopterons, en conséquence, ces dénominations, qui sont déjà usitées en Angleterre; et par une suite nécessaire , nous nomiaerons fluide austral celui qui réside dans la partie de l'aiguille la plus voisine du nord, et fluide boréal celui qui sollicite la partie située vers le midi.

868. Nous avons déjà vu qu'il en est du magnétisme comme il en serait de l'électricité , s'il n'existait dans la nature que îkes corps parfaitement isolans. Cliaque aimant n'a jamais que sa quantité naturelle de fluide , qui est constante , en sorte qu'il ne peut ni recevoir d'ailleurs une quantité additionnelle de fluide, ni céder de celui qu'il possède par sa nature, et que le passage à l'état de magnétisme dépend uniquement du dégagementdes deux fluides qui composent le fluide naturel, et de leur transport very les parties opposées du fer.

869. Plus ce métal est dur, et plus les deux fluides éprouvent de difficulté à se mouvoir dans ses pores ; et en général cette diilkulté est toujours considérable et supérieure de beaucoup

58 TBAITÉ ELEMENTAIRB

h la résistance que les cotps méknes le {tins parfaitement îsolanâ opposent au mouvement interne dés fluides dégagés de leur fluide naturel. G)ulomb a donné à cette force le nom de force coeTviûpéy comme à celle qui agit dans les corps isolans (647).

:3. De la Loi que suivent les Actions magnétiques,

à raison de la distance.

Pour établir une théorie des phénomènes magnétiques, il fallait surtout avoir déterminé la loi à laquelle sont soumises, à différentes distances, les forces qui aigissent dans ces phénomènes. Plusieurs physiciens qui s'étaient occupés de la recherche de cette loi, avaient eu' recours à des moyens si imparfaits, qu'on ne doit pas être étonné de voir leurs résultats si peu d'accord entre eux^ et avec la véritable loi (1). ' ,

870. La précision des méthodtftf employées par G)ulomb , pour déterminer cette loi , ne laissé pfo^' aucun doute qu'elle ne suive la rdson inverse du carré de la .distance, comme celle qui régit les actions électriques {66^). Maïs ici, la manière dont lé fluide était distribué dans les corps que l'on soumettait à l'expérience, exigeait des considérations partictdières , fondées sur ce que ces corps avaient deux centres d^actions qui étaient dans deux états opposés , au lieu que les corps électriques ,qui avaient servi à des recherches vers un but semblable, n'étaient solli^tés que par une seule électricité, ce qui pei'mettait déconsidérer toutes les forces <x)mme réunies dans un seul centre d'action (4i). Nous nous bornerons à dire pour le présent que, dans un aimant, les deux centres d'action sont à une petite distance des extrémités.

870. 0>ulomb est parvenu, par deux méthodes différentes, au but qu'il s'était proposé. La première consistait à faire osciUer une petite aiguille de 27 millimètres , ou un pouce , de longueur , visà-vis du centre d'action inférieur d'un fil d'acier aimanté^ long

(1) Voyez Ici Expériences physico-mécaniques sur dificrens sujets , traduites de l'anglais de Hauksbce \ Paris , 1764 , t. II , p. 54? > c* *"*▼•

DB PHTSIQtTB. §9

d'environ ^^% 8, ou ^5 pouces, de longueur, placé Terticalement dans le plan du méridien magnétique

Si nous faisons aI)straction, pour l'instant, du centre d'action supérieur , nous devons concevoir que Taiguille , tandis qu'elle fait ses oscillations y est sollicitée en même temps par deux forces , dont l'une réside dans le centre d'action inférieur du fil d'acier, et l'autre est la force que le gl<^ exerce sur l'aiguille. L'effet de cette dernière y lorsqu'elle agit seule sur une aiguille dérangée de son méridien magnétique, est aussi de produire dans cette aiguille un mouvement d'oscillation. Or, avant rexpcrience,G)U'lomb avait reconnu que l'aiguille, abandonnée à sa seule force naturelle , faisait 1 5 oscillations en 6o secondes. Mais il en est ici de Faiguille comme d'un pendule qui oscille en vertu de la pesanteur. On prouve que l'action de cette force, pour faire osciller le pendule , est proportionnelle au carré du nombre d'oscillations faite» pendant un temps donné, que l'on prend pour l'unité de temps. Ainsi , dans l'bypothèse présentK'i où l'aiguille est sollicitée à la fois par sa force naturelle et'pftr celle du fil d'acier, on a la valeur de cette dernière en soustrayant le carré de 15, de celui du nombre d'oscillations faites par l'aiguille pendant 6o secondes.

Pour mettre de la précision dans les expériences, il fallait encore déterminer la distance à laquelle le fil d'acier était censé agir sur l'aiguille. Or nous verrons , dans la suite, que cette action dépend de deux forces , dont cbacune s'exerce sur un des pôles de l'aiguille, et qui conspirent à lui imprimer le même mouvement; et comme l'aiguille était fort courte, en sorte que les distances de ses pôles au centre d'action du fil d'acier différaient peu l'une de l'autre, on pouvait, sans erreur sensible, considérer le milieu de cette aiguille conmie la distance moyenne entre celles auxquelles les deux actions s'exerçaient , et c'était relativement à ce point qu'il s'agissait d'estimer la force du fil en présence duquel l'aigiiille oscillait.

^^^^ Un exemple servira à répandre du jour sur tout ce qui vient d'être dit. L'aiguille placée d'abord de manière que soi\ centre d'action était à io8 millimètres , ou 4 pouces, de distance du fil d'acier, fit 4i oscillations en une minute : placée ensuite à

6ô TRAITÉ ÉLÉMENTAIRE

une distance double , elle ne fit plus que 24 oscillations en xmt minute. Donc les forces totales qui sollicitaient l'aiguille dans sei deux positions, étaient entre elles comme le carré de 4 1 est à celui de 24, ou comme 1 68 1 à 676. Si l'on retranche de cliacun de ces deux noml)res le carré de i5 ou 225 , on aura pour le rap port entre les forces du fil d'acier , celui de i456 à 35i , qui diffère peu de celui de 4 à l'unité (i). Et parce quQ les distances correspondantes sont entre elles comme 1 est à 2, on en conclura que les forces sont en raison inverse du carré des distances.

Cependant le nombre d'oscillations faites en 60 secondes , ne donnait pas toujours exactement la quantité de l'action exercée par le fil d'acier. Cette exactitude n'avait lieu sensiblement qu'au* tant que l'aiguille était à des distances assez petites du fil d'acier, pour permettre de négliger la ilprce du pôle supérieur de ce fil, qui alors était dirigée suivant une ligne peu éloignée de la verticale , et qui d'ailleurs agissait de beaucoup plus loin que le pôle inférieur. Mais lorsqin l'aiguille était plus écartée du fil d'acier , alors la partie de la décomposition de celte force, qui était dans le sens horizontal, le même que celui suivant lequel agissait le pôle inférieur, devenait plus appréciable par rapport à la force de ce même pôle, et aussi n'était-ce qu'en faisant la petite correction qu'elle exigeait , que l'on parvenait à représenter la loi cherchée, avec toute la précision convenalile.

873. L'autre méthode était analogue à celle que Coulomb avait employée relativement à l'électricité. Il faisait de la balance électrique une balance magnétique, en remplaçant, par une longue aiguille aimantée le levier suspendu aufil métallique, et en substituant à la Italie de cuivre une semblable aiguille placée verticalement sur le méridien magnétique, c'est-à-dire, celui qui coïncide

(i) La dififcrence i3 qui se trouve entre 35t, et le quart de i456, qui est 364 , n^st très sensible que parce quelle tombe sur les carris <lcs nombres d'oscillations fuites p^raiguille; en sorte qie oeile qui lui correspond, relati* vcment h ces derniers nombres , n'est qu'une frat tion de Tuniié. Si ron suppose, par exemple, que Taiguilledans sa seconde position, fasse 2\ oscilla^-, lions plus 1, on aura , au lieu de 35i , le nombre 36j plus une fraction , ré-^ sultat qui se rapproche beaucoup de 364*

BÉ physique; 6i

«ivec la direction naturelle de l'aiguille. Telle était la disposition respective des deux aiguilles , que quand celle qui était mobile allait toucher l'autre, en conservant sa position à peu près horizontale, le contact se faisait par, un des centres d'action de la première , et le centre inférieur de la seconde.

La tendance naturelle de l'aiguille à revenir dans son méridien magnétique j était encore ici une action particulière qui se com^ posait avec les actions réciproques des deux aiguilles; actions dont il s'agissait de trouver le rapport, en les démêlant de cette corn* binaison. Pour y parvenir , Coulomb compara d'abord la première force toute seule avec la force de torsion, et il trouva que si l'on tordait le fil métallique qui portait l'aisuille mobile , d'abord sous un angle de 35 degrés , l'aiguille s'écartait d'un degré de son méridien magnétique ; et qilknsuite si l'on tordait le fil sous des angles qui fussent successivement doubles , triples , quadruples, etc.^ de 35 degrés , l'aiguille allait se placer à 2 degrés , 4 degrés, etc. , de son méridien magnétique; fX ainsi en rctrancbant de chaque tension imprimée le nombre de de^és qui donnait la distance de l'aiguille au méridien, c'est-à-dire, la quantité dont le fil s'était détordu , en vertu du mouvement de l'aiguille , on trouvait que la force de l'aiguille, pour réagir contre chaque torsion ^ équivalait à autant de fois 35 degrés de torsion, que l'arc qui mesurait la. distance de l'aiguille au méridien renfermait de degrés.

874. Cela posé, pour rendre plus sensible le procédé de Comlomb , nous allons donner encore ici l'exposé d'une de ses expériences. Soit o {^fig, 5) la position du pôle inférieur de l'aiguille fixe, que nous supposons être le pôle sud. Cette aiguille étant situé everticalement dans le plan de son méridien magnétique, Coulomb met en contact avec ce pôle celui de même nom s de l'aiguille mobile sn, et cela de manière que.le fil métallique n'ait aucune torsion : à l'instant l'aiguille fixe repousse l'aiguille mobile à une distance de 24 degrés, en sorte que cette dernière prend la position s'n.

Or , la tendance à retourner au méridien agît en sens contraire du mouvement que vient de fairfe l'aiguille mobile, et par conséquent elle diminue d'autant la Téritable répulsion, ou celle qui

6a TïlAîtE JSLÉMEKtAIRE

aurait lîeu sî celte tendance était nulle; c'est-à-dire, que cclle*ci remplace, la force de torsion qu'il faudrait ajouter à celle de 2i de^és pour maintenir l'aiguille à la même distance, en vertu de la seule répulsion. Mais, IcMrsque l'aiguille est à 24 degrés du méridien y la torsion qui mesure sa tendance à y retourner est égale à 55 fois 24 degrés , qui font 84o degrés. Donc la répulsion qu'il s'iigissait d'estimer équivalait à une torsion de 84o degrés^ plu^ 24 degrés , ou de 864 degrés»

Les choses étant dans cet état , Coulomb donne au fil métallique une aouvelle torsion ^ale à trois circonférences de œrde^ tn sens contraire du mouvement de 24 degrés qu'avait déjà fiit l'aiguille suspendue au fil , c'est-à-dire , dans le sem hod^ et akqri cette aiguille se rapproche à 17 degrés de l'aiguille ^^e^ en prer nant la pc^ition s'n". Or, trois fois 36o degrés font 1080 degrés: et puisque cette torsion n'est qu'une continuation de celle qui existait déjà (1) , et qui se trouve réduite à 17 degrés , on aura 1097 degrés pour la torsion qui mesure la force répulsive mu« tuelle des deux aiguilles , moins la tendance à retourner au méri' dien. Mais cette tendance équivaut à une force de torsion de 17 fois 55 degrés, ou de 594 degrés; donc si l'on ajoute 595 degrés à 1097 degrés, la somme 1692 degrés donnera la torsion qui fait équilibre à la répulsion qu'il fallait évaluer.

11 suit de là que les deux répulsions sont entre elles comme 864 à 1 692 , c'est-à-dire , dans un rapport qui approche beaucoup de celui de i à 2. Mais les distances correspondantes étaient 24 et 17 , dont les carrés 5j^ et 289 approchent beaucoup du rapport de 2 à 1 , d^où l'on voit que les répulsions magnétiques suivent la raison inverse du carré des distances.

Nous avons choisi pour exemples les résultats qui conduisent

(i) Si la torsion était produite par un mouvement imprime immédiatement à Taiguille mobile, Il est dvidcnt que, pour continuer de tordre le fil, il faudrait faire tourner cette aiguille suivant le sens de son premier mouvement , dans un arc de SLJ degrés. Mais comme la torsion agit par rcxirémitesupéricore du fil , en vertu de la rotation imprimée à la tige qui tient ce fil suspendu , on conçoit aisément que pour continuer de tordre le fil , il faut faire tonrner la ijgc en sens contraire du mou^'ement qui a déjh eu lieu vers le bo^.

B£ PHYSlQtTB. 63

Stttx rapports les plus simples. Mais l'expérience a prouré que la loi des répulsion» était constante , quel que fût le rapport entre les distances 9 et l'on a obtenu des résultats analogues^ en substituant l'attraction à la répulsion.