PROCEDES D AIMANTATION

Fig. 890.

îociiner les deux aimants en sens contraire, de manière à rapprocher leur pôle malhémaiique, du barreau à aimanter. Voici comment se pratique aujourd'hui cette méthode, perfectionnée par Coulomb : on place le barreau à aimanter enire les deux pôles opposés de deux forts aimants a, h {fig. 890). Les aimants mobiles c, d sont posés sur le milieu, et inclinés à 15 à 20'' ; on les sépare par UD petit morceau de bpis o, et Ton a soin qae le pôle de chacun d'eux soit de même nom que celui de Taimant fixe qui est du même côté. On fait ensuite pisser les aimants mobiles, d'une extrémité à Fautre du barreau, en les laissant toujours dans leur même position relative, et de manière que les deux moitiés du barreau subissent' le même nombre de frictions. Les aimants fixes sont destinés à empêcher la recomposition des fluides, dans les éléments magnétiques qui sont en dehors des points touchés ; ils aident aussi par leur miluence, à la décomposition du fluide neutre. Quand le barreau est fort et éfais, il faut répéter l'opération sur ses quatre faces. Cette méthode est la plus efficace que Ton connaisse; elle a cependant l'inconvénient de donner quelquefois des points conséquents, et une aimantation peu régulière. Coulomb a trouvé que la ligne neutre est plus rapprochée, de quelques millimètres, de l'extrémité qui a été touchée la dernière. ■éCli«4e ém la lonche séparée* dite de Dohaaiel. — Les choses sont comme pour appliquer le procédé d'.^pinus, seulement les aimants

Fig. 891.

Fig. 892.

mobiles C et D {fig. 891) sont inclinés h 25 à 30°, et ne sont plus séparés par on morceau de bois. On les sépare ensuite l'un de l'autre, en les faisant glisser séparément sur chaque moitié du barreau. Quand ils sont arrivés aux extrémités, on les enlève pour les reporter au milieu et recommencer l'opération. — D'après Musschenbroeck, un ouvrier, nommé Jacob Dykgraaf, fabriquait des aimants par cette méthode. A la même époque, Duhamel et Anlheaume, lors de leurs essais pour découvrir les procédés de Knighl, étaient conduits à une méthode analogue : ils disposaient parallèlement l'un à l'autre deux liarreaux d'acier AB, A'B' (fig. 8'.)2) réunis à leurs extrémités par deux barreaux de fer doux AA', BB', et opéraient des frictions au moyen de deux aimants inclinés, a, c, qu'ils séparaient, comme nous venons de l'expliquer.

Il est facile de voir que les magnétismes décomposés dans la barre frottée amenaient à i*état d*aimantation temporaire les barreaux de fer, et le magnétisme de ces derniers réagissait ensuite pour retenir à l*état de décomposition le fluide du barreau AB. — Coulomb a ensuite perfectionné cette méthode, en ajoutant les barreaux fixes, comme dans la méthode d*i£pinus.

La méthode de la touche séparée , moins puissante que celle d*i£pinus , donne une aimantation plus régulière ; on l'emploie principalement pour les aiguilles des boussoles. L*aiguiile à aimanter est appuyée sur les extrémités des aimants fixes, de manière à empiéter de 16 à IS"*'^ quand elle n*a que 8 à iO«» de longueur, et de 35 à ^O"", quand elle est plus longue. Si elle est mince, on la soutient au moyen d*une régie en bois.

iS22. Remarqoes. — Les aimants obtenus par les divers procédés du double contact sont souvent sursaturés, c'est-à-dire qu'ils renferment plus de fluides séparés que la force coërcitive n'en peut maintenir quand elle est abandonnée à elle-même. Ce résultat provient de l'influence des aimants fixes, qui ajoutent leur action à celle de cette force ; quand ces aimants sont ensuite enlevés, les fluides en excès se recombinent, et l'aimant retombe à l'état de saturation. Il est à remarquer que cet efl*et n'est pas instantané, il ne se produit que graduellement, et n'est complet qu'au bout d'un temps, quelquefois très long, que les variations de température, les secousses et l'action de la terre peuvent abréger.

Quand on veut augmenter la force d'un barreau non saturé, il faut avoir soin de ne pas employer des aimants plus faibles que ceux avec lesquels on l'a aimanté la première fois ; on ne ferait que l'aflaiblir. En eflet, d'après ce que nous avons vu, à chaque passage des barreaux mobiles, il y a recomposition, au moins en partie, des fluides séparés dans les éléments magnétiques. Ensuite, il se fait une nouvelle décomposition qui rétablit, puis augmente l'état d'aimantation qui existait avant le passage. Or, si les aimants sont trop faibles, on coAçoit qu'il pourra se faire que l'état définitif soit moindre que celui qui existait avant d'opérer avec ces aimants. On peut dire, généralement, que la force qui reste à l'aimant est celle que les barreaux employés lui auraient communiquée, s'ils l'avaient trouvé à l'état .neutre.

L'ébranlement moléculaire produit par les frictions est très utile, dans les diflérents procédés d'aimantation, pour faire céder la force coërcitive; et il faut appuyer fortement les aimants mobiles, quand on veut aimanter à saturation de gros barreaux. De Haldat plaça un morceau de fil de fer écroui entre les pôles opposés de deux aimants assez éloignés pour qu'ils ne pussent l'aimanter. Ayant alors frotté le fil de fer avec un corps non magnétique, la force coërcitive céda et le fer fut aimanté.

Du reste, la force coërcitive ne cède que peu à peu, et à chaque friction. Cette circonstance a été étudiée par M. Quételet '. Cet habile physicien a trouvé

> Ajmalei de chimù ei de physique, V série, t. LUI, p. 248.

PROCEDES d'aUIANTATION. 43

qoe, pour obtenir l'état de saturation, il faut que les frictions soient exercées sur toute la surface du barreau à aimanter. Il sufDt généralement de 12 frictions pour arriver au maximum d'aimantation. L'intensité magnétique t, après un nombre x de frictions, en fonction de l'intensité maximum i que peut recevoir le barreau, est donnée par la formule

Taimantation étant communiquée par la méthode de la touche séparée.

iSieS. Maalère é'obtealr des points soiiséqBeato. — Pour obtenir des points conséquents, il faut employer des aiguilles très longues et fortement trempées, comme celles dont on se sert pour tricoter à la main. Veut-on obtenir un seul point conséquent, on exerce des frictions avec le pôle d'un aimant, en partant de chaque extrémité et s'arrétant au milieu, où il se forme un pôle de nom contraire à celui de l'aimant. Pour obtenir plusieurs points conséquents, on appuie la baguette d'acier sur les pôles alternativement positifs et négatifs de plusieurs aimants perpendiculaires à sa direction, et on la frotte avec un corps non magnétique; chaque aimant produit alors un pôle de nom contraire à celui par lequel il agit.

i«M. Alsisatatioa par la terre. — Gilbert avait découvert, dés 1500, qu'en frappant par le bout, une barre de fer dirigée convenablement dans le méridien magnétique, on en faisait un aimant. Lorsque Knight eut annoncé qu'il aimantait sans aimants, on crut qu'il excluait les aimants artificiels a>mme les naturels, et l'on chercha à utiliser l'influence de la terre, Antheaume obtint de bons résultats en plaçant l'une à la suite de l'autre deux barres de fo* parallèles à l'aiguille d'inclinaison, et faisant glisser longitudinalement le barreau à aimanter sur le point de jonction, en le faisant aller et venir lentement. Les barres de fer étant aimantées sous l'influence du globe, le barreau d'acier s'aimanta. — Marcell plaçait un barreau d'acier horizontalement, dans le méridien magnétique, entre deux grosses barres de fer, et le frottait avec une barre verticale du même métal. — Mitchell mettait les deux barres de fer aux extrémités et sur le prolongement du barreau d'acier, qu'il frottait ensuite avec une barre de fer verticale, en ayant soin d'aller toujours du nord au sud. Ayant aimanté ainsi quatre lames, il s'en servit pour en aimanter deux autres, qui furent plus fortes que les quatre premières, et dont il se servit ensuite pour augmenter leur force magnétique. En aimantant ainsi ces lames les unes par les autres, il parvint à en faire des aimants énergiques. Canton employait une méthode analogue.

Scoresby procédait par le moyen de chocs : il frappait d'abord sur le bout, une large barre de fer verticale, puis une barre d'acier de 80«" de longueur, après l'avoir appuyée sur la barre de fer. 11 frappait ensuite de petits barreaux d'acier suspendus à l'extrémité de la grande barre d'acier ; tous ces barreaux furent aimantés. Ayant préparé de la même manière six barreaux aimantés, il

4i MAGNÉTISME.

les aimnuia successivement les uns par les autres, en suivant les méthodes ordinaires d'aimantation.

Le môme observateur a constaté que le degré d'aimantation augmente en même temps que le nombre de coups frappés ; cependant il peut diminuer (|uand on les multiplie trop. Lorsque la barre est appuyée par le bout sur un corps non magnétique, Teffet est beaucoup moins prononcé.

On peut se procurer facilement de petits aimants, en tordant des brins de fil de fer, placés verticalement. L'écrouissage produit par la torsion, développe de la force coërcitive, comme Ta découvert Gay-Lussac, et l'état magnétique produit par l'influence du globe reste permanent. En liant ensemble plusieurs de ces petits aimants, et plaçant tous les pôles nord du même côté, on obtient nn aimant assez fort.

n. De U force des aimants.

422S. La force des aimants dépend de leur volume, de leur forme et de la force coërcitive.

Inflnenee do Tolame et de la forme. — Quant au volume, Coulomb a reconnu que : \^\es moments magnétiques des aimants de même substance et de forme semblable sont à peu prés proportionnels aux cubes des dimensions homologues ; i^ dans les aiguilles cylindriques de même longueur, la quantité de magnétisme libre est sensiblement proportionnelle au diamètre ; 3^ la durée d*une oscillation d'un barreau à section rectangulaire, dont la largeur est /, l'épaisseur e, et la longueur 2L, est donnée par la formule

t = mei/ l+n\j ,

dans laquelle m et n sont des constantes qui dépendent de la nature et du degré de trempe de l'acier.

Quant à la forme. Coulomb a constaté que des lames minces d'acier en forme de losange allongé ont une plus grande force directrice, à poids égal, que des aiguilles rectangulaires de même épaisseur également trempées.

M. Kupffer a reconnu qu'en terminant en cône l'extrémité d'un barreau d'acier, le pôle qui se trouve à cette extrémité est plus faible que l'autre, et que la ligne neutre s'en éloigne. Le résultat est d'autant plus marqué que l'extrémité conique est plus aiguë et plus effilée.

laflaeaee de ïm trempe. — Knight a reconnu le premier que l'acier trempé s'aimante plus fortement que celui qui ne l'est pas. Coulomb a fait sur ce sujet un travail remarquable , qui a été publié après sa mort par M. Biot ', et dont voici les principaux résultats. Ayant aimanté à saturation un barreau

\ TniU de physique expérimenlak et malhématiqw, par M. Riot, t. III, p. 4 06.

De LA FORCE DES AIMANTS 45

d'acier, après l*avoir trempé à différents degrés, Coulomb le soumit à la méthode des oscillations, et obtint les nombres qui suivent :

Tcmpéntura de la trempe 875«c. 975 1075 H87

Temi» de 1 0 otcilUiioiis 93' 78 64 63

L*acier n'éprouve pas de modification sensible de structure quand on le trempe au-dessous de 870°; aussi les résultats magnétiques sont-ils les mêmes à tous les degrés de trempe inférieurs a cette limite. Trempé vers ilOO*", Tacier peut recevoir une force magnétique double ; car la durée de 10 oscillations étant de 63* au lieu de 93*, les forces magnétiques sont en raison inverse des carrés de ces nombres, ou de 3969 et 8649.

Avant trempé au cerise clair, vers HOO"", un barreau d*acier, et l'ayant aimanté après l'avoir recuit successivement à différents degrés, Coulomb a obtenu les nombres suivants :

Températures da recuit 45oc. 267 542 1122

Temp» de 1 0 Oi^cillatioDS 63* 64,5 70 93

On voit que la force magnétique est d'autant plus faible que le recuit est plus prononcé ; c'est que la force coêrcitive diminue en même temps que la trempe.

Coulomb est arrivé à des résultats tout autres en opérant sur des lames ou des aiguilles minces et très allongées. Les ayant aimantées «^ différents degrés de trempe, et essayées dans la balance de torsion, ou par la méthode des oscillations, il trouva que, trempées à blanc, elles ne gardaient pas plus d'aimantation qu'après avoir été recuites entièrement. A mesure qu'il diminuait la trempe par le recuit, elles s'aimantaient plus fortement, jusqu'au recuit produit par la chaleur rouge sombre. En recuisant davantage, la force directrice qu'elles pouvaient recevoir allait en diminuant. M. Biot explique cette anomalie par la formation de deux points conséquents , dans les aiguilles très allongées et fortement trempées; de sorte que chaque moitié possédant les deux pôles de nom contraire, la force directrice est très faible. Ces pôles se l'approchent du milieu à mesure qu'on diminue la trempe, et les points conséquents finissent par disparaître, comme l'expérience le montre en effet.

Pour les aiguilles des boussoles, on recuit ordinairement au bleu (I, 461), c'est-à-dire à 300"* environ. A cet état, la force coêrcitive, sans être maximum, est encore très grande, et l'acier est moins fragile qu'avec une trempe plus dure, et moins exposé à prendre des points conséquents.

Xobili a cherché à expliquer les effets de la trempe sur l'aimantation, par l'inégalité de densité des différentes parties du barreau trempé ' : la couche

1 Bibliothèque univenelle de Genève (Sciences et art»), t. LYl , p. Si.

eitérieure , plus dense que les parties internes, contient plus d*éléments , et reçoit par conséquent plus de magnétisme; et ce serait par la réaction des files extérieures d'éléments, sur les files plus rapprochées de l'axe, que Tétat d*aimantation deviendrait permanent. La force coërcitive n'existerait donc pas, et les effets qu'on lui attribue seraient dus à cette réaction des différentes parties inégalement denses. Nobili explique par là pourquoi les aimants de petites dimensions sont relativement plus forts que les gros ; la croûte plus dense qui les enveloppe étant relativement plus épaisse. Le fer écroui est aussi entouré d'une couche plus dense, et c'est pourquoi il peut s'aimanter. Enfin, l'expérience des aimants forés (1218) montre que le degré de trempe a plus d'influence que la masse. Cette manière de voir de Nobili, qu'il ne donne du reste qu'avec beaucoup de réserve, est très ingénieuse ; mais elle ne peut faire renoncer à la force coërcitive, car elle n'explique pas pourquoi le fer mêlé d'un peu de soufre s'aimante quoique très homogène (1201), et pourquoi l'acier fortement trempé n'est pas attiré par les aimants. La plus grande force des petits aimants peut s'expliquer par un état de trempe plus prononcé que dans les grosses barres d'acier, qui ne peuvent être brusquement refroidies dans toute leur masse.

i2S«. Faisceaux mai^nétiques. — L'expérience prouve que les petits aimants sont proportionnellement plus puissants que les gros ; on en voit qui portent jusqu'à 100 fois leur propre poids, tandis qu'on ne peut approcher d'un semblable résultat avec les gros barreaux. D'un autre côté, il est difficile de tremper de grosses barres d'acier sans les déformer, et de les aimanter ensuite à saturation. Ces considérations ont suggéré à Knight l'idée de réunir plusieurs barreaux. Coulomb a fait une étude attentive de ces sortes d'aimants composés, que l'on nomme faisceaux magnéliques, et c'est d'après les règles qu'il a posées qu'on les construit encore aujourd'hui.

Il est facile de prévoir d'abord que la puissance d'un faisceau ne peut être proportionnelle au nombre des lames qui le composent. En effet, nous avons vu plus haut (1218), que les barreaux réagissent les uns sur les autres, de manière à altérer mutuellement leur état d'aimantation. Pour diminuer cet effet, on leur donne des longueurs différentes, de manière que leurs extrémités soient disposées en gradins, ceux du milieu dépassant tous les autres. La fig, 893 représente, vu de face en aa\ et de profil au-dessus, un faisceau magnétique, d'après Coulomb. Ce faisceau est formé de trois couches de lames, dont celles du milieu dépassent les autres. Ces lames ne se touchent pas, et leurs extrémités sont enchâssées dans des masses de fer doux a, a'. Chacune de ces masses reçoit une aimantation par influence, qui donne naissance près de son extrémité à un pôle de même nom que ceux qui sont du même côté dans les lames. Ces masses de fer se nomment des armatures. Indépendamment de leur rôle pour donner un pôle près de l'extrémité, le fluide de nom contraire, développé près des extrémités des lames, réagit pour

opécher la recomposition des fluides dans ces dernières. Malgré cette influence.

FAISCEAUX MAGNÉnQUES. 47

on trouve parfois des faisceaux dont les lames intérieures ont perdu presque toute trace d'aimantation, et même dont les pôles ont été intervertis. Cependant les barreaux qui dépassent tous les autres, non seulement conservent leur magnétisme, mai» encore restent plus puissants que dans tout autre arrangement ; ce qui provient de ce que les pôles des autres barreaux agissent par ioflaence sur Fextrémité qui dépasse, de manière à éloigner d'eux, c'est-à-dire à repousser vers l'extrémité, le pôle de même nom qui s'y trouve. Ce résultat explique pourquoi les aiguilles en losange sont plus fortes que celles qui sont rectangulaires, les différentes files de molécules parallèles à l'axe se comportant comme des aimants linéaires de longueurs différentes.

Scoresbj a fait une étude particulière des faisceaux magnétiques' ; il est parvenu à leur donner beaucoup plus de force qu'à un barreau unique de dimensions et de masse équivalentes, en ayant soin de séparer les barres les unes des autres. Il résulte de là qu'en construisant les aiguilles de boussoles

Fig. 893.

avec des lames minces superposées formant le même poids^ on aura une plus grande force directrice. Du reste, l'accroissement de force des aiguilles composées, quand on augmente le nombre des lames, diminue graduellement à mesure que ce nombre est plus grand. Cette diminution, très rapide quand les lames se touchent, l'est d'autant moins qu'elles sont plus écartées. Enfin, plus les lames sont trempées dur, plus est sensible l'accroissement de force quand 00 en augmente le nombre. Ainsi, un faisceau composé de 196 lames, longues de 0*,4, s'est trouvé six fois plus puissant quand l'acier avait été trempé au plus dur, que lorsqu'il n'avait reçu que la trempe ordinaire.

C'est au moyen des faisceaux magnétiques que Coulomb aimantait, soit par le procédé d'^Epinus, soit par celui de Duhamel (1221). C'est aussi au moyen de la réunion d'un grand nombre de lames, que l'on forme les aimants les plus puissants. Il en existe un, construit par Knight, à l'Institut royal de Londres, qui porte 50 kilogrammes ; il est formé de 450 lames de 40 centim. de longueur. Il était autrefois beaucoup plus puissant. Son affaiblissement est attribué à réchauffement qu'il éprouva dans un incendie. Malgré des tentatives répétées, on n'a pu parvenir à lui rendre sa vigueur primitive. — En aimantant les lames les unes par les autres et en prenant une foule de précautions, M. Keil a construit un aimant en. fer à cheval ne pesant que 18^'^5, et qui a porté 223^'*.

1 Annales de chimie et de physique, 2« série, t. LXIX, p. 4 06.

4227. Expérienees de H. Babinet. — M. Babînet a imaginé une disposition au moyen de laquelle on peut communiquer à une barre de fer doux une aimantation prodigieuse. On couche sur une table, une barre de fer très doux de 0'",5 de longueur, de 5 à 6"" d'épaisseur, et de 15 à 20"" de largeur. Une des extrémités dépasse de quelques centimètres le bord de la table. On appuie ensuite contre Textrémité opposée de la barre et sur son prolongement, un barreau aimanté de mêmes dimensions transversales. On dispose enfin perpendiculairement, vers la môme extrémité, U barreaux aimantés, 12 de chaque côté, qui touchent la barre par des pôles de même nom que celui du barreau placé à l'extrémité. Il se forme alors, à l'extrémité qui déborde la table, un pôle, aussi de même nom, capable de porter des poids énormes. Telle est la force d'attraction exercée sur une barre de fer appliquée à ce pôle, que si on la fait glisser, le fer est entamé, et des parcelles en sont arrachées. Une barre de fer de 0'",5, placée debout sur cette extrémité, se tient dans cette position, et peut elle-même soutenir une barre verticale de même grosseur, de 25 à 30*« de longueur, qu'on y fait adhérer latéralement. En disposant des aimants tout autour de la barre de fer, au lieu d*en placer seulement de chaque côté, on produirait une aimantation encore plus énergique.

42S8. Des armaiares. — La force des aimants peut s'altérer à la longue, soit par les chocs auxquels ils peuvent être soumis, soit par les changements

de température , soit enfin par l'action terrestre. Pour leur conserver toute leur force, Knight a imaginé de les conserver par paires dans une même boîte, en les plaçant parallèlement, à une certaine dis- ^^^' ^^*' lance l'un de l'autre, de manière

que les pôles opposés soient tournés du même côté, comme on le voit dans la fîg. 894. Aux extrémités, sont adaptés de petits barreaux en fer doux c, c\ qui se nomment contacts ou armatures. Il se fait une décomposition de fluide neutre dans ces petits barreaux, de la manière qui est indiquée dans la figure par les signes + et — ; et les fluides en présence, dans le fer et dans les aimants, empêchent en s'attirant, la recomposition dans ces derniers, aa est une règle de bois qui sépare les aimants B, B'.

On a tiré parti des armatures, pour disposer les paires de barreaux de manière à faire agir en même temps deux de leurs pôles, comme on le voit dans la fig. 895. Le contact de fer doux ff est maintenu contre les pôles supérieurs des deux faisceaux par des tiges /, t en cuivre, pp est une pièce en fer doux , nommée portant , qui adhère par attraction magnétique, et à laquelle on suspend la charge. Ainsi disposés, les aimants ont une lorce portative beaucoup plus grande que le double de celle de chaque barreau à l'un de ses pôles.