Remarque sur retendue des bandes nsires

L'application de la méthode de MM. Fizeau et Foucault offre de grandes difficultés. D'abord, les pouvoirs rotatoires magnétiques ne sont jamais considérables, et il en résulte que la grandeur des rotations varie peu d'une extrémité du spectre à l'autre. Ainsi, elle peut être de y degrés à une extrémité et de 1 8 degrés à l'autre. Lors donc que l'on amènera la section principale de l'analyseur parallèlement au plan de polarisation qui a été dévié de i o degrés, on aura là, il est vrai, une ligne noire, mais les extrémités du spectre ellesmêmes, et a fortiori les parties voisines de la ligne noire, seront trèssombres. L'intensité, en effet, sera représentée à une extrémité par sin2(io**— 7°), et à l'autre par sin*'^(i8"-- io°), quantités très-petites. Le spectre entier sera donc si faible qu'on aura peine à voir les raies et la situation exacte de la ligne noire.

M. Wiedemann obviait à cette difllculté par l'artifice suivant : entre le premier prisme de Nicol et la substance, on met un tube contenant une dissolution sucrée, ou plus simplement une plaque de quartz perpendiculaire dont la rotation s'ajoutera à celle de la substance soumise à l'action magnétique. Supposons que la rotation soit de i8 degrés pour les rayons rouges, de 9 5 degrés pour les rayons jaunes, de 5o degrés pour les rayons violets, et cela sous, l'action de la plaque de quartz seule. La substance qui produirait les rotations 7, lo, t8 degrés ajoutera son effet au précédent, et

POLARISATION ROTATOFRE MAGNÉTIQUK. 1007

les plans de polarisation des couleurs considérées seront déviés de a 5, 35, 68 degrés. Les différences de ces déviations sont assez considérables pour que, le rayon correspondant à 35 degrés étant éteint, les autres restent très-visibles. Les phénomènes sont encore bien appréciables lorsqu'on dispose la rotation magnétique pour qu'elle se retranche de la rotation du quartz, car les différences 1 1, .1 5, 32 degrés diffèrent elles-mêmes suffisamment.

Lorsqu'on fait usage de cet artifice, il faut avoir soin de placer la dissolution active ou la plaque de quartz assez loin de l'électroaimant pour que l'influence de ce dernier soit négligeable.

On doit aussi ne pas exagérer l'amincissement des bandes obscures, car lorsqu'elles sont étroites elles ne se déplacent plus que par de grandes rotations de l'analyseur. Dans l'observation directe, une rotation de 1 1 degrés suffisait pour faire parcourir à la bande noire toute l'étendue du spectre ; après l'addition du quartz, le même espace n'était parcouru que par une rotation de 68 — a5 = /i3 degrés, c'est-à-dire quatre fois plus grande. La méthode perd donc sa sensibilité en devenant praticable, et par suite chaque observateur doit chercher les lames compensatrices qui lui semblent amener les déterminations dans les meilleures conditions possibles. Des rotations de i8 degrés pour les rayons rouges, 90 degrés pour les rayons jaunes et 5o degrés pour les rayons violets, ont paru les nombres les plus convenables. On arrive k peu près à ces résultats en se servant d'une lame de quartz de 1 millimètre d'épaisseur. Une telle lame est très-commode parce qu'elle se place derrière le polariseur en y occupant peu de place, et qu'elle se trouve soustraite à l'action magnétique pour peu qu'on éloigne le polariseur. Mais il faut que l'axe de la lame soit bien parallèle aux rayons, et c'est une condition assez difficile à réaliser.

57ii. Remarque mir TAetieii des plaque» qui fenueui le tube. — Il se présente en outre deux difficultés (|ui exigent certaines modifications dans la disposition de l'appareil et un agrandissement notable dans ses dimensions.

Rappelons d'abord que les seules expériences qui nous intéressent sont relatives aux liquides, (ie sont les seuls corps que nous puissions

ViLnDKT, IV. — Coiiférenrps de physique 6^*

obtenir purs et transparents. Les solides sont presque tous opaques , et le petit nombre de ceux qui ont de la transparence sont des verres plus ou moins trempés et de composition mal définie ; nous devons donc les laisser de côté.

Les liquides sont enfermés dans une petite cuve fermée par des plaques dont le pouvoir rotatoire sera ici très-influent. La correction, facile à faire dans les expériences sur la lumière blanche, à l'aide de la teinte de passage, est ici très-délicate, puisqu'il faudrait faire des corrections pour toutes les couleurs, et pour cela déterminer la dispersion très-petite des plans de polarisation dans ces plaques : chaque résultat serait compliqué d'une double erreur; il faut donc rendre nulle l'action des plaques.

Pour cela, on remplace les électro-aimants par des hélices, dans l'axe desquelles un long tube est disposé pour contenir le liquide ; les extrémités du tube dépassent celles du manchon formé par les hélices, et les plaques cessent d'avoir aucune influence. Si, en effet, on compare l'action de cet appareil à l'effet des électro-aimants de M. Ruhmkorff, on trouve qu'une colonne d'eau de 60 centimètres n'y produit pas une rotation plus grande qu'une colonne de 60 millimètres dans l'appareil de M. Ruhmkorff: l'action des plaques , qui donnait des rotations de 90 minutes à 1 degré, ne produira plus que des rotations de â à 6 minutes, en les supposant placées dans l'intérieur de l'hélice; et si on les met en dehors, leur action sera tout à fait négligeable. On constate en effet qu'elles ne produisent pas plus de rotation quand le courant passe que lorsqu'il ne passe pas.

575. Remarque sur les varl»ti«iui 4e temi Enfin , il y a dans ces observations une dernière cause d'erreur, c'est réchauffement que le faisceau lumineux ne peut manquer de produire par son action prolongée sur le liquide; l'appareil s'échauffe aussi considérablement par le passage du courant. Coranie les mesures pour chaque raie prennent beaucoup de temps, vu les moyennes que nécessitent les variations de la pile, ces variations de température ont le temps de devenir sensibles et de modifier légèrement les propriétés optiques des substances; cependant il ne faut pas en exagérer l'influence, car des variations de 5o à 60 degrés ne feraient

que les modifier assez Faiblement. Mais, d'autre part, les variations de température produisent dans les liquides des courants qui donnent lieu à des réfractions irrégulières et rendent les observations impossibles, à moins qu'on ne puisse attendre assez longtemps pour que l'équilibre de température soit établi. On évite ces inconvénients en séparant le tube à liquides des parois de l'hélice par un manchon rempli ifMtti Dai variations de 3 à & d^gréa uini \Wi h Hitf négligeable,

576, MHNMrtilMi ^iHi fipamn d'aMNMMPVW Èê^êwm^ ■«•

Mie« *i «pwlnff -- II eat UOB dispopition qui parant ^^\»erver

toujouri faoiiemant laa raiaa dy «paotra av^a laa(|iiallai la bande

noire doit être amenée en coïncidence : elle consiste à déplacer la fente et à la placer après les tubes contenant les liquides, au foyer d'un collimateur qui enverra sur le prisme des rayons parallèles. Le collimateur, le prisme et la lunette forment alors un spectroscope , et pour donner au phénomène plus d'intensité il est avantageux de recevoir sur une lentille cylindrique les rayons polarisés que l'on fait tomber sur la fente du collimateur.

577. manière d'amener en eolneidenee le« raies et lee iMindes naires. — Pour obtenir de bons résultats par la méthode de MM. Fizeau et Foucault, on n«» peut se contenter déjuger à l'œil de la coïncidence d'une bande noire avec une raie du spectre. Le peu d'éclat de celui-ci empêche qu'on distingue la raie dès qu'elle commence à être couverte par la région sombre qui avoisine la ligne noire. M. Wiedemann met d'abord le réticule d'un oculaire positif en coïncidence avec la raie, puis amène le milieu de la bande sous le iil du réticule. Ce procédé vaut mieux que celui de M. Arndtsen, qui faisait coïncider le fil avec les bords de la bande obscure, bords toujours mal définis.

D'ailleurs, pour les raies D, E, F, situées dans la partie la plus brillante du spectre, la méthode de M. Wiedemann laisse peu ii désirer; les nombres trouvés diflèrent au plus de 5 à lo minutes. Mais avant la raie C et après la raie G, le spectre est si peu lumineux que tout s'éteint sous la bande noire.

IIHO LE(:UNS SI,K L'OPTIQUB.

Et DiAine |iimr les raies ('. pI G, Il misle une cause d'erreur facile » roncevoir; ces raies sont .silut'cs en des points où l'inlensitp lumineuse décroît rapidement (fij;. 3 'i i ), el lorsque la ligne noire coïncidera avec une de ces raies, l'obscurité se prolongera inégalenienl de chaque côté; il suit de là que le milieu de la région obscure n'est

pas du tout la ligne noire; de plus, une seule des limites de la région obscure sera assez tranchée pour ^.tre observée, el cela ne sullîl Liullemeut pour déterminer le point qu'il faut amener sur la raie.

Le moyen le plus satisfaisant pour obvier à cette difficulté consiste à armer l'œil d'un verre de couleur rouge pour C. bleu ou violet pour G; on affaiblit ainsi beaucoup le jaune cl le vert, ce qui iliminue l'efTct du contraste: el de plus on a l'avantage d'avoir le maximum d'intensité lumineuse tout près de la raie qu'on observe. On est donc dans les meilleures conditions pour opérer.

Toutefois, on n'observe piis au delà de C et de G; on n'a donc que cinq déterminations à eiïectuer; la longueur d'onde varie dans cet intervalle entre des limites nui sont entre elles environ couune -estai.

578. Bé«rtt»Mi dca otoervKtl»!». — La loi qu'on devait s'attendre à trouver est naturellement relie qu'on croyait exister pour certains liquides actifs par eux-mêmes : c'est la loi de la raison inverse du carré des longueurs d'onde.

Une expérience de M. K. Becquerel semblait confirmer cette idée. Ce physicien avait placé un verre pesant entre tes branches de l'appareil de M. RuhmkorfT, et en avant une dissolution de sucre capable de rétablir la teinte de passage par une rotation égale et contraire à celle que produisait le verre. Si les lois de la rotation sont les

POLARISATION «OTATOIRE MAGNÉTIQUE. 1011

mêmes pour le verre et le sucre, tout phénomène rolatoire doit disparaître, el c'est ce qu'il crut reconnaître.

Mais, pour apprécier la valeur de cette observation, supposons que la rotation produite par le sucre soit de i!) degrés pour le rouge, de 16 degrés pour la teinte de passage, de a 8 degrés pour le violet; qu'on superpose à ces rotations celles qui sont produites par le verre pesant, savoir : — 1 0 degrés pour le rouge, — 1 6 degrés pour le passage du rouge au violet, et — 36 degrés pour le violet. Il restera des rotations du plan de polarisation : 1 q— to = + a degrés pour les rayons rouges, zéro pour les rayons jaunes moyens, 98 — 36=-8 degrés pour le violet.

Ainsi, sur un espace qui n'aura pas plus de 10 degrés d'étendue, se trouveraient les plans de polarisation de toutes les couleurs; d'autre part, si l'on songe qu'une plaque de (|uar(z de \ de millimètre qui donne des rotations de même ordre ne présente aucune coloration quand on opère avec la lumière d'une lampe ou des nuées, on comprendra que dans le cas actuel toute coloration soit insensible; il en serait de même pour une plus grande diflTérenct* dans les rotations : on ne verrait que des minima sans variations de teintes.

Mais en opérant avec la lumière solaire il reste une coloration très-sensible aux environs de l'extinction; elle prouve que tous les rayons ne s'annulent pas en même temps. Ainsi, tout ce qu'on peut dire, c'est que la loi suppOwsée n'est pas exacte et que les rotations sont d'autant plus grandes que la longueur d'onde est plus |)etite, sans prétendre donner de loi précise.

M. Wiedemann a tiré les mêmes conclusions d'observations sur le sulfure de carbone, mais la précision de ses mesures n'atteignait pas plus de jj de degré et même a degrés. Il déterminait à 5 de degré près les variations que l'hélice produit dans le pouvoir rotatoire des essences de térébenthine et de citron. Ici l'addition du quartz ou d'une dissolution quelconque était inutile, et on mesurait directement les azimuts; les résultats obtenus montrent que la variation du pouvoir rotatoire est pour chaque couleur proportionnelle au pouvoir propre de l'essence relatif à cette couleur.

On a reconnu , au moyen d'expériences assez nombreuses, que

1012 LEÇONS SUR LOPTIQUE.

la marche du phénomène est la même dans le quartz et dans la pluj)art des liquides organiques. La loi de la raison inverse du carré des longueurs d'onde n'est qu'une première approximation de la loi réelle: les rotations varient plus rapidement qu'elle ne l'indique. Ainsi, comparons les rotations à celle qui correspond à la raie E, rotation que nous prendrons pour unité, et soient pour une substance quelconque

les rotations calculées; on trouvera par expérience

et constamment

(;'<;c, ir<;D. f>k, G'>g.

La différence entre une rotation quelconque et la rotation prise pour unité est plus grande que la loi ne l'indique; elle est du reste supérieure aux erreurs d'observation.

C'est sous cette forme qu'il convient de présenter les résultats des expériences. On choisit la relation correspondante à la raie E pour unité, parce que cette raie occupe à peu près le milieu du spectre; il est donc facile de bien déterminer la différence des azimuts suivant lesquels il y a coïncidence de la bande noire avec la raie E, pour deux directions opposées du courant, c'est-à-dire le double de la rotation. On passe ensuite à D, puis on revient à E; on compare la valeur trouvée pour D à la moyenne des valeui's trouvées pour Ë, et ainsi de suite.

Mais on ne pourra se contenter de cette seule série d'observations, à cause des erreurs de pointé de la lunette. Le fil du réticule cache les raies étroites et ne vise pas mieux les raies trop larges, de sorte qu'il faut réitérer plusieurs fois les observations dans un sens, puis en sens contraire. D'après cela, la détermination complète des rotations correspondant aux rin(| raies C, D, E, F, G ne demande pas moins de *3 0 0 à lion lectures d'azimuts.

Il faut avoir soin d'éviter réchauffement et de réduire à peu de

chose les variations de la pile, en se servant de couples de Bunsen récemment préparés.

Avec ces précautions, on trouve que toutes les substances donnent une loi de variations de rotation plus rapide que la loi de l'inverse du carré des longueurs d'onde. De plus, elles se divisent en deux catégories : celles dont l'indice de réfraction ou, ce qui revient au même, le pouvoir dispersif est faible : elles s'écartent peu de la loi énoncée; telles sont l'eau et les dissolutions de chlorure de calcium, de chlorure de zinc et de protochlorure d'élain; les écarts sont irréguliers, difficiles à esmer avec rigueur, car ils dépassent de fort peu les erreurs d'expérience.

Quant aux substances très-réfringentes ou Irès-dispersives, comme les essences d'anis, de cannelle, de cassia, de sassafras, le bichlorurc d'élain, la créosote, le sulfure de carbone, etc., elles offrent avec la loi des différences considérables, qu'il est impossible d'expliquer par des erreurs d'expérience, car elles en sont des multiples assez grands. La loi exacte de la dispersion des plans de polarisation spéciale à une substance donnée est toujours telle que le produit de Ut rotation par le carré de la longueur d'onde aille en croissant de ^extrémité la moins réfrangible à l'extrémité la plus réfrangible du spectre. Ainsi, les pouvoirs rotatoires magnétiques du sulfure de carbone et de la créosote, rapportés à la même intensité du courant, ont présenté les valeurs suivantes pour les principales raies du spectre :

Su ifuj*e de carbone. 5.87.*$ 6*973 9,08a ii,qo6 i5,&75 Crëosote 8,869 6,117 6,7/18 8,870 ii,6'j6

Les produits de ces nombres par les carrés des longueurs d'ondulation exprimées en cent-millièmes de millimètre ont pour valeurs :

Sulfui'e de carbone. a3,iôo 96,175 ;i5,3o8 *)(>,a83 38,69a Ci'éosote 16,669 17,760 18,670 19,683 91,607

Les différences avec la loi de l'inverse du carré des longueurs d'onde sont donc très-grandes pour les liquides dont le pouvoir dispersif est considérable : mais la variation des rotations pour diverses

lOU LEÇONS SUR- L'OPTIQUE.

substances ne suit pas l'ordre des pouvoirs dispersifs, comme on peut le voir par la comparaison des expériences faites sur le sulfure de carbone et la créosote. Si Ton prend, en effet, le rapport de chacun des produits indiqués ci-dessus à leur valeur moyenne, on obbeni les deux séries suivantes :

Sulfure (l(î carbone. 0,909 0,9/19 0,987 1,03^! i«»it9 (iréosole 0.886 0.9 ^^î t>'992 i,o/i3 1,137

La variation relative est donc plus grande dans le cas de la créosolï', et cependant l'indice de réfraction varie bien plus de la raie C îi la raie G, dans le cas du sulfure de carbone, que dans celui de la créosote.

(les résultats présentent une grande importance au point de vue (le la discussion des théories proposées pour Texplication de ces phénomènes^ .

BIBLKHiRAPHIK.

18/1O. Karvdav. Sur de nouvelles relations entre réleclricité, la lumière el

le magnétisme, lettre à M. Dumas, UIhhL, n" ^-jy, el Comptes rendus, Wlï, ii3 (19 janvier 1866).

iH^iH. PouiLLET, Note sur les expériences de M. Faraday, Llwtt., n* 63o.

et Comptes vendus, Wlf, i3.S.

18/16. Desprktz, Projet d'expériences destinées à vérifier si le magnétisme

exerce une action sur la lùnn*èi*e, Comptes rendus, \XII, t/i8.

18 '16. K. Bkcquerkl, Note sur rîiclion du magnétisme sur tous les corps.

Comptes rendus, XX II. ()59, et Ann. de chhn. el de phys., (3). \VIl,/i37.

i8'i6. RcfiMKORFF, Appareil pour répéter les expéiiences de M. Faradav

concernant Tinlluence du magnétisme sur la lumière. Comptes rendus, XXIII, Iw], et Ann, de chim. et de phys,, (3), WIII, 3 18.

I >^fii}. BroT, Rapport sur mi appareil construit par M. Ruhmkorff poiu* faci-

liter Texhibition des phénomènes optiques produits par les corps transparents lorsqu'ils sont placés entre les pôles contraires d'un aimant d'une grande puissance. Comptes rendus y XXIII. Ô38.

r\ '*^ V«ir l. I, p. îi^iô.

t8A6. Faraday, On tbe magnetization oï lighl and the illumination ofniagnetic linps of forces, Expérimental Researches on electricity, 19"* séries; Phil, Traus. f. 18A6, 1 ; Pogg, Ann., LXVIII, io5. (186GK et LXX, 983 (18/17); ^^«^- ^^'> (3). XXIX, 53.

18/16. Warthan.n, Sur les moyens de rendi*e sensibles par des phënoniènes caloritiques les modifications moléculaires que produit dans les corps Taction des aimants. Compte» rendus, XXII. 7/16; Pogg. Ann,, LXXl, 673, etylrcA. des se, phys. et natur., l, 4 17.

1866. AiRY, On the équations applving to light under (he action ofmagne-

tism, Phil. Mag,, (3). XXVm, 469.

18/46. BôTTGER , Ueber Faraday 's neueste Entdeckung die Polarisationsebene

eines Lichtstrahis durch einen kràfligen Elektromagneten abzu-

lenken, Pogg. Ann., LWII, «îgo.

18/16. BôTTGER, Ueber die durch einen kràfligen Ëlektromagnet bewirkte,

im polarisirten Lichte sich kundgebende Molekularverànderung

fliissiger und lester Kôrper, Pogg. Ann., LWII, 35o. 18/16. Brocii , Bestimmung der rotirenden Molekularkraft des Bergkristalls

durch cine iieue, aufallechromatischen Phânomene anwendbare

Beobachtungsmethode , Dot?e*9 Hepert. der Physik , VU, 11 3.

1 867. Matthiksskn , Description expérimentale du pouvoir rotatoire par in-

fluence magnétique d'un grand nombre de composés transparents. (Comptes rendm, XXIV, 969.

18/17. \i\TTHiKssE> , Etude des effets rotateurs produits par les pôles

d'un électro-aimant sur les solides transparents. Cotnptes rendus, X\V, tjo.

18/17. Matthiessriv , Liste des composés vitrifiés qui produisent une rotation

du plan de polarisation plus grande que le verre pesant de Faraday, Comptes rendus, XXV, 173, et Pogg. Ann., LXIIl, 65. 71 et 77.

18/18. Bkrti>. Mémoire* sur la polarisation circulaire magnétique; loi des

variations de son intensité avec l'épaisseur delà substance soumise à faction du magnétisme et sa distance aux pôles de Télectroaimant. Comptes rendus. XXVI, 316, Ann. de chim. et de phys., (3), XXIII, 5.

186H. Mac Cullagh, An essay towards a dynamical theory of cristalline

reflexion and réfraction, Trans. Ir. Acad., XXI, 17.

i8/i8. .Matteucci, Note sur finfluence du magnétisme sur le pouvoir rotatoire de quelques corps, Ann. de chim. et de phys., (3), XXIV. 35/j.

18/19. Bkrtix, Note sur les phénomènes de polarisation magnétique observés dans les verres trempés et dans les parallélipipèdes de Fresnel, Comptes rendus , XXVIII, 5oo.

1 8^19. |)k lv Provostayk et P. Desains. Rotation du plan de polarisation de

10t6 BIBLIOGRAPHIE.

la chaleur produite par le magnëtisuie, Ann^deckim. et dephys.,

(3),XXVU,-^3a.

18/19. Matteucci, Note sur la rotation de la lunii^ polarisée sous Fin-

fluence du magnëtisme et sur les phënoinènes diamagnétiques eu

général , Ann, de ehim, et de pkys. , ( 3 ) , X.XVIII, 698. 1 85 o. E. Becquerel , Comparaison de la rotation circulaire magnétique avec

les attractions ou répiilsions produites par les mêmes substances,

Ann, de chim, et de phyg., (3), XXVIII, 33 &. i85i. Wertheim, Mémoire sur la polarisation chromatique produite par

une compression, Comptes rendus, XXXII, 389. i85i. Wiedemann, Ueber die Drehung der Polarisationsebene des Lichtes

durch den galvanischen Strom , Pogg, Ann., LXXXII, 91 5. 1 85 3 . ËDLDND , Ueber die Ëinwirkung des Magnetîsmus auf einen gradlinien

polarisirten Lichtstrahl bei dessen Gang durch comprimirtes

Glas, Ann, derChem, und Pharm,, LXXXVII, 338. 1 85 /i . Verdbt, Recherches sur les propriétés optiques développées dans les

corps transparents par Taction du magnétisme, première partie.

Comptes rendus, XXXVIII, 61 3, et Ann. de ehim, et de pkys.,

(3), XLI, 370; deuxième partie, Comptes rendus, XXXIX, 5&8,

et Ann. de ehim, et de phys., (3), XLIII, 87 (i855); troisième