DESCRIPTION DES APPAREILS ET DE LA MÉTHODE D'EXPÉRIENCES

Bien que la machine de Page soit connue des physiciens depuis assez longtemps, j'indiquerai avec quelque détail la forme et les dimensions de celle dont j'ai fait usage, afin qu'il soit plus facile de juger des conditions où je me suis placé (2) .

Sur une planche de chêne M (fi g. i, p. 48) repose un aimant ABCD, dont les branches ÀG et BD sont des cylindres d'acier de 9 s centimètres de long et de 36 millimètres de diamètre, terminés, comme on le voit sur la figure, par deux cônes émoussés de 8 millimètres de hauteur. La partie CD est une plaque de fer doux de 18 centimètres de longueur sur 6 centimètres de hauteur et 18 millimètres d'épaisseur. Chaque cylindre occupe la cavité inté-

M Lettre à M. Gay-Luaasac sur les phénomènes électro-magnétiques {Annaift de chim»*t<bpky$iqu4 f a* série, (. LI).

* S) M. Bréguet a bien voulu diriger lui-même la construction de notre appareil.

rieore (fane bobine de 1 5 centimètres de longueur et de 3^ millimètre* de diamètre intérieur, construite arec du fil de cuivre de o"",*5 de diamètre, deux fois recouvert de soie. 11 y a sur chaque

bobine environ 7&00 tours ou à peu près 9700 mètres de fil. Deux extrémités des deux bobines son! réunies ensemble au point R; les deux autres viennent se fixer par des vis de pression en V et V. La plaque métallique mobile PP' est un rectangle de 11 centimètres de longueur et de ia millimètres de largeur, qu'on fixe à l'aide de deux vis de laiton sur la pièce de laiton L. Cette pièce de laiton est fixée à l'extrémité d'un axe cylindrique d'acier, qu'on met en mouvement a l'aide de la roue dentée de bronze GF et d'un pignon qui ■est pas visible sur la figure"'. L'axe, et par conséquent la plaque, fo«l dix révolutions pendant une révolution de la grande roue. Le 1 de rotation s'obtient à l'aide de la main et n'est, par •ut, jamais rigoureusement uniforme; mais, avec un peu 1, il est facile d'obtenir toujours à peu près la même vitesse

—i «aeulaira et la poailion symétrique de l'oie d'acier el de la pièce de laiton MtfMt d'exweer incline action inductrice sensible sur le* bobine», ainsi que m mw* fhlimn foii on supprimant la plaque métallique et faisant marcher k. QaaM à h gnnda roua dn liront» , elle eal trop éloignée de l'aimant pour

moyenne, ce qui est suffisant pour des expériences où il esl inutile de chercher la loi mathématique des phénomènes. Mon aide savait obtenir d'une manière assez constante trois vitesses à peu près uniformes, correspondant à cinq, vingt et quarante tours de la plaque mobile par seconde. Dans tous les tableaux numériques de ce mémoire, ces vitesses sont désignées par les expressions de première, seconde et troisième vitesse, ou par les numéros i , ti et ut.

L'axe d'acier porte un commutateur à l'aide duquel la communication des bobines avec le galvanomètre- est établie seulement pendant une fraction de la rotation. C'est un cylindre de verre portant un anneau de cuivre et, aux deux extrémités d'un même diamètre, deux lames transversales étroites de même métal; sur l'anneau passe un ressort de cuivre Q, qui communique avec le fil L du galvanomètre; un deuxième ressort Q', qui communique avec l'extrémité V du fil des bobines, s'appuie à peu près sur le milieu du commutateur. L'autre extrémité V du fil des bobines , étant constamment en rapport avec le galvanomètre par le fil U', te circuit n'est évidemment fermé qu'autant qu'il y a contact entre le ressort Q' et la lame transversale du commutateur. Le cylindre de verre est mobile à frottement doux sur l'axe de rotation, et peut s'y fixer dans une position quelconque, à l'aide de la vis de laiton qui est marquée S sur la figure spéciale du commutateur (fig. a). Dans la plupart de mes expériences, j'ai fait usage de deux commutateurs : la lame transversale du premier demeurait en contact avec le ressort correspondant pendant un déplacement angulaire de l'axe de ia plaque égal à a o degrés; la lame du second, pendant un déplacement angulaire égal à 35 degrés'».

La planche M, qui supporte l'aimant, et les bobines, peut s'nppro-

"' Les commutateurs en Ivoire, qu'on construit le plus habituellement, m'ont offert un inconvénient très-grave. Le frottement du ressort de cuivre use le surface de l'ivoire, et, ia poussière qui en résulte se déposant en partie sur le» lames de cuivre, le courant peut se trouver arrêté an bout de quelque temps.

Vesdit. I. — Mémoires. h

cher ou s'éloigner à volonté de la plaque mobile à l'aide de la \\s de cuivre X.

Le galvanomètre est placé à h mètres de l'appareil, sur une forte planche de chêne solidement scellée (sans ferrures) dans un mur dV 5o centimètres d'épaisseur. C'est un galvanomètre de RuhmkorfT, a deux aiguilles, contenant 2,000 tours de fil de cuivre de o",3o de diamètre. Les déviations s'observent de loin avec une lunette '". Enfin , ayant spécialement en vue d'étudier l'influence du temps sur l'induction, j'ai du me rendre indépendant de l'influence du temps sur l'aimantation , en substituant à l'aimant de la machine de Page un puissant solénoïde, et comparant les effets des deux appareils.

J'ai donc fait construire un solénoïde formé d'environ 7 o mètres de Gl , de a millimètres de diamètre. Le '"'" fil, recouvert deux foie de

coton, était replié cinq fois en hélice, de manière à constituer un cylindre flexible de 60 centimètres de longueur et de 35 millimètres rie diamètre. Les extrémités étaient introduites dans l'une de» deux hohinoH, à la place des branches de l'aimant, et la partie interné diriire était soutenue par une pièce de bois de même dimenBon qtir In pièce de fer doux CD de la figure 1 , et fixée dans la même niluntion (lig. 3).

KXPéRIKNCBS SUR LES CORPS MAUMÏTIQUES.

I.i'n ronw magnétiques ont dû être les premiers soumis à notre élude Loi» loin connues de l'action inductrice du fer doux étaient iHitir muii« un moyen de contrôler l'exactitude des conclusions que imil» vimlitm» tirer d« nos expériences. D'autrr> part, l'examen des xil|is|tmn<N riiiltlt'iiiPtil, mais certainement magnétiques, telles que

1,1 IMbi iiivcauliuii avait moins pour objet de rendre les lectures plus eiacte» que il'imlnr h» riummlii ilW prottuil* nous la cloche du galvanomètre par le voisinage rlu

les composés ferrugineux, devait nous renseigner sur 4e degré de sensibilité de notre méthode.

Les expériences qu'on va lire nous semblent satisfaisantes à ce double point de vue.

Une plaque de fer doux, animée d'un mouvement de rotation en présence d'un aimant ou d'un solénoïde, peut être regardée comme un aimant qui change périodiquement de situation et d'intensité. En même temps, des courants induits s'établissent dans son intérieur comme dans tont autre corps conducteur, mais leur effet est négligeable devant l'effet de l'aimantation , ainsi qu'on le verra plus loin par la comparaison des expériences relatives au fer doux, et des expériences relatives à l'argent et au cuivre rouge. Nous en ferons abstraction dans tout ce paragraphe.

Considérons d'abord le cas où la plaque mobile est aimantée par l'influence d'un solénoïde. Prenons la plaque dans une position telle (6g. 4), que sa plus grande dimension MN , que nous appellerons son aie, soit perpendiculaire à la ligne des pôles AB, et supposons que le sens du mouvement soit indiqué par les flèches de la figure. Pendant le premier quart de révolution , Taxe s' approchant de la ligne des pôles , les lois élémentaires de l'induction indiquent qu'il doit se développer dans le fil des bobines un courant de direction contraire au courant du solénoïde. Nous appellerons ce courant, pour abréger le discours, un courant négatif. Pendant le deuxième quart de révolution, l'axe de la plaque s'éloignant de la ligne des potes jusqu'à la position perpendiculaire, le courant induit doit être positif, c'est-à-dire de même sens que le courant du solénoïde. Pendant le troisième et le quatrième quart de révolulion, les mêmes phénomènes doivent se reproduire sans aucune différence.

L'expérience n'est pas entièrement d'accord avec ces indications de la théorie. Une plaque de fer doux , de 1 1 centimètres de longueur, k9 millimètres dp largeur et 8 millimètres d'épaisseur, ayant

été fixée sur l'axe de noire machine , et le commutateur ayant reçu successivement diverses positions, de manière à observer l'action exercée sur le galvanomètre par les courants induits durant le passage de la plaque d'une position angulaire quelconque à une autre position angulaire différente de 20 degrés, nous avons constamment reconnu que le changement de direction des courants induits n'avait pas lieu au moment précis indiqué par la théorie, mais quelque temps après. •:•;.,'

Le tableau suivant expose les résultats d'une série d'expérimees. La première colonne indique la période de la rotation pendant laquelle le commutateur laisse circuler le courant; le signe -(-signifie que, durant cette période, l'axe de la plaque va en s'éloignant de la ligne des pôles, et le signe— qu'il va en s'en rapprochant. Ainsi la notation de + aoà + /io correspond à l'effet observé pendant que l'angle formé par l'axe de la plaque et la ligne des pâles a varié de 20 a 4o degrés. Les colonnes marquées 1, 11 et ni contiennent les effets observés en donnant successivement à la plaque les trois vitesses définies plus haut, le commutateur conservant une position constante. On n'a d'ailleurs inscrit que la déviation initiale de l'aiguille dans chaque expérience; on n'a pas observé la déviation stable, la disposition des expériences ne permettant évidemment pas d'obtenir de véritables mesures (1) .

Dans l'expérience dont je donne les résultats, le solénoîde était traversé par le courant de 10 éléments de Bunsen. La distance du plan de rotation de la plaque aux extrémités du solénoîde était de 6 millimètres.

De 90

De — 70

De - 60

h — ho

- Ho

De - /10

De — ûo

De

- ho

De 4- 9.0

à 4- ho

De 4- 60

De 4- 5o

De + 70

(') Dans toutes ces expériences, aussi bien que dans les expériences relatives aux corps

On voit que le courant induit demeure quelque temps encore positif, après que la plaque a commencé" a se rapprocher de la ligne des pôles, et que, pour de grandes vitesses de rotation, il peut être négatif pendant que la plaque commence à s'éloigner de la ligne des pôles (l) . Ainsi , sî Ton représente par des abscisses négatives les angles

formés par l'axe de la plaque et la ligne des pôles pendant la période de rapprochement, par des abscisses positives les mêmes angles pendant la période d'éloignement, et par des ordonnées les intensités correspondantes des courants induits, la théorie assigne à la courbe ainsi construite une forme analogue à celle de la figure 5 , et l'expérience une forme analogue à celle de la figure 6 , les points ou l'ordonnée change de signe s'étant d'autant plus déplacés que la vitesse de rotation a été plus grande.

La seule explication qu'on puisse donner de ces différences consiste à admettre que l'aimantation n'est pas un phénomène instantané, et qu'en conséquence le maximum et le minimum d'intensité du magnétisme de la plaque n'ont pas lieu au moment précis ou son aie est parallèle ou perpendiculaire à la ligne des pôles, mais quel-

non magnétiques , oo a compare de deux manières différentes les deux périodes du mouvement. Tantôt , pour chaque position du commutateur, on a fait tourner les plaques dans les deux sent opposés, et il a suffi, pour une expérience complète, de faire varier la position du commutateur entre des limites éloignées de go degrés l'une de l'autre; tantôt on a toujours fait tourner les plaques dans le même sens, mais en faisant varier la position du commutateur entre des limites éloignées de 1 8o degrés. Les deux méthodes ont donné des résultats tout semblables, et cette concordance aufiit pour écarter diverses objections qu'on aurait pu tirer de la disposition du commutateur.

(1 > H est même probable qu'avec un comiuutiitoiir plus élroîl celte anomalie aurait pu s'observer pour de petites vitesses de rotation.

que temps après que cette position a été dépassée. De là le déplacement des limites où le courant induit change de signe (1) .

Lorsqu'on remplace le solénoïde par un aimant, l'action inductrice qui vient d'être analysée subsiste toujours, mais il s'y en ajoute une autre, la variation de l'intensité de l'aimant qui résulte du mouvement de la plaque. Il est même facile de voir que cette action l'emporte de beaucoup sur la précédente et détermine la marche générale des phénomènes. À cet effet, l'aimant étant placé dans les bobines de l'appareil, et la plaque de fer doux étant retirée, on approche de l'extrémité d'une des bobines un petit conducteur fermé, traversé par un courant voltaïque. On observe un courant induit, développé à la fois par l'action directe du courant mobile sur les bobines, et par le changement temporaire de l'intensité de l'aimant. Si l'on recommence la même expérience, après avoir retiré l'aimant, de manière à ne laisser subsister que l'action inductrice directe, le courant induit qui s'observe n'est qu'une petite fraction (au plus un huitième dans mon appareil) du précédent.

C'est donc aux variations temporaires de l'intensité de l'aimant qu'on doit attribuer le principal rôle dans le développement des courants de la machine de Page W. D'ailleurs les lois élémentaires de l'induction indiquent des effets exactement analogues à ceux qui viennent d'être analysés. La plaque de fer s'éloignant de la ligne des pôles, le magnétisme de l'aimant diminue d'intensité, et il y a induction d'un courant de même sens que les courants particuliers de la théorie d'Ampère, c'est-à-dire d'un courant positif. La plaque se rapprochant de la ligne des pôles, l'intensité magnétique augmente, et le courant induit est négatif. La loi théorique des phénomènes peut donc être représentée par une courbe analogue à celle de la figure 5 ; l'influence du temps sur l'aimantation doit encore déplacer les points où la direction du courant change de signe, de façon que les phénomènes puissent être représentés par la courbe de la ligure 6.

(l) Celle durée sensible nécessaire au phénomène de l'aimantation est bien connue des constructeurs de machines électro-magnétiques et de télégraphes électriques.

(i) Ces variations du magnétisme d'un aimant d'acier trempé n'ont rien qui doive surprendre. Des faits Irès-nomhreiix oui promé depuis fort longtemps que l'acier trempé,

Ul.

L'expérience confirme entièrement ces prévisions. Voici le tableau d'une série d'observations prises parmi plusieurs autres tout à fait semblables. Le galvanomètre employé était toujours le même; mais, à l'aide d'une dérivation, on ne laissait circuler dans le galvanomètre qu'une très-petite fraction des courants induits. Les notations

sont les mêmes que ci-dessus :

De — 90° à — 70* H- ii*

De — 70 à — 5o — 17

De - 60 à - 4o - 35

De- 4o à- 30 -58

De — ao à o — 5i

De o à 4- ao — a/i

De -+• 30 à -h 4o -+• 3o

De + 4o à + 60 •+- k\

De + 5o h + 70 -+-53

De h- 70 à h- 90 -h 38

Si même on compare ce tableau à celui de la page 5s , on reconnaît que l'influence du temps est beaucoup plus sensible avec l'aimant qu'avec le solénoïde. La cause de cette différence est probablement dans la différence de l'acier trempé et du fer doux, et peut-être aussi dans une réaction des courants induits sur le magnétisme de l'aimant, semblable à la réaction des courants de la machine de Clarke sur le magnétisme du fer doux que M. Lenz a découverte et étudiée'".

Quoi qu'il en soit, il est résulté de ces expériences la nécessité de substituer le solénoïde à l'aimant dans mes recherches sur les métaux non magnétiques, toutes les fois que l'intensité des phénomènes l'a permis.

Après le fer doux, il m'a paru intéressant d'examiner d'autres corps magnétiques. Je n'ai pas eu à ma disposition de nickel, ni de cobalt métallique; mais avec des substances bien moins magnésous l'influence d'un aimant ou d'un courant extérieur, peut éprouver des changements d'aimantation qui disparaissent dès que cette influence a cessé d'agir. On trouve un résumé et une discussion complète de ces phénomènes dans le mémoire de M. Poggendorff ayant pour titre : Sur quelques phénomènes d'aimantation (Pogg. Annalen, t.XLV).

l f) Mémoire sur l'influence de ta vitesse de rotation dans les machines électro-magnétiques (Pogg. Annakn, t. LXXVT).

tiques, telles que les principaux composés du fer, j'ai tenté des expériences qui m'ont entièrement réussi (l) . Ces substances étaient réduites en poudre et placées dans de petites boites de bois, ayant exactement les dimensions des pièces de fer doux. On les mélangeait avec un peu de mastic, afin de donner aux grains de poudre un degré de cohérence suffisant (f) .

Voici les résultats de deux séries d'expériences comparatives qui se rapportent au sulfure et à l'oxyde de fer. Le sulfure avait été préparé en précipitant par le sulfhydrate d'ammoniaque une dissolution de sulfate de fer; l'oxyde était du colcothar, obtenue la manière ordinaire.

Dans la première série d'expériences, on a fait usage du solénoïde traversé par le courant de qo éléments de Bunsen. En raison de la faiblesse des courants induits, on a pris un commutateur qui établissait la communication pendant une partie de la rotation égale à 35 degrés. On a obtenu les effets suivants :