ANNALES DE CMSUE ET DE PHYSIQUE, 3« SÉRIE, TOMK LU, PAGK

Après avoir déterminé les lois suivant lesquelles les propriétés optiques développées dans les corps transparents par l'action du magnétisme varient avec la grandeur et la direction des forces magnétiques, je me suis proposé de rechercher l'influence que la nature des corps transparents exerce sur les phénomènes, en mesurant, dans des circonstances comparables, les rotations du plan de polarisation produites par des corps de nature très-diverse placés entre les pôles d'un électro-aimant. Les travaux antérieurs des physiciens ne m'ont appris que bien peu de chose sur cette influence. Un petit nombre de déterminations numériques contenues dans les mémoires de MM. Bertin, Edmond Becquerel, Wiedemann, des expériences de M. Faraday, beaucoup plus nombreuses et plus variées, mais destinées simplement à montrer la généralité du phénomène, sans

(,) Les principaux résultais contenus dans ce mémoire ont été résumés dans trois notes insérées aux Comptes rendu* de V Académie de* sciences (séances du 8 septembre i856, du 8 juin et du 6 juillet 1857). [Voir pages i63, 168, i/3.]

SUR LES PROPIÎIÊTES OPTIQUES. ETC. Ml

prendre aucune mesure, sont les seules données que la science possédât lorsque j'ai entrepris mes recherches. Aucune loi générale ne pouvait se conclure avec certitude d'un aussi petit nombre de faits. Je montrerai qu'effectivement celles que l'on avait essayé d'établir ne sont pas exactes.

Pour étudier la question, je n'ai eu qu'à appliquer à un nombre suffisant de substances les méthodes décrites dans mon premier mémoire, en y apportant toutefois quelques modifications qui ont eu pour effet d'augmenter la grandeur du phénomène à observer, ou d'abréger la durée des expériences, sans diminuer en rien la précision des mesures. Aux grosses armatures que j'employais dans mes premières recherches , j'ai substitué des armatures beaucoup plus petites, composées d'une plaque de fer en forme d'octogone régulier, de 1 3 millimètres de côté et de 8 millimètres d'épaisseur (,) . Il en est résulté, toutes choses égales d'ailleurs, un accroissement considérable de l'action magnétique et de l'action optique , et §i en même temps ces deux actions ont cessé d'être conslantes dans toute l'étendue des substances que l'on a placées entre les armatures, ce changement a été sans inconvénient. Lorsque deux substances transparentes quelconques, de même épaisseur, ont été placées successivement «dans la même position entre les armatures de l'électro-aimant, les diverses couches correspondantes de ces deux substances ont été impressionnées par des actions magnétiques égales. Elles ont donc exercé des actions proportionnelles à l'action spécifique des deux substances, et il est facile de conclure de là que les sommes de ces actions optiques élémentaires, c'est-à-dire les rotations totales observées, ont été dans le même rapport que si l'action magnétique, et par suite l'action optique, eussent été invariables dans tout l'espace intermédiaire aux armatures. Il est d'ailleurs évident que ce rapport est la seule chose qu'il importait de déterminer.

L'intensité d'un courant, et par suite celle d'un électro-aimant, ne demeure jamais constante pendant une série d'expériences de quelques jours ou même de quelques heures; des variations plus

(| ) Ce sont les armatures octogonales que M. Ruhmkorff joint à tous ses appareils et qui sont mentionnées dans la première partie de mes recherches, Annabs de chimie et de phyêique, 3* série, t. XLI, p. 4 09. [Voir p. 1 68.]

Vkrdet, I. — Momoiros. 1 ?»

178 SUK LES PR0PK1ÉTÉS OPTIQUES

considérables encore ont lieu toutes les fois que Ton renouvelle les liquides de la pile, ou que l'on change le nombre de ses éléments. Pour rendre mes déterminations indépendantes de l'effet de ces variations, je me suis servi de deux méthodes. Dans la première, j'ai fait précéder et suivre chaque mesure» de l'action optique par une mesure de l'action magnétique exercée au milieu de l'intervalle des armatures de l'éleclro-aimant, et j'ai pris le rapport de l'action optique à la moyenne des deux actions magnétiques mesurées successivement. L'expérience m'a appris que pour chaque substance ce rapport est invariable, tant que les variations de puissance de l'électro-aimant sont comprises entre de certaines limites, bien moins resserrées d'ailleurs que les limites où sont comprises les variations qui se présentent naturellement dans les expériences (1) . 11 m'a été facile par conséquent de ramener toutes les rotations observées à une action magnétique constante par une simple proportion.

Ce procédé de correction exigeait deux systèmes de mesures, des mesures optiques et des mesures magnétiques, et comme, en raison du grand nombre de déterminations que j'avais à faire, il importait d'abréger le temps nécessaire à chaque expérience, je nai pas tardé à y substituer un procédé plus expéditif et tout aussi exact, qui consistait à comparer directement l'action optique de tous les corps a celle de l'eau distillée. A cet effel, tantôt j'ai effectué la mesure de la rotation produite par une substance transparente entre deux mesures de la rotation produite par une épaisseur égale d ? eau distillée:

;,) Ainsi, en faisant passer successivement dans le fil de l'électro-aimanl le courant de 20 éléments de Bunsen cl celui de 10 éléments, j'ai obtenu des actions magnétiques mesurées par les nombres 100,7 et 78,3. Les rotations correspondantes du plan de polarisation produites par une épaisseur de 90 millimètres de sulfure de carbone ont été /i° 1 6' et 3° 18'. Le rapport de la rotation exprimée en minutes! à l'action magnétique a donc été 2,56 2 dans la première expérience et 2,029 dans la seconde; ou peut le regarder comme sensiblement invariable. D'ailleurs la différence entre 100,7 c * 7^*3 excède de beaucoup lu variation que peut éprouver la puissance de l'électro-aimant, dans une série d'expériences prolongée pendant plusieurs jours sans renouveler l'acide nitrique de la pile. Je n'ai jamais laissé cette variation s'élever 'au dixième de la valeur initiale.

Le résultat empirique signalé dans celle note ne pouvait être conclu de la proportionnalité de la rotation et de l'action magnétique que 'j'ai démontrée dans mon premier mémoire; car il n'est pas certain que, lorsque l'électro-aimant varie de puissance, les actions qu'il exerce aux divers points de l'intervalle des armatures varient dans le même rapport.

tantôt, lorsque la pile récemment montée donnait un courant presque absolument constant, j'ai rendu le procédé encore plus expéditif en opérant comme il suit. J'ai soumis d'abord l'eau distillée à l'action de l'électro-aimant , et j'ai déterminé l'azimut du plan de polarisation de la lumière émergente. J'ai remplacé l'eau distillée par la substance à étudier, et j'ai déterminé le nouvel azimut du plan de polarisation; renversant alors le sens du magnétisme de l'électroaimant, j'ai mesuré le déplacement du plan de polarisation qui est résulté de ce changement, et enfin, remettant l'eau distillée entre les armatures, j'ai déterminé un quatrième et dernier azimut. J'ai considéré la demi-différence des deux azimuts relatifs a l'eau distillée, et la demi-différence des deux azimuts relatifs à la substance transparente, comme exprimant exactement les rotations correspondantes à une même puissance de l'électro-aimant (1) .

J'ai toujours déterminé l'azimut du plan de polarisation par l'observation de la teinte de passage. Lorsque le corps étudié est incolore ou faiblement coloré, on sait que la teinte de passage indique la position du plan de polarisation des rayons jaunes moyens; mais il en est tout autrement lorsqu'il s'agit d'un corps fortement coloré, et l'on s'exposerait à de graves erreurs si, pour obtenir le rapport de l'action optique d'un tel corps à celle de l'eau, on comparait sans correction les deux déviations de la teinte de passage. J'ai fait disparaître cette cause d'erreur en ayant soin d'observer la teinte de passage, dans le cas de l'eau distillée, au travers d'une épaisseur de la substance colorée que j'étudiais égale à l'épaisseur de cette même substance que je faisais ensuite agir sur la lumière. Le faisceau lumineux qui arrivait sur l'analyseur avait ainsi, dans le cas de l'eau, la même composition que dans le cas de la substance colorée; la teinte de passage correspondait donc, dans les deux expériences, au plan de polarisation de la même couleur du spectre, et le rapport des déviations de cette teinte faisait connaître le rapport des actions optiques.

Enfin la nature particulière des substances dont j'ai fait choix pour les étudier a rendu nécessaire une autre correction. Afin de

W Voici les éléments complets d'une comparaison de l'eau et du sulfate de nickel en dissolution, effectuée par le second procédé. Les deux liquides étaient employés sous une

n'opérer que sur des corps bien définis et faciles à reproduire dans

épaisseur de Ao millimètres; l'intervalle entre les armatures octogones était de 5o millimètres, et la pile se composait de 30 éléments de Bunsen.

L'eau distillée étant placée dans l'appareil et la puissance do l' électro-aimant mise en jeu, j'ai observé les azimuts suivants de la teinte de passage :

Moyenne 00V1 1 '

Le sulfate de nickel ayant remplacé l'eau distillée, j'ai observé les uzinutt* :

Moyenne 5i°ïi3'Ar)"

Après le renversement du courant, les azimuts de la teinte de passage transmise par I* sulfate de nickel ont été :

Au°3 7 ' 'i<> 3<> '16 33 'il)3i

Moyenne /i(>°3Vi.V

Kuliii, l'eau distillée étant remise à la place du sulfate de nickel, j'ai obtenu une dernier»» série d'azimuts :

/i7°io' A7 l'i '17 i3 A 7 i5

Moyenne /17 e ! V3o w

On déduit de la les valeurs suivantes des rotations :

Eau distillée i°M'i5 w

Sulfate de nickel •? *\ f \ A 5

Pour conclure de ces nombres le rapport vrai de l'action optique du sulfate de nickel à celle de l'eau, il faudrait leur faire subir deux corrections qui seront indiquées plus loin.

On remarquera qu'en prenant la moyenne des azimuts relatifs à l'eau distillée et celle des azimuts relatifs au sulfate de nickel on doit trouver dans l'un et l'autre cas l'azimut du plan primitif de polarisation, et qu'eu conséquence , si les expériences sont bien faites, ces deux moyennes doivent être égales. Elles ont en effet respectivement pour valeur A8 56'A. r >" et A8 5p/; la différence de ces deux nombres est inférieure aux erreurs possibles d'observation.

un état de pureté parfaite, je n'ai opéré que sur des liquides (1) , et il est clair que ces liquides ont dû être contenus dans des cuves fermées à leurs extrémités par des plaques transparentes. En ayant soin de choisir des plaques de verre non trempé , et d'adopter un mode de fermeture tel, que la pression exercée sur les plaques fût assez faible et répartie également sur toute leur circonférence, les plaques n'avaient par elles-mêmes aucune action sur la lumière polarisée. Mais, sous l'influence du magnétisme, elles exerçaient une action sensible qui s'ajoutait à l'action du liquide, et dont il fallait tenir compte. A cet effet , avant d'employer une cuve à mes expériences, j'opérais sur la cuve, successivement vide et remplie d'eau distillée, de manière à déterminer le rapport de la rotation produite par l'action des plaques à la rotation totale produite par l'action simultanée des plaques et de l'eau. Il est facile de comprendre comment la connaissance de ce rapport permettait de corriger toutes les observations faites avec la même cuve. Je répétais d'ailleurs cette détermination toutes les fois qu'il m'arrivait de changer la situation relative de la cuve et des armatures de l'électro-aimant. Dans mes expériences, le double de la rotation du plan de polarisation due à l'action des plaques de verre a varié, suivant la nature des plaques et leur distance aux armatures, de 3o minutes à 1 degré ®. L'épaisseur sous laquelle j'ai employé les liquides a varié de 10 à 5o millimètres.

La température du laboratoire où ont été faites les expériences a toujours été comprise entre 1 2 et 1 8 degrés.

La rotation du plan de polarisation, produite par une épaisseur donnée d'une substance transparente soumise à une action magnétique de grandeur donnée, est une constante physique aussi caractéristique de la substance que l'indice de réfraction ou le pouvoir

(,) Les seuls corps solides qui se prêtent aux expériences d'une manière commode sont les verres , et la composition de ces corps est trop mal définie pour qu'il y ait un grand intérêt à en étudier l'action. Les cristaux uniréfringents, qui pourraient convenir, s'obtiennent si difficilement en échantillons de quelque épaisseur, bien purs et bien exempts de trempe, que j'ai renoncé à en faire usage dans cette partie de mon travail.

(J) On s'étonnera peut-être de voir que j'aie pensé à mesurer avec quelque précision des rotations aussi faibles. Pour montrer que celle mesure est susceptible d'exactitude, je rapporterai les éléments d'une détermination relative aux plaques qui fermaient une cuve de hh millimètres d'épaisseur. l*i distance entre les armatures de l'électro-aimant était de

dispersif. Il convient donc de lui donner un nom, et celui de pouvoir rotatoire magnétique me parait pouvoir être adopté : j'en ferai constamment usage dans la suite de ce mémoire. Je représenterai par l'unité le pouvoir rotatoire magnétique de l'eau distillée; les pouvoirs rotatoires des autres substances seront représentés par leurs rapports à cette unité. J'ajouterai, pour donner une idée de la grandeur des phénomènes observés, que, lorsque mon électro-aimant était aimanté par le courant d'une pile de ûo éléments de Bunsen récemment montée, une épaisseur de 4o millimètres d'eau distillée, placée entre des armatures séparées par un intervalle de 5o millimètres, produisait une rotation égale à i° 5o' environ.

Je me suis d'abord occupé de soumettre à une vérification expérimentale quelques lois que l'on avait cru pouvoir déduire des observations de MM. Bertin et Edmond Becquerel.

Dans son Traité de l'Electricité, M. de la Rive, après avoir exposé

56 millimètres, et le courant uimantateur était fourni par une pile de 10 éléments de Bunsen. Le courant ayant reçu successivement deux directions opposées dans l'électroaimanl, j'ai observé les deux séries suivantes d'azimuts de lu teinte de passage :

;5'i6°;jr 34 7 °i8'

Moyenne... 346°'jp/3o" Moyenne... 34'

d'où Ton conclut, pour le double de la rotation duc à l'action des plaques de verre, 45 3o'. L'accord des observations individuelles est suffisant pour garantir l'exactitude de ce résultat. Je ne me suis pas toujours astreint à déterminer huit fois chaque azimut; quatre déterminations m'ont paru suffisantes en général.

Dans mes recherches précédentes , j'ai négligé cette correction lorsque j'ai opéré sur le sulfure de carbone. N'ayant en effet d'autre but que d'examiner comment l'action du sulfure de carbone variait avec la grandeur et la direction de l'action magnétique, il m'était indifférent que l'action mesurée fût la somme de deux actions distinctes soumises à la même loi de variation. D'ailleurs, par suite de la disposition de l'appareil, la correction dont il s'agit eût été de l'ordre des erreurs d'observation. A cause de la grande dimension des armatures et de leur distance aux plaques de verre , l'action magnétique exercée sur ces plaques était beaucoup moindre que dans mes nouvelles expériences, 011 une grande énergie magnétique se trouvait concentrée dans de petites armatures, rapprochées autanl que possible des corps soumis à leur action.

les principales expériences relatives aux rotations magnétiques du plan de polarisation , et développé quelques considérations théoriques, s'exprime comme il suit (,) :

«Ainsi la force magnétique n'agirait sur l'éther que par l'intermédiaire des particules, et que lorsqu'il est lui-même à un certain état de densité provenant de l'action qu'exercent sur lui les particules entre lesquelles il est logé; et elle agirait d'autant plus fortement que cette densité serait plus considérable. Comme elle ne dépend pas seulement de celle du corps, c'est-à-dire du rapprochement des particules qui le constituent .mais surtout de la nature de ces particules, ce ne sont pas toujours les corps les plus denses qui sont les plus réfringents, et par conséquent qui doivent éprouver la polarisation circulaire magnétique la plus considérable. L'expérience confirme tout à fait cette manière de voir, et si l'on jette les yeux sur le tableau, encore très-limité il est vrai et très-imparfait, des coefficients de polarisation magnétique, on est frappé du fait que les substances se suivent dans ce tableau à peu près dans le même ordre que dans le tableau de leurs pouvoirs réfringents. De nouvelles recherches sont nécessaires pour établir sur des bases plus solides l'analogie que je viens d'indiquer, et surtout pour déterminer la nature de la modification qu'éprouve l'éther sous l'influence magnétique. »

Cette remarque de M. de la Rive a attiré mon attention dès mes premières recherches, et m'a paru digne d'un examen approfondi. La simplicité des lois auxquelles sont soumises les variations des pouvoirs rotatoires magnétiques m'a rendu pendant quelque temps favorable à l'opinion qui rapporte les phénomènes à une action directe des forces magnétiques sur l'éther plutôt qu'à une action des mêmes forces sur la matière pondérable, et j'ai considéré en conséjuence comme très-vraisemblable l'existence d'une relation simple jntre le pouvoir rotatoire magnétique et l'indice de réfraction qui peut, comme on sait, être pris pour mesure de la racine carrée de la densité de l'éther. On va voir que l'expérience n'a pas confirmé mes conjectures.

J'ai, en effet, déterminé les pouvoirs rotatoires magnétiques et

M Tome I M , page 555.

les indices de réfraction moyens d'un assez grand nombre de liquides, dont la plupart étaient des dissolutions salines plus ou moins concentrées (1) . J'ai exclu de cette première étude tous les liquides magnétiques qui, d'après les expériences de MM. Bertin et Edmond Becquerel, me paraissaient devoir rester en dehors de la règle formulée par M. de la Rive. J'ai mesuré les indices de réfractioa à l'aide du goniomètre de Babinet, les liquides étant renfermés dans un excellent prisme de verre construit par M. Brunner, dont l'angle réfringent était de 43°/u'.

L'ensemble de ces mesures m'a fait voir qu'il n'y a pas de relation simple entre les indices de réfraction et les pouvoirs rotaloires magnétiques. On en jugera par le tableau suivant, où j'ai inscrit les résultats de mes expériences, en y rangeant les divers liquides suivant l'ordre croissant de leurs indices.

liquides.

INDICES (le

RÉrB ACTIOS.

Eau distillée

Dissolution de borate de soude

de chlorure de calcium

de carbonate de potasse

de nitrate de plomb

de chlorure de magnésium . . .

de sel ammoniac ....

de protochlorure d'éta in

de chlorure de zinc. .......

de sel ammoniac

de carbonate de potasse

de chlorure de calcium

de protochlorure d'étain

de chlorure de zinc

- de protochlorure d'étain

de nitrate d'ammoniaque. . . .

Chlorure de carbone C* (il*

POUVOIRS

■OT&TOIKBS

magnétiques.

,000 ,ooo ,085 ,o5o ,000 ,127 ,186 ,368 ,34 1 ,371 ,087 ,a3o ,5 a 5 ,507 3,067 0,908 1,966

(,) Presque toutes les dissolutions dont j'ai l'ait usa^c boratoire de chimie de l'fêcolc normale supérieure, par

ont été préparées et dosées au laies soins de M. Debrav.

On voit dans ce tableau que Tordre des indices de réfraction est entièrement différent de l'ordre des pouvoirs rotatoires magnétiques. Ainsi, pour ne citer que les exemples les plus remarquables, le nitrate d'ammoniaque, dont le pouvoir rotatoire magnétique est le plus faible parmi ceux que je rapporte, a un des plus forts indices de réfraction; le chlorure de carbone, plus réfringent que les trois dissolutions de protochlorure d'élain que j'ai employées, a un moindre pouvoir rotatoire magnétique que la moins concentrée de ces trois dissolutions; les dissolutions de chlorure de calcium, de carbonate de potasse et de sel ammoniac, qui ont des indices de réfraction presque égaux, ont des pouvoirs rotatoires magnétiques très-différents.

La règle énoncée par M. de la Rive ne se vérifie donc pas par l'expérience, et le pouvoir rotatoire magnétique des corps ne paraît pas dépendre uniquement de la constitution de l'éther qu'ils contiennent. Il était naturel de se demander s'il ne dépendrait pas plutôt de leurs propriétés diamagnétiques, si par exemple, comme quelques physiciens l'ont supposé, il ne serait pas d'autant plus grand que le diamagnétisme des corps serait plus considérable. Je n'ai pas fait d'expériences directes sur cette question; on verra plus loin que, dans le cours de mes recherches, j'ai eu occasion de la résoudre indirectement et d'une manière négative.

On trouve dans le tableau de la page précédente plusieurs séries de nombres relatifs à des dissolutions inégalement concentrées d'un même sel, qui donnent lieu à une remarque importante. Si l'on suppose que dans la dissolution les molécules de l'eau et les molécules du sel agissent sur la lumière polarisée indépendamment les unes des autres et si, en vertu de cette hypothèse, tenant compte de la composition et de la densité de la dissolution, on calcule l'action exercée par le sel dissous, on trouve pour les diverses dissolutions d'un même sel des nombres proportionnels à la quantité de sel contenue dans l'unité de volume de la dissolution. L'hypothèse se vérifie donc par l'expérience; le sel dissous dans l'eau se comporte comme le ferait par exemple du sucre dissous dans un liquide actif, et le quotient constant de la rotation due au sel par la proportion de sel contenue dans l'unité de volume (densité du sel dans la dissolution)

peut reee\oir le nom de pouvoir rotatoire magnétique moléculaire. J'ai réuni dans le tableau suivant les résultats donnés par les dissolutions de prolochlorure d'étain , de chlorure de zinc et de sel ammoniac.