Recherches sur les propriétés magnétiques des corps à diverses températures.

Les corps se divisent, au point de vue de leurs propriétés magnétiques, en trois groupes distincts : les corps diamagnétiques, les corps faiblement magnétiques, les corps ferro-magnétiques. À première vue, ces trois groupes sont absolument tranchés. Le but principal de ce travail était de rechercher s’il existe des transitions entre ces trois états de la matière et s’il est possible de faire passer progressivement un même corps par ces trois états. J’ai étudié pour cela les propriétés d’un grand nombre de corps à des températures aussi différentes que possible, dans des champs magnétiques de diverses intensités.

Mes expériences n’ont amené aucun rapprochement entre les propriétés des corps diamagnétiques et celles des corps paramagnétiques, et les résultats sont favorables aux théories qui attribuent le magnétisme et le diamagnétisme à des causes de nature différente. Au contraire, les propriétés des corps ferro-magnétiques et des corps faiblement magnétiques sont reliées intimement.

Le corps à étudier était placé dans un champ magnétique qui n’était pas uniforme et qui était créé par un électro-aimant. On mesurait, dans une étude préalable, le champ magnétique et la dérivée du champ magnétique dans la région utilisée. Les forces agissant sur le corps étaient mesurées à l’aide d’une balance de torsion (fig. 4).

Le corps était porté à une température élevée, tout en étant placé entre les branches de l’électro-aimant. Il était pour cela soutenu par la tige de la balance de torsion au milieu d’un four électrique en porcelaine dure qui était chauffé par un courant électrique circulant dans un fil de platine (fig. 5). On peut, par ce procédé de chauffage dû à M. Ledebœr, obtenir des températures élevées et les maintenir rigoureusement constantes. Le four était seulement ouvert à la partie inférieure pour éviter les courants d’air. Les expériences ont été faites, pour certains corps, depuis la température ambiante jusqu’à 1400°, et j’ai pu dans une enceinte, à cette température élevée, mesurer des forces de l’ordre de grandeur de 1/100 de milligramme.

Le coefficient d’aimantation des corps diamagnétiques est remarquablement constant ; en général, il ne varie pas avec la température d’une façon notable et n’éprouve que des variations peu sensibles lorsqu’il se produit un changement d’état physique, Le bismuth fait exception ; le coefficient d’aimantation du bismuth solide diminue linéairement en valeur absolue quand la température s’élève. Le coefficient d’aimantation spécifique du bismuth devient, par fusion, 25 fois plus faible (fig. 6).

Fig. 6.
Coefficient d’aimantation spécifique de quelques corps diamagnétiques à diverses températures.

Fig. 7.
Coefficient d’aimantation spécifique de l’oxygène à diverses températures.

Le coefficient d’aimantation spécifique des corps faiblement magnétiques varie en raison inverse de la température absolue, et cette loi simple se vérifie pour les corps solides et liquides, et aussi pour l’oxygène gazeux (fig. 7).

Les corps ferro-magnétiques se transforment quand on les chauffe au-dessus d’une certaine température (température de transformation magnétique). Ils deviennent faiblement magnétiques.

J’ai étudié, pour divers champs magnétisants, la manière dont se fait cette transformation. Le coefficient d’aimantation éprouve une baisse considérable quand la température s’élève. Pour une température suffisamment élevée au-dessus du point de transformation, le coefficient d’aimantation devient indépendant du champ magnétisant et varie en raison inverse de la température absolue. Cette loi de variation qui caractérise les corps faiblement magnétiques constitue donc une loi limite pour les corps ferro-magnétiques aux températures élevées (fig. 8 et 9).

La loi de variation de l’intensité d’aimantation en fonction de la température absolue pour les corps faiblement magnétiques est la même que celle qui relie la densité d’un gaz parfait à la température absolue. Cette analogie se poursuit plus loin, et la loi de variation de l’intensité d’aimantation avec la température pour divers champs magnétisants, dans le voisinage de la température de transformation magnétique, est entièrement analogue à la façon dont varie la densité d’un fluide en fonction de la température pour diverses pressions dans le voisinage de la température critique.

Les lois que j’ai trouvées pour la variation des coefficients d’aimantation avec la température, pour les corps magnétiques et diamagnétiques, constituent des conditions bien nettes auxquelles devront satisfaire les théories par lesquelles on cherchera à expliquer ces phénomènes.

Enfin, l’étude des propriétés magnétiques du fer a permis d’obtenir des indications utiles sur les transformations allotropiques de ce métal aux températures élevées. En plus de la transformation avec perte des propriétés ferro-magnétiques qui s’accomplit progressivement vers 750°, le coefficient d’aimantation du fer à l’état faiblement magnétique éprouve des variations brusques à 860° et 1280°.