Actions sonore, thermique et lumineuse par aimantation sur métaux

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   Les sons qui proviennent de vibrations longitudinales, lorsque les fils ne sont pas bien tendus, sont accompagnés d'un bruit particulier, d'une crépitation semblable à celle de l'étincelle électrique; il faut donc, pour que le son soit bien pur, que le fil ait une tension suffisante; au delà d'une certaine limite, l'aptitude des fils de fer doux à rendre les sons diminue. Les sons dus au passage des courants électriques dans les fils de fer et dans les tiges de ce métal doivent être rapportés probablement à une expansion subite des molécules, comme cela semble résulter des expériences de M. Beatson.

Les changements moléculaires qui ont lieu dans le fer aimanté sont encore rendus sensibles par une expérience de M. Grove, qui montre qu'une armature en fer doux éprouve une élévation de température de plusieurs degrés quand on l'aimante et qu'on la désaimante successivement à l'aide d'un aimant extérieur. Les métaux autres que le fer, le nickel et le cobalt, ne donnent lieu à aucun changement moléculaire de cette nature, ni à aucun son appréciable; il se produit néanmoins dans les corps autres que les métaux magnétiques des actions particulières d'une autre nature, et que nous «lions étudier.

Polarisation circulaire magnétique. M. Faraday a découvert qu'un puisant électro aimant peut agir 'sur une substance transparente, de telle sorte que, si un rayon de lumière polarisée traverse cette substance dans la direction de la ligne des pôles ou de l'axe magnétique, le plaq.de polarisation de ce rayon est dévié soit à droite, soit à gauche de l'observateur, suivant la direction de l'aimantation. L'action des aimants puissants est donc capable de modifier l'état moléculaire de tous les corps transparents, et de leur faire acquérir, pendant que l'influence magnétique dure, les mêmes propriélés optiques que celles que possède naturellement le quartz parmi les corps solides minéraux, et un certain nombre de corps tels que le sucre, l'acide tartrique, l'essence de citron, l'essence de térébenthine, etc., parmi les substances organiques.

On peut mettre en évidence le phénomène remarquable découvert par M. Faraday à l'aide des appareils disposés comme il suit:

On fixe solidement un fort électro-aimant ABC sur une table, de façon que le plan passant par les deux faces terminales du fer doux soit horizontal et à la hauteur de l'ouverture du volet d'une chambre obscure ou d'une lampe O. Sur chaque branche de ce fer à cheval, on place des masses parallélipipédiques de 1er doux DE, D'E', de même largeur que le diamètre du fer. Ces masses de fer sont per-

-cées à la partie centrale, dans toute leur longueur, d'une ouverture cylindrique de 1 à 2 centimètres de diamètre, et on les dispose de façon que les deux ouvertures et celle de la chambre obscure soient dans le prolongement de l'une et de l'autre; on peut, en outre, approcher ou éloigner ces masses de fer l'une de l'autre et les maintenir fixes dans la même position à l'aide de vis sans que les ouvertures cessent de se correspondre. *

Les substances sur lesquelles on veut agir sont placées entre ces morceaux de fer en a, de sorte que, les pôles de ces derniers agissant normalement, la ligne magnétique se trouve être A direction du rayon lumineux, et on observe les phénomènes à travers les ouvertures longitudinales des fers doux. Ces masses aimantées par influence DE, D'E', augmentent de beaucoup les effets, et comme leur intensité polaire croît à mesure qu'on les approche l'une de l'autre, on peut rendre sensible l'action du magnétisme sur des plaques transparentes de quelques millimètres d'épaisseur.

La lumière blanche des nuées ou de la lampe O tombe d'abord sur un prisme de Nichol P' situé en avant de l'électro-aimant, et fixé en D' au morceau de fer D E'. Ce prisme sert donc de polariseur. La lumière, une fois polarisée, passe à travers les ouvertures des masses de fer, et traverse par conséquent la substance transparente o placée entre elles ; elle est reçue ensuite de l'autre côté de l'électro-aimant sur un second prisme de Nichol P nommé prisme oculaire , ou sur un prisme biréfringent adapté au centre d'un cercle divisé perpendiculaire à la direction des rayons lumineux. On emploie le prisme de Nichol P quand les effets à observer sont faibles, et on lui substitue le prisme biréfringent dans le cas contraire. Desmouvements d'alidades permettent de tourner les prismes dans tous les azimuts possibles (E. Becquerel).

L'appareil suivant, construit par M. Rhumkorf, est également commode pour faire ces expériences:

AB, CD, sont deux électro-aimants rectilignes fixés en M el en S aux deux côtés d'un bâti en fer doux MNRS. Un courant électrique, en circulant dans les deux hélices AB, CD, peut aimanter fortement les deux électro-aimants. La disposition est telle que les deux pôles B etC, situés en face l'un de l'autre, sont deux pôles contraires. Comme le bâti est en fer doux, il forme armature, et l'action magnétique des deux autres extrémités A et B se trouve détruite. Il résulte de cette disposition que l'on peut placer un corps entre les pôles contraires B et C, et qu'il sera ainsi soumis à une puissante action magnétique. Afin que l'on puisse juger de l'effet optique exercé dans cette action, les fers doux sont percés longitudinalement de part en part, comme les fers doux de l'appareil représenté figure 174, et que l'un de nous a employé pour la première fois; des appendices E et F, d'un diamètre un peu moindre que celui des barreaux de fer, servent à augmenter l'intensité magnétique exercée dans un espace déterminé. Les extrémités 0 et 0' sont munies de prismes de Nichol, et les autres dispositions de l'instrument sont analogues à celles qui ont été indiquées pour l'appareil précédent.

La figure 175 représente un petit barreau suspendu entre les pôles pour examiner les effets d'attraction et de répulsion; mais, quand on veut étudier l'action exercée sur les corps transparents,on enlève le petit barreau et on place les derniers sur un support entre E et F, comme on l'a fait dans l'appareil représenté figure 174.

Après avoir placé la substance entre les surfaces polaires des fers doux d'un des deux appareils qui viennent d'être décrits, on commence par tourner le prisme oculaire analyseur de façon à croiser les deux prismes de Nichol et à éteindre l'image vue au travers de la substance avant l'aimantation. Aussitôt après le passage du courant , la substance transparente est influencée, et l'image reparaît avec plus ou moins d'intensité, suivant la nature de cette substance : le courant cesse-t-il, l'image disparaît.

Ce phénomène est une rotation du plan de polarisation. M. Faraday a trouvé que le sens de cette rotation ne dépend pas des substances , mais de la direction de l'axe magnétique, et que, lorsque le pôle austral est du côté de l'observateur, elle a lieu vers la droite, tandis qu'elle a lieu vers la gauche lorsque c'est le pôle boréal. Lorsque l'on opère avec la lumière blanche, alors, au moment où les pôles magnétiques influencent la substance, l'image de l'ouverture de la chambre obscure paraît colorée en bleu blanchâtre. Si l'on tourne le prisme oculaire pour diminuer l'intensité de cette image, elle paraît bleue avant le zéro, et rouge après, quel que soit le sens de la rotation.

Si l'on place l'écran de façon que le rayon de lumière polarisé le traverse perpendiculairement à l'axe des pôles de l'électro-aimanl, on n'observe aucun effet. Mais si le rayon lumineux est incliné sur l'axe d'aimantation, M. Verdet a démontré que la rotation du plan de polarisation est proportionnelle au cosinus de l'angle compris entre la direction du rayon de lumière et celle de l'action magnétique.

Le phénomène se produit dans le même sens sur les différents corps transparents que l'on peut essayer, soit solides soit liquides, mais à un degré plus ou moins fort, suivant leur nature (Faraday). Les corps cristallins eux-mêmes manifestent ces phénomènes, et même ceux, comme le quartz, etc., qui ont un pouvoir rotatoire naturel ; seulement il faut faire en sorte que l'action primitive de la substance ne nuise pas à l'effet produit par le magnétisme : pour cela, s'il s'agit du quartz, on forme des plaques de cette substance par la juxtaposition de morceaux qui sont doués naturellement de propriétés rotatives contraires, et qui au commencement de l'expérience ne donnent aucune déviation du plan de polarisation ; puis on opère avec ces écrans mixtes comme avec des corps amorphes. Entons cas, dans ces substances, les effets sont plus faibles que dans d'autres corps (E. Becquerel).

Lorsque l'on comprime ou tord les corps soumis à l'action de l'aimant, il y a diminution dans la rotation circulaire magnétique; comme les actions moléculaires font naître la double réfraction dans les corps, et que les substances biréfringentes offrent une action plus faible que les autres, il n'est pas étonnant que le phénomène présente moins d'intensité (Matteucci, Wertheim).

M. Faraday a observé ces effets pour la première fois avec du verre pesant (silico-borate de plomb), qui manifeste le phénomène à un haut degré. Pour donner une idée de l'étendue de la rotation, nous dirons qu'avec un prisme de 3 ou 4 centimètres d'épaisseur et un appareil semblable aux précédents, si l'on fait usage d'un courant provenant de vingt couples de Bunsen, on peut avoir de 15 à 20 degrés de déviation du plan de polarisation.

Les substances qui manifestent la rotation au plus haut degré sont les silicates et les chlorures. D'après M. Mathiessen, la base qui donne aux verres l'action la plus énergique est l'oxyde de plomb; puis viennent les combinaisons de bismuth, d'antimoine, de zinc, de mercure et l'argent. La rotation se manifeste aussi dans des verres à bases magnétiques, mais probablement avec moins d'énergie.

L'action pour un même écran est proportionnelle a l'épaisseur de la substance traversée par la lumière, mais à intensité magnétique égale. Or, comme la distribution du magnétisme dans les masses de fer doux est fort compliquée, on ne peut connaître la loi suivant laquelle change la rotation quand on augmente la longueur des écrans et qu'on écarte les surfaces polaires des appareils ordinaires. M. Verdet a employé une disposition qui lui a permis de comparer l'action magnétique avec le phénomène optique : elle consiste à augmenter la dimension des faces polaires qui reçoivent l'action magnétique; pour cela il a terminé les pôles des électro-aimants de l'appareil représenté figure 175 par des lames circulaires de fer un peu larges, et a formé des électro-aimants circulaires dont nous parlerons dans les livres suivants. On peut alors déplacer un corps dans le champ magnétique compris entre ces deux lames sans que l'action change d'intensité. Ce point établi, il est évident que l'on peut vérifier la loi de l'épaisseur, en mesurant séparément l'intensité magnétique de l'appareil, puis la rotation du plan de polarisation, et les comparer l'une à l'autre.