Détermination du coefficient d'aimantation de l'eau

23 Pages·2017·1.62 MB·French

by  Pierre Sève

Détermination du coefficient d’aimantation de l’eau
Pierre Sève
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Pierre Sève. Détermination du coefficient d’aimantation de l’eau. J. Phys. Theor. Appl., 1913, 3 (1),
pp.8-29. ￿10.1051/jphystap:0191300300801￿. ￿jpa-00241876￿
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suivante : l’opérateur met le contact ce à l’heure sur l’horloge de
l’Observatoire ; un second contact «’ est maintenu à une distance
angulaire du premier égale à p, de sorte que les sons donnés au télé-
phone par «’ coïncident avec la seconde exacte de l’heure de Paris.
Enfin, l’observateur dispose d’un contact ~ qui déclenche les ondes
hertziennes à travers les intermédiaires habituels; il déplace à l’aide
d’une manette le contact jusqu’à ce que les signaux émis par la
tour Eiffel, qu’il entend au téléphone, coïncident exactement pour
l’oreille avec les secondes marquées par x’. Dès lors, grâce au réglage
de oc’, qui donne la seconde exacte, grâce au réglage de 6, qui met
la tour Eiffel à l’heure sur a’, les correcti-ons p et c sont faites par
l’appareil lui-même, et les ondes hertziennes partent à l’heure exactes
de Paris. En résumé, dans l’appareil tournant décrit plus haut, chaque
point du bras électrisé décrit une circonférence qui est un axe du
temps parcouru d’une manière continue; et, en vertu de cette conti-
nuité, l’appareil sert à mesurer des intervalles de temps comme un
rapporteur sert à mesurer des angles.
DÉTERMINATION DU COEFFICIENT D’AIMANTATION DE L’EAU;
Par M. PIERRE SÈVE (1).
1. INTRODUCTION. - La mesure en valeur absolue du coefficient
d’aimantation de l’eau a pris de l’intérêt depuis les recherches s~~s-
tématiques récentes sur l’action que le champ magnétique exerce
sur les différents corps. Un grand nombre de déterminations de
constantes magnétiques ont été faites en comparant les coefficients ’
d’aimantation des diverses substances avec ceux de l’eau, parce que
ces mesures relatives sont beaucoup plus faciles que des mesures
abs,olues.
On a généralement adopté la valeur (2) donnée par Curie (3) :
Z - 0,79. 10-6,
(1) Communication faite à la Société française de Physique le 7 juillet 1912.
Ce travail est le résumé d’un mémoire détaillé qui paraît dans les Anna II s de
C7ai~nie et de Physique.
(2) On rappelle que le coefficient d’airnanlalion est le moment magnétique
de l’aimant l’urmé par 1 fjl’a/ivne du corps considéré quand ce corps est placé
dans un champ de 1 gaurs.
(3) PIERRE CUrmg, Annalès de Chirnie et de Physique, 1, série, t. Y, 189:5, p. 289
0153uvres publiées par la Soc. fr. de Phys., p. 232.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:0191300300801
9
et les tableaux de constantes sont ordinairement rapportés à cette
détermination.
. La connaissance de la valeur absolue précise de cette constante a
été nécessaire quand on a voulu comparer les coefficients d’aiman-
tation de corps peu magnétiques, mesurés par rapport à l’eau, avec
ceux de corps très magnétiques pour lesquels on possédait des me-
sures absolues. Cette nécessité s’est faite particulièrement sentir dans
les vérifications relatives à la théorie du 11zagnéton de Weiss. On se
rappelle que, dans la belle conférence qu’il a faite cet hiver devant
la Société de Physique (’ ), 1I. Weiss a eu besoin de cette constante.
Il la fallait égale à - 0,75 . 10-’ pour que les mesures de Pascal
vérifient sa théorie.
De nombreux expérimentateurs ont mesuré le coefficient d’aiman-
tation de l’eau par bien des méthodes.
Les méthodes théoriquement possibles pour la mesure des coeffi-
cients d’aimantation peuvent se classer en deux groupes; le moment
magnétique de l’aimant formé par le corps étudié peut être mesuré
par le champ qu’il produit ou à l’aide des forces qu’il subit quand il
est placé dans un champ donné.
A part Townsend (2) , qui a mesuré incidemment la perméabilité
de l’eau par une métliode d’induction, toutes les méthodes qui ont
servi se rattachent au deuxième groupe. On a mesuré les actions
mécaniques qui s’exercent sur une masse d’eau placée dans un cham p
non uniforme. Trois procédés principaux ont été employés pour que
l’expérience soit calculable :
1° iW/lhocle de Farad« y. - La masse d’eau est de dimensions
assez réduites pour que le champ et la dérivée du champ ppaarr
Lx
rapport à une direction Ox soient sensiblement uniformes dans l’es-
pace qu’elle occupe. La force Fx exercée dans la direction Ox est
égale à :
en appelant 1~ la masse de l’eau. Cette méthode, qui convient bien
pour des mesures relatives, est rendue délicate pour les mesures
(l) P. ‘VEISS, Les idées actuelles su,’ le 7~t~lgttéttstne (conférences sur la constitu-
tion de la matière) (Soc. fr. de Ph3·s.).
(’=) Tov~~rsESn, Pi-oc. Roy. Soc. London ~60), 1898, p. 186.
10
20132013’
absolues, à cause de la difficulté de la mesure de C’est cette mé-
à
thode qui a été employée en particulier par Pierre Curie pour la me-
sure dont nous avons donné plus haut le résultat.
~?° Méthode dit cylindre. -- Dans cette méthode, on mesure la force
qui s’exerce sur une masse d’eau cylindrique (contenue dans un tube,
par exemple) dont une base se trouve dans le champ uniforme X
L d’un électro-aimant et l’autre dans un champ nul ; la force F exer-
cée est :
D étant la densité du liquide et S la section du tube.
,
Cette méthode, décrite nettementpour la première fois parGouy (1),
a été perfectionnée entre autres par Wills (2).
3° Méthode de dénivellation. - Quand un liquide diamagnétique a
deux points A et B de sa surface libre, A dans un champ magné-
tiqoe, Je et B dans un champ nul, il se prodnit en A une dépression
due aux forces magnétiques. Si les forces capillaires restent cons-
tantes aux points A et B, il se produit une dénivellation 1 qui a pour
expression : ’
g étant l’accélération due à la pesanteur. Cette méthode a été imagi-
née par Quincke (3,~. ’ _
Le tableau suivant montre les résultats obtenus par les physiciens
qui ont employé ces différentes méthodes (4).
(1) Gouy, Cornptes Renclus, t. CIX, 1889, p. 935.
(2) WILLS, Phys. Review, t. XX, 1905, p. 188.
(3) QuiNcK-E, 1Vied. Ann., t. ~Yl~r, t885, p. 375.
(i) Certains auteurs ont employé ces méthodes d’une manière indirecte. Ils
ont mesuré en valeur absolue le coefficient d’un corps paramagnétique à gros
coefficient et l’ont comparé avec celui de l’eau dans une mesure relative. Ils sont
désignés par les mots (mét. ind.).
11
TABLEAU DES VALEURS DU COEFFICIENT D’AIMANTATION DE L’E--~U
TROUVEES PAR LES PRINCIPAUX EXPKRIMEMATEURS
On voit à simple inspection que leurs résultats compris entre
- ~,G8 . 10-6 et 0,83. 10-6 (en éliminant les plus aberrants) sont
-
incohérents, et un examen plus approfondi ne permet pas de donner a
priori la préférence à tel expérimentateur plutôt qu’à tel autre.
Une nouvelle détermination du coefficient d’aimantation de l’eau a
été l’objet du présent travail.
2. MÉTHODE EMPLOYÉE. 2013 Après examen critique, j’ai choisi la
méthode de la dénivellation de Quincke. Nous avons dit plus haut en
quoi elle consiste. La dénivellation produite par le champ avant
comme expression :
il suffit, pour avoir Z, de mesurer avec précision 0 et Je, 9 étant connu
avec une exactitude surabondante.
La mesure d’un champ magnétique en valeur absolue est moins
aisée que l’on ne le croit.
z
Je rappellerai seulement que Cotton a signalé derntèrement dans
un article paru dans ce périodique (1) les exemples récents du plié-
(1) 4. Coron, J. de Phys., 51 série, t. II, p. 97 (février 1912).
12
nomène de Zeeman et de la biréfringence magnétique où des erreurs
incroyables de 10, 20, 300/0 ont été commises par des physiciens
soigneux sur l’évaluation du champ magnétique..
z
Dans nos mesures d’ailleurs le champ JC intervient par son carré.
Les champs employés valaient ~17.000 gauss environ, la déni-
vellation était de l’ordre du millimètre. Il fallait la mesurer à quelques
microns près.
3. CHAMP QUE. - Le champ magnétique qui a été utilisé
était le champ produit entre les pièces polaires légèrement tronco-
niques d’un électro-aimant à double culasse.
L’entrefer avait 8 millimètres. C’était celui qui correspondait au
maximum d’uniformité du champ.
F ifi, 1’- Electro-aimant à double circuit magnétique donnantun champ uniforme
entre les pièces polaires P, Q.
z
La fig. i représente cet appareil construit par la maison Gramme C).
Un bâti en bois permettait de le disposer à volonté de façon que son
axe soit horizontal ou vertical. Sa forme le rendait sensiblement in-
déformable dans ces déplacements ainsi d’ailleurs que sous l’infl.uence
des attractions magnétiques.
On avait vérifié que l’uniformité du champ était réalisée au millième
près sur 3 centimètres de diamètre, par une exploration au balis-
tique.
4. MESURE DU CHAMP. --- à mesure du champ a été faite à l’aide
( 1) Les noyaux avaient S centimètres de diamètre, les faces en regard des pièces
polaires 5 centimètres. Lorsque de telles pièces sont très rapprochées, le champ
est minimum au centre ; quand on les éloigne, il est maximum. Pour une position
intermédiaire (ici 8 millimètres d’entret’er;, il est remarquablement uniforme.
La carcasse était inclinée à 45° (f ~. 1) dans la position horizontale de façon qu’une
horizontale et une verticale fussent libres.
13
d’une balance électromagnétique du système de Cotton que l’on a
spécialement étudiée pour rendre son emploi commode etprécis. Cet
appareil a semblé répondre aux desiderata qu’on en avait espérés.
Néanmoins on a comparé les résultats qu’il a fournis d’abord avec
ceux du modèle de balance de Cotton construit par Weber sur les
indications de Weiss (’;, semblable à celui qui a été employé par ce
physicien, et qu’il a comparé avec les méthodes balistiques; ensuite
avec ceux fournis par une méthode balistique.
La concordance des résultats de la balance ainsi étudiée avec le
modèle de Weber a été aussi bonne que les incertitudes sur les
mesures géométriques effectuées sur ce dernier appareil permet-
taient de l’espérer.
L’emploi simultané de la balance et d’une méthode balistique pour la
mesure précise des champs magnétiques a l’avantage, si l’on se sert
du même ampèremètre pour mesurer le courant de la balance et le
courant du solénoïde (ou de l’appareil équivalent) qui sert à éta-
lonner le balistique, d’éliminer les erreurs de graduation de l’am-
pèremètre (2).
Il résulte d’ailleurs de ces trois séries d’expériences qui ont con-
cordé remarquablement, que l’emploi de la balance, infiniment plus
commode que celui des méthodes balistiques, donne à lui seul la
mesure de champ avec la précision que comporte la mesure du
courant, précision bien suffisante dans la plupart des cas. Nous
allons donner quelques détails sur le nouveau modèle de ;ba-
lance que nous avons fait construire et sur son emploi. Nous décri-
rons ensuite succinctement la méthode balistique qui nous a servi de
vérification.
5. NOUVEALi MODÈLE DE BALANCE DE COTTON. - On se rappelle sur
quel principe est basé cet appareil de mesure des champs magné-
tiques. On pèse avec des poids l’action électrodynamique, qui s’exerce
sur un conducteur ABCD formé de deux arcs de cercle concen-
triques et de deux éléments rectilignes CD et ~1D (/~7. 2). L’élé-
ment CD est dans le champ à mesurer, AB dans une région ou le
champ est négligeable.
(1) ii°Eiss et COTTON, J. de Phys., 61 série, t. VI, p. 436 ; 1901.
(S) L’intensité du courant intervient au numérateur dans l’une des formules,
au dénominateur dans l’autre. Il suffit, pour élimine les erreurs d’étalonnage de
l’ampèremètre, de prendre la moyenne des résultats fournis par les dieux mesures.
14
FIG. 2. Principe de la balance de Cotton.
-
FIG. 3. Balance électromagnétique.
-
ABCD, arc en verre ;
F, couteau;
GH, plateau ;
E, A, D, vis de réglage utilisées pour le centrage de l’arc;
i, I, butoirs ; ’
J, axe de rotation permettant d’écarter les butoirs;
Lhl, contrepoids;
manette permettant d’immobiliser la balance. - Le courant est amené dans
le fléau par deux lames flexibles (non représentées) joignant la borne a à la
pièce b.
15
est 20132013 si
La force qui s’exerce au centre de l’élément C D X est
10
l’intensité du champ en gauss, Z la longueur CD en centimètres,
i l’intensité du courant exprimée en ampères.
On équilibre cette force par des poids. "
Dans le modèle que j’ai fait construire (1), j’ai surtout cherché à
rendre l’arc conducteur moins fragile, et plus facile à étudier géo-
métriquement que dans les modèles construits antérieurement.
L’amenée du courant a été faite par l’extrémité AB le plus loin pos-
sible de l’élément utile; enfin on s’est arrangé pour que cet élément
utile CD soit horizontal, ce qui est bien commode dans certains
cas.
La fig. 3 représente l’instrument.
L’arc ABCD est en verre (’). Les deux faces circulaires AB et CD
ont été travaillées à la façon des surfaces optiques sur des matrices
en bronze. Dans le modèle qui m’a servi, le conducteur est formé
d’une lame de cuivre laminé de 0mm,1 d’épaisseur soigneusement
appliquée à l’aide d’une tresse de soie (3). Depuis j’ai employé avec
succès des arcs de verre dont les deux surfaces latérales avaient été
recouvertes par électrolyse d’une couche uniforme de cuivre, après
avoir été argentées chimiquement.
Le courant arrive par l’extrémité AD de l’arc à l’aide du bras DF,
qui est formé de deux pièces pareilles d’aluminium isolées l’une de
l’autre et juxtaposées à petite distance, ce qui réduit au minimum
les causes d’erreur cïues au champ qui règne encore à distance
de l’élément utile. Il arrive au bras DF à l’aide de deux lames très
souples de cuivre mince recuit placées près du couteau.
6. RÉGLAGE ET ÉTALONNAGE DE LA BALAXCF,. - La longueur 1 qui
intervient dans la formule se mesure au moyen d’un palmer de
précision sur l’arc avant et après application de la lame de cuivre;
le constructeur, en la mesurant en diverses régions de l’arc, vérifie
que les deux portions circulaires sont bien concentriques. Cette me-
sure doit se faire au 100~ de millimètre près. La longueur 1 valait
(1) PIERRE SÈVE, Comptes Rendus, t. CL, p. 1.309; 1910.
Cet appareil a été présenté à la Société française de Physique le 17 juin 1910
(Bull. des Séances, p. 61).
z) L’appareil a été construit avec beaucoup de soin par la nuaison Pellin.
(3) Le tout est recouvert d’un vernis peu hygrométrique (gomme dammar
dissoute dans du x5~lol).
16
2’’°~003 dans l’appareil qui nous a servi. Il faut ensuite vérifier que
l’a t-c est installé sur la balance de façon que l’arête du couteau constitue
l’axe des deux portions circulaires. A cet effet on peut libérer entière-
ment le fléau en faisant tourner autour de l’axe J le système de bu-
toirs Il qui le retiennent. On le fait alors tourner d’angles notables
autour du couteau. On vérifie que, dans ce mouvement de rotation, la
portion BC se superpose à elle-même. On peut, avec les arcs galva-
noplastiques, placer un trusquin qui la frôle sans la toucher. On
repère optiquement sa position avec les arcs où la lame est ligatu-
rée (1). Les vis E, D, A permettent de corriger la posi tion de l’arc
si le réglage est inexact.
.
On n’a plus qu’à mesurer les distances CF et FG (2), ce qu’on
peut faire au moyen d’un cathétomètre, pour que la balance soit
prête à une mesure de champ.
On avait pour l’appareil qui m’a servi :
Distance du point d’application de la ’force électromagnétique
au
couteau :
Distance des couteaux :
En plaçant une masse 1n dans le plateau H pour que son poids mg
C.2z0173?
ff asse é’ qui"lli.bb re à’ 1l a ff orce é’1l ectromagné’t i. que on a :
10
(1) La tresse de soié doit laisser apercevoir entre ses spires successives la sur-
face nue du métal pour que cette vérification soit possible. Un bon moyen de
repérage consiste à pointer avec un microscope de faible grossissement l’ombre
d’un fil fin, produite sous une incidence presque rasante par une source ponctuelle
éloignée. Cette ombre se déplace par rapport au réticule du microscope, suivant
que la surface sur laquelle elle se projette avance ou recule par rapport au
microscope.
(~) La vérification du centrage et la mesure des distances CF et FG doivent
être faites à omm, 1 près.