Influence du champ magnétique sur les constantes

Influence du champ magn´etique sur les constantes
di´electriques des cristaux liquides
M. Jezewski
To cite this version:
M. Jezewski. Influence du champ magn´etique sur les constantes di´electriques des cristaux
liquides. J. Phys. Radium, 1924, 5 (2), pp.59-64. <10.1051/jphysrad:019240050205900>.
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INFLUENCE
DU
CHAMP
MAGNÉTIQUE
SUR
LES CONSTANTES
DIÉLECTRIQUES
DES CRISTAUX
LIQUIDES
(1.
par
M.
JEZEWSKI
Laboratoire
de
Physique
de
l’Université
de Cracovie.
1.
Historique.
--
On
a
essaye
de
constater à
diverses
reprises
1"influeiice
du
champ
magnétique
sur les
constantes
diélectriques
des solides et des
liquides,
mais sans résul-
tat.
(~)
Les
expériences
entreprises
par
divers savants
démontrèrent que
les constantes
dié-
t(-ctriques
du
verre,
de la
paraffine,
du
soufre,
de
l’ébonite,
du sulfure de carbone
et de
quelques liquides
organiques
ne
sont
pas
modifiées
lorsque
nous
exposons
ces
substances
à
l’action
d’un
champ
magnétique
intense. En
190 i,
MM.
Cotton et
Mouton découvrirent la
biréfringence
magnétique
des
liquides purs
(1).
Ce
phénomène
conduit à considérer comme
possible
l’influence d’un
champ magnétique
sur
les constantes
diélectriques
des
liquides.
Cotton et Mouton
expliquent
la
biréfringence magnétique
en
admettant
que
les molé-
cules des
liquides
soient
anisotropes.
Comme
les axes des
[molécules
sont orientés dans
toutes
les
directions
de
l’espace,
cette
anisotropie
ne
produit
point
d’effet
sensible;
un
champ magnétique,
au
contraire,
détermine
une
orientation des
molécules et le
liquide
devient
anisotrope.
Langevin
et
Born se
seryirent
de
Fhypothèse
de
l’anisotropie
des molécules clans
leurs rechercllea
théoriques;
le
premier
admit
que
la
symétrie
des
molécules
est
celle
d’un
ellipsoïde
de
révolution(’),
le deuxième
développa (J)
une
idée
de M.
Debyre
d’après laquelle
chaque
molécule
contiendrait
un doublet
électrique
inyariable
C’).
Dans
ion
liquide qui
se trouve dans un
champ
magnétique,
une
seule direction de
l’espace
est
priyilégiée
entre
toutes,
c’est celle
des
lignes
de force
du
champ.
Toutes les
autres directions sont
équivalentes,
c’est
pourquoi
le
liquide
prend
les
propriétés
d’un
cris-
tal
uniaxe. Les indices de
réfraction
des
cristaux
uniaxes sont différents
pour
les
ondes
polarisées parallèlement
et
pour
celles
polarisées perpendiculairement
à
l’axe. Suivant
la
théorie de
Maxwell l’indice de réfraction n et
la
constante
diélectrique s
sont liés
par
l’équation
On
sait
toutefois
que
cette formule n’est
yraie
que
pour
le soufre
arthorhombique(’).
Dans les cristaux
uniaxes,
les constantes
diélectriques
~1
(parallèlement
à l’axe
optique)
et
22
(perpendiculairement
à
l’axe)
ont
en
général,
des
valeurs différentes
l’une de l’autre le
rapport
l - S2
étant
quelquefois
plus
grand que
le
2
nf2
(8) .
Et
n2
Les
liquides placés
dans un
champ
magnétique
ont les
propriétés optiques
des cristaux
uniaxes.
Puisque
la
différence
n22
-
est très
petite,
nous
pouvons
nous
attendre
à
ce
que
la
différence
cri
--
S2
aussi soit
très
petite.
Les
liquides
étudiés
par
0.
Lehmann et
appelés
«
cristaux
liquides »
acquièrent
aussi,
(l j
Extrait du
Bulletin
de
l’Académie Polonaise
des Sciences
el
des
Lettres,
juillet
1923.
(2)
SCHRODUGER. -Dielektrizi[at. llandbuch
der
Elektri:;itÜI
und
des Jlagnelisrnus, herausgeg.
von L.
Graetz,
Band
1,
p.
22G.
(3) Biréfrin,-ence
magnétique
des
liquides
purs.
Les
progrès
de la
Physique
J1foléculaire.
Paris,
Gauthier-Villars,
(1914), p.
12-~.
(4)
Le
Radium,
t.
9
(1910), p.
249.
(5)
BoRx, Annalen der
t.
55
(~1915), p.
2LL
(f5)
DEBYE.
Physikalische
Zeilscitrift,
t. 13
(1912), p.
9 i.. ,
(7)
SCHRODIXGER.
Loc.
cit., p.
194.
(8)
SCIIROI)INGEII.
Loc.
cil.,
p.
195.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019240050205900

60
dans un
champ magnétique,
les
propriétés optiques
des
cristaux
uniaxes,
ils
deviennent biré-
fringents
et leur
biréfringence dépasse
souven celle des cristaux
solides
les
plus
biréfrin-
gents
(’).
En l’absence d’un
champ magnétique,
ces
liquides
sont
isotropes
à
l’égard
d’un
champ
électrique;
pour
les ondes
lumineuses,
ils se divisent en
zones
anisotropes
d’orienta-
tions
différentes dont les dimensions
sont de l’ordre
de
c’est
pourquoi
ces
liquides
sont
troubles. Les
zones
anisotropes
consistent
probablement
en des
agrégations
de molé-
cules
dont les
axes
sont orientés
parallèlement
entre eux. La différence des
liquides
ordi-
naires
et
des
cristaux
liquides
est donc la
suivante :
dans
les
liquides
ordinaires,
les
zones
d’orientations différentes se
composent
d’une
ou de
quelques
molécules,
les
dimensions de
ces zones sont
quelques
centaines de fois
plus petites que
la
longueur
d’une onde lumineuse.
Dans les
cristaux
liquides,
les
dimensions
des
zones
sont
colnparables
à
la
longueur
d’une
onde lulnineuse.
Dans le
champ magnétique,
ces
zones s’orientent de telle manière
que
leurs
axes
optiques
deviennent
parallèles
aux
lignes
de
force;
le
liquide
se
comporte
ainsi
comme
un cristal
unique
homogène
dont
l’axe
optique
serait
parallèle
au
champ.
Puisque
la
différence des indices
de
réfraction
(de
l’indice ordinaire et de l’indice
extraordinaire)
atteint
0,3
à
0,4
pour
les cristaux
liquides
nous
pouvons espérer que
leur
anisotropie
élec-
trique
sera nette.
J’ai
entrepris
des
expériences pour
répondre
à
la
question
suivante : les
liquides
biré-
fringeiits, exposés
à l’action
d’un
champ
magnétique,
deviennent-ils
anisotropes pour
des
ondes
électromagnétiques
de
longueur
considérable,
c’est-à-dire,
leurs
constantes diélec-
triques
mesurées au
moyen
d’ondes
électromagnétiques
sont-elles
différentes suivant
que
le
champ magnétique
est
longitudinal
ou
transversale se
distinguent-elles
de celles
que
l’on
observe
en
l’absence
du
champ 1
J’ai
employé
les
liquides
suivantes :
l’azoxyanisol
(para),
l’azoxyphénétol
(para),
le
benzène, l’éther,
le
chloroforme,
l’aniline,
le
nitrobenzène.
Les
deux
premiers
sont des cristaux
liquides,
les
autres,
excepté
l’éther,
sont
biréfringents
lorsqu’ils
sont
placés
en un
champ
magnétique
(1).
J’ai aussi étudié l’air
liquide
qui
contient
de
l’oxygène
fortement
paramagnétique,
qualité
qui prouve que
les
molécules
sont
ani-
sotropes.
’
°
’
Il.
Méthode. -
J’ai
employé
la
méthode de résonance
électrique
discutée
dans un
de
mes
mémoires
précédents
(~).
La
longueur
des
ondes
utilisées
était
de
720
mètres.
Deux
condensateurs
de
mesure
;étaient
en
laiton,
de
capacités
différentes ;
dans
chaque
conden-
sateur se
trouvaient
trois
plaques.
Les
deux
plaques
extérieures formaient une boîte dans
laquelle
on versait le
liquide
examiné;
cette
boîte
était
reliée à
la
terre.
Un condensateur
est
représenté
dans
la
fig.
1.
a
est une
plaque
en
verre;
b,
nue
baguette qui
sert
à intercaler
le
condensateur clans le circuit oscillant-
L’autre
condensateur
ne
différai[
du
premier
que
par
la distance des
plaques.
Chaque
condensateur
se trouvait
dans un vase en
laiton
(C,
dans
la fig. 1)
dans
lequel
on
faisait
pénétrer
le
liquide
à l’état
d’ébullition à
une
température
élevée;
ce
procédé
était
indispensable, l’azoxyanisol
et
l’azoxyphénétol
étant
liquides
à
des
températures
supérieures
a
~18,J°
C
et
t3fi,9°
C.
Le
vase C était chauffé
par
un
four
électrique.
Un
électroaimant de
Hartmann et Braun fournissait le
champ magnétique.
La distance
des
pôles,
dans
les
expé-
riences sur
l’azoxyanisol,
l’azoxyphénétol
et
l’air
liquide,
était de
4 cm
environ ;
dans
toutes
les
autres,
elle
était
de
0, 5
CHI. Le
diamètre des
pôles
était
de
4
cm.
On déterminait l’inten-
sité
du
champ
au
moyen
d’une
spirale
de bismuth de Hartmann
et
Braun,
et
d’une bobine
avec
galvanomètre
balistique.
Pour éviter l’influence
électrostaticlue
de
l’électroaimant
sur
le
circuit
oscillant,
on avait
relié les
noyaux
de celui-ci
à
la
terre.
L’action de
l’induction
n’était
pas
nuisible.
( l )
Jf
Les
cristaux
liquides.
Les
progrès
de
la physique
p.
7!.
-
F.
sTUaiPF,
Jahrbuch
der
RadioaktivitÜt und t. 15
(1918),
p,
1.
(~)
STUMPF. LOC.
cil.,
p.
6.
(3)
H.
Mourox. £oc.
cil.,
p.
144-149
("-’))1
JEzEI;aw. Bitll.
de Polonaise
rles Sc.
et
dps L. Cl.
(les
Sc.
el
série
A.
(1920),
p.
88. /ae
Journrtl de
Physique
et
le Raditini. série
YI,
t. 3
(1922),
p.
293.
(1920),
p.
88.
/./r
//.Me
y?. série
VI,
t. 3
(1922)
p.
293.

61
Le
liquide
remplissant
une
partie
du
condensateur,
on devait
déterminer
la
capacité
de
celle-ci.
Pour
la
trouver,
on
mesurait
la
capacité
du condensateur vide et
celle du
condensa-
teur
rempli
du
liquide
dont
la constante
diélectrique
était connue.
Soit
C~,
la
capacité
du
condensateur
vide ;
C".
cette
capacité
lorsque
le
condensateur
est
rempli
de
liquide ;
soit ,
la
constante
diélectrique
du
liquide.
La formule
suivante
donne la
capacité
cherchée.
IfI.
Mesures. -
Pour obtenir
une
température
permettant
la mesure de
constantes
diélectriques
de
Fazoxyanisol
et
de
l’azoxyphénétol,
le
yase
C
était
rempli
des
liquides
bouil-
lants aux
températures exigées.
Ces
liquides
étaient : trois
fraclions
de
xylène
technique
dont
les
températures
d’ébullition
étaient de
i2’2°, 1:j5°,
1430 C
et
une
fraction
de Solvent-
pétrole dont
la
température
d’ébullition était de C.
La
phase
trouble existe entre les
températures
118,
51 et 5° C.
L’azoxyanisol
a
été
fourni
par
la
lnaison
hahlbaum
colnlne
chimiquement
pur.
On
plaçait
le condensateur
rempli
d’azoxyanisol
fondu
entre les
pôles
de
l’électroaimant,
de
telle manière
cjue
les
armatures du
condensateur
étaient
perpendiculaires
aux
lignes
de
force

62
du
champ magnétique (champ
longitudinal).
En
faisant
passer
un
courant
dans
les
spires
de
l’électroaimant,
on
constatait
que
la
capacité
du
condensateur
diminuait;
la diminution
atteignait
3
pour
100
en un
champ
de 7
000
gauss.
L’exactitude
de la
méthode
employée
dans cette
expérience
et les suivante
était
de 0,
2
pour
1 OIJ.
Le tableau 1 contient les résultats
des
mesures
faites avec
le
champ longitudinal. Ac-
désigne
la variation
de
la
constante
diélec-
trique.
TABLEAU
I.
Les courbes A et B
de
la
figure 2
représentent
les
résultats
expérimentaux ;
la
courbe A
se
rapporte
à la
température
135° C ;
la
courbe
B,
à la
température
122°
C.
Notre méthode
permet
de
déterminer la valeur
de
la
constante
diélectrique
avec
une erreur de
0, 2
pour
cent: en
considérant
toutefois
l’erreur
inévitable
dans la mesure
du
champ
et
la
variation
de
la
1’ig. 2.
température,
qui peut
aller
jusqu’à 0,
5’C, dans
une série
d’expériences,
on
ne
peut
attribuer
aux
résultats
une exactitude
dépassant
0,3 à
0,4
pour
100. C’es[
pourquoi
la
courbe
~~.
est
tracée en
pointillé,
la valeur de
3c
ne
dépassant pas
l’erreur des
déterminations.
Dans le
champ
transversal
d’intensité 4000
gauss.
à
une
température
de
122°
C,
on
ne
constatait
aucune variation de
la
constante
diélectrique.
La
phase
trouble
existe
entre
les
températures
13G,
9° et
tG7,;)0
C.
L’azoxyphénétol
a été
fourni
par
la maison
lîahlbaum comme
chimiquement pur.
La
constante
diélectrique
diminuait,
dans
un
champ
de
7 000
gauss,
à
la
température
de
1430
C,
’