Action de cycles de tension sur l`aimantation du fer

Action de cycles de tension sur l’aimantation du fer
Ch. Maurain
To cite this version:
Ch. Maurain. Action de cycles de tension sur l’aimantation du fer. J. Phys. Theor. Appl.,
1908, 7 (1), pp.497-506. <10.1051/jphystap:019080070049700>. <jpa-00241333>
HAL Id: jpa-00241333
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Submitted on 1 Jan 1908
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497
ACTION DE CYCLES DE TENSION SUR L’AIMANTATION DU FER ;
Par M. CH. MAURAIN.
Lorsqu’on produit un cycle de tension sur un fil de fer soumis à un
champ magnétisant, l’aimantation du fil est modifiée ; dans ces modifications on peut distinguer, comme dans celles dues aux cycles de
torsion, deux parties, modifications irréversibles et modifications
fixées ou cycliques; si, le champ magnétisant étant maintenu fixe,
on produit un cycle de tension, l’aimantation est portée à une valeur
eii général différente de sa valeur initiale ; un deuxième cycle de
tension identique au premier produit une variation de l’aimantation
plus faible que la première, et, après un certain nombre de cycles,
l’aimantation est fixée, c’est-à-dire qu’elle reprend la même valeur
après de nouveaux cycles de tension ; mais elle parcourt elle-même,
pendant qu’on effectue le cycle de tension, un certain cycle fermé. Les
phénomènes sont ici plus compliqués que pour la torsion, à cause du
renversement, découvert par Villari, dans le sens des effets d’une
tension sur l’aimantation, renversement qui se produit pour une certaine valeur du champ magnétisant.
Je me propose, dans le mémoire actuel, de montrer, ainsi que je
l’ai déjà fait pour la torsion. (1) , comment la considération des courbes
normales ou anhystérét£ques cl’ai1nantat£on permet de préciser et de
prévoir dans tous les cas les effets d’un cycle de tension sur l’aimantation.
Courbe normale ou anhystérét£que d’ccÚnantat£on obtenue par Z’cLCtion de cycles de tension.
L’action répétée de cycles de tension
limites
0
et
T, sur un fil de fer soumis à un champ
identiques, de
magnétisant donné, conduit l’aimantation à une certaine valeur
-
dépend en général de l’aimantation initiale
T du cycle de tension; mais, si T est assez grand, la
valeur limite de l’aimantation est bien déterminée, toujours la même
quelle que soit la valeur initiale. Dans ces conditions, il correspond
à chaque valeur du champ magnétisant une valeur limite bien déterminée de l’aimantation, et, si on opère ainsi pour différentes valeur’s
du champ, on obtient une courbe d’aimantation bien définie, qui
limite;
et de
(i)
cette valeur limite
l’amplitude
J. de
J. de
Phys., 41 série,
Phys., 4e série,
t.
Y, p. 380-389: mai 1907.
(Juillet 1908.)
t. VII.
33
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019080070049700
498
catégorie des courbes normales ou anhystérétiques
en réduisant, par des procédés variés, l’hysobtenues
d’aimantation
térésis magnétique.
Mes expériences ont été faites avec un fil de fer, dit fil de clavecin,
de 0-111,46 de diamètre et environ 50 centimètres de longueur; l’aimantation était mesurée parla méthode magnétométrique unipolaire.
Le fil a d’abord été écroui par une tension prolongée de 6 kilogrammes (soit 36 kilogrammes par millimètre carré de section) ;
dans la suite des expériences, il n’a jamais été soumis à une tension
supérieure à 6 kilogrammes. Les cycles de tension étaient obtenus
par écoulement lent de mercure dans un vase ou hors du vase, et
terminés en soulevant ou en abaissant le vase lui-même au moyen
d’un support à crémaillère; quand j’avais à effectuer successivement
un grand nombre de cycles, je me contentais de soulever et abaisser
lentement le vase à la main.
J’ai déterminé pour ce fil la courbe anhystérétique d’aimantation
obtenue par l’action répétée de cycles de tension de limites 0-6 kilogrammes ; la réduction de l’hystérésis par l’action de ces cycles est
complète pour les champs supérieurs à 15 gauss environ, et par
suite cette région supérieure de la courbe anhystérétique est parfaitement déterminée; au-dessous de 15 gauss, la réduction de l’hystérésis n’est pas tout à fait complète; la partie correspondante de la
courbe anhystérétique n’est donc pas entièrement déterminée par
l’action unique des cycles. Nous allons voir comment on peut l’obtenir.
CompaTa£son des courbes anhystéj’étiques obtenues respect£vement
magnépar l’action des cycles de tension ou par l’action cl’un
On peut réduire complètement l’hystique alternatif clécî-oissant.
térésis magnétique en superposant à l’action de chaque champ
magnétisant celle d’un champ magnétique alternatif d’amplitude
initiale suffisante et décroissant jusqu’à zéro ; la courbe anhystérétique obtenue ainsi avec le fil de fer étudié ici, à tension nulle, et qui
est parfaitement définie, est représentée (fig. i) en trait pointillé
(courbe C’). Si, en chacun de ses points, on fait agir des cycles de
tension de limites 0-6 kilogrammes, on constate une petite augmentation de l’aimantation, mais il suffit de quelques cycles de tension
pour amener l’aimantation à une valeur limite fixe. La courbe C, en
trait plein, représente le lieu des points ainsi obtenus; au-dessus de
15 gauss, c’est-à-dire dans la région où on peut obtenir la réduction
complète de l’hystérésis magnétique par des cycles de tension 0-6 kil06
rentre dans la
-
499
grammes, les
points
de cette courbe C coïncident
parfaitement
avec
qu’on obtient, comme je viens de l’exposer, par l’action unique
de cycles de tension ; et, en effet, comme je l’ai dit plus haut, chacun
de ces derniers points est indépendant de la position du point repré-
ceux
sentatif de l’aimantation au moment où on commence à faire agir les
cycles de tension; or prendre le point initial sur C’, c’est prendre
simplement un certain point initial particulier. Ainsi, dans toute
cette région, la courbe C représente la courbe anhystérétique définie
plus haut.
D’ailleurs, dans la région correspondant à des champs inférieurs
à 15 gauss, pour lesquels la réduction de l’hystérésis par les cycles
de tension n’est pas tout à fait complète, la courbe C est intermédiaire entre les points limites inférieur et supérieur qu’on obtient
dans cette réduction incomplète de l’hystérésis, lesquels sont d’ailleurs
peu éloignés, de sorte que dans cette région encore on peut consi=
dérer la courbe C comme représentant la courbe anhystérétiques
à la tension.
Ainsi, la courbe anhystérétique
correspondant
de tension est
un
peu au-dessus
correspondant à l’action de cycles
de la courbe anhystérétique corres-
pondant à l’action d’un champ alternatif décroissant. Quand on veut
obtenir un point de la première, le plus simple est d’obtenir d’abord
500
le point correspondant de la seconde, ce qui n’exige qu’une manoeuvre
de rhéostats ; il suffit alors de quelques cycles de tension pour obtenir
le point cherché, tandis qu’il en faut un grand nombre si on opère
indirectement.
Cas de cycles de tension d’aniplitude ’infér£eure à 6 kilogr’ammes.
De tels cycles ne réduisent complètement l’hystérésis magnétique
que pour des champs magnétiques d’autant plus élevés que l’amplitude des cycles est plus faible. Ainsi, pour le fil étudié, des cycles
de limites 0-3 kilogrammes ne réduisent complètement l’hystérésis
qu’au-dessus d’environ 35 gauss. Dans les cas où la réduction de
l’hystérésis est complète, les points limites obtenus sont, aux erreurs
de lecture près, sur la courbe anhystérétique C. Dans les cas où la
réduction est incomplète, les points limites inférieur et supérieur
comprennent entre eux la courbe (:. On peut donc considérer, au
moins très approximativement, la courbe C comme représentant la
courbe anhystérétique d’aimantation correspondant à tous les cycles
de tension d’amplitude inférieure ou égale à 6 kilogrammes ; il n’en
est pas tout à fait de même pour la torsion : les courbes anhystérétiques correspondant à des cycles de torsion de différentes amplitudes diffèrent un peu, très peu cependant. C’est cette courbe C, que
j’appellerai pour abréger courbe anhystérétique par tension, qui va
intervenir dans la suite de ce mémoire.
Action irréversible d’un cycle de tension.
Cette action irréau
de
la
à
définir
versible est facile
courbe anhystérétique C ;
moyen
l’état magnétique initial du fil est représenté par un certain point du
plan aimantation-champ magnétique; si, maintenant fixe le champ
de ce cycle est de
magnétique, on produit un cycle de tension,
-
-
point relJrésentat£{ du point correspondant de la courbe
anhystérétique C, c’est-à-dire du point de même abscisse.
Considérons, par exemple, le cycle d’hystérésis magnétique représenté dans la
ou dans la
~’ ; il est coupé par la courbe
en
des
si
anhystérétique
points B, B’ ; on produit un cycle de tension
en partant d’un point de la branche C’AB, qui est au-dessous de la
rapprocher
le
anhystérétique, l’action de ce cycle est de relever le point
représentatif; si on part d’un point de la branche BC, qui est audessus de la courbe anhystérétique, l’action du cycle de tension est
au contraire d’abaisser le point représentatif; cette action du cycle,
mesurée par la variation de l’aimantation, c’est-à-dire par le déplacement du point représentatif, est la plus grande dans la région où
courbe
501
Fic. 2’.
502
la courbe d’hystérésis est la plus éloignée de la courbe anhystérétique. L’action est nulle pour le point B où la courbe anhystérétique coupe la courbe d’hystérésis. Ainsi, la considération de cette
courbe anhystérétique donne le sens et indique la grandeur de
l’action d’un cycle de tension.
Si on joint par un trait les points obtenus en faisant agir le cycle
de tension en différents points de la courbe d’hystérésis, on obtient
courbe à deux branches, analogue aux courbes hystérétiques,
mais dont chaque branche est intermédiaire entre la branche correspondante de la courbe hystérétique et la courbe anhystérétique; elle
passe par les points B, B’ où ces deux dernières courbes se coupent.
On obtiendrait des courbes intermédiaires analogues en joignant
les points obtenus, à partir des points d’une même courbe d’hystérésis, par des actions identiques, par exemple action d’un même
nombre de cycles de tension semblables, ou encore d’un très grand
nombre de cycles de tension d’amplitude insuffisante pour la réduction complète de l’hystérésis. J’ai donné des exemples de ces courbes
intermédiaires dans le mémoire relatif à l’action de cycles de tension,
je n’y insiste pas ici.
ou cyclique d’un cycle de tension.
D’une manière
Action
a été amené
le
de
l’aimantation
générale, quand point représentatif
en un point limite par l’action répétée de cycles de tension, de nouveaux cycles de tension semblables donnent lieu à une action fixée,
se traduisant, dans le plan aimantation-torsion, par une courbe
fermée. Les phénomènes alors observés sont fort complexes, ce qui
provient, je crois, de ce qu’en un point limite quelconque l’hystérésis
magnétique n’est pas, en général, complètement réduite.
J’ai obtenu au contraire des résultats simples en étudiant l’action
fixée d’un cycle de tension 0-6 kilogrammes aux différents points de
la courbe anhystérétique, c’est-à-dire en des points où l’hystérésis
magnétique par rapport au champ est entièrement réduite. La seule
variable qui intervienne alors pour modifier les phénomènes est la
valeur du champ magnétique, ou, si on veut, la valeur de l’aimantation, qui est alors bien fixée par celle du champ magnétique.
La fig. 3 représente quelques-uns des cycles ainsi obtenus ; les
abscisses représentent les tensions en kilogrammes, les ordonnées
l’aimantation ; les ordonnées sont comptées de même pour tous les
cycles, qui sont ainsi directement comparables, en grandeur et en
position, comme les cycles aimantation-torsion que j’ai étudiés pré-
une
-i--~
503
cédemment dans les mêmes conditions. La valeur du champ magnétique correspondant à chaque courbe est indiquée à côté de la courbe.
Un premier résultat assez frappant est la faiblesse des variations,
bien que la tension atteigne la valeur considérable de 36 kilogrammes
par millimètre carré ; lorsdu’on étudie de tels cycles dans des conditions où l’hystérésis magnétique n’est pas réduite, on obtient des
variations bien plus grandes.
Fi. 3.
D’ailleurs les courbes ont une allure inverse pour les champs
faibles et les champs intenses ; pour les champs faibles, tous les
du point qui correspond à une tension
points du cycle sont
nulle, d’autant plus au-dessus que la tension est plus forte, et la
branche d’aller du cycle est la branche inférieure ; pour les champs
intenses, tous les points du cycle sont au-dessous du point qui correspond à une tension nulle, d’autant plus au-dessous que la tension est
504
plus forte, et la branche d’aller du cycle est la branche supérieure.
Dans la région moyenne, les cycles présentent des maximums ou
minimums peu accentués, correspondant à des valeurs intermédiaires de la tension ; la branche de retour se rapproche de la branche
d’aller et passe au-dessous d’elle, d’abord en partie, puis sur toute
sa longueur. On trouve ainsi, dans la forme de ces courbes, la manifestation du phénomène de renversement de Villari dans l’action
d’une tension sur l’aimantation. Nous en trouverons plus loin une
manifestation en quelque sorte plus nette en étudiant les courbes
anhystérétiques d’aimantation correspondant à différentes tensions.
FIG. 4.
Si maintenant on considère l’amplitude des cycles précédents, on
peut la représenter en fonction du champ magnétisant par la courbe
de la fig. 4. Cette amplitude part de zéro pour un champ nul, c’està-dire aussi pour une aimantation nulle, puisqu’il s’agit ici d’un
point de la courbe anhystérétique ; l’amplitude de la variation est
ensuite positive, passe par un maximum pour environ 5 gauss,
décroît, s’annule pour 26 gauss environ, et devient ensuite négative.
Ainsi, dans l’action cyclique ou fixée des cycles de tension se
feste le renversement de Villari ; quant it l’ciction irrévers£ble de tels
cycles, elle est tout à fait analogue à celle de cycles de torsion les
changements de sens qui s’y produisent dépendent seulement de la
position du point représentatif initial par rapport à la courbe anhystérétique, et non du phénomène de Villari ; la considération de la
courbe anhystérét£que permet de bien distinguer les deux ordres de
Courbes anhystérétiques d"aimccntation obtenues sous une tension
déterminée.
Dans ce qui précède, rai étudié l’action de cycles de
tension ramenant le fil à une tension nulle. On peut se proposer une
étude d’un genre différent soumettre un fil à une tension fixe, et
-
505
étudier les propriétés magnétiques du fil ainsi tendu. On trouve dans
les mémoires et dans les ouvrages classiques un grand nombre
d’études de ce genre, par exemple les courbes de première aimantation et les courbes d’hystérésis de fils tendus ; mais la comparaison de ces courbes entre elles, et particulièrement avec celles qui
correspondent à une tension nulle, est assez complexe, à cause des
phénomènes d’hystérésis magnétique. On peut obtenir des résultats
plus simples en réduisant l’hystérésis magnétique par un des nombreux procédés possibles ; à la vérité, les courbes anhystérétiques
obtenues en réduisant l’hystérésis par différents procédés sont un
peu différentes, mais ces différences sont assez faibles pour que les
résultats obtenus en employant un des procédés de réduction
donnent des indications suffisantes sur l’allure des phénomènes.
J’ai utilisé ici la réduction de l’hystérésis par l’action d’un champ
magnétique
alternatif
décroissant, dont l’emploi
est
très commode.
FIG. 5.
La courbe anhystérétique obtenue ainsi à tension nulle est la
courbe C’ de la fig. 1, reproduite fig. 5 en trait plein ; sur la fig. 5
sont tracées en outre la courbe anhystérétique correspondant à
une tension de 2 kilogrammes (..... ) et celle correspondant à une
tension de 6 kilogrammes (----l.
L’examen de ces courbes montre d’abord que l’action d’une tension, même forte, sur l’aimantation anhystérétique, c’est-à-dire sur
506
stable, est assez faible ; on trouve des variations beaucoup plus grandes quand on opère sur les courbes de première
aimantation ou sur les courbes hystérétiques, à cause de l’influence
de l’hystérésis. D’ailleurs on retrouve ici le phénomène de Villari :
dans les champs faibles, les courbes sont d’autant plus élevées
qu’elles correspondent à une tension plus forte ; c’est l’inverse dans
les champs intenses ; la courbe anhystérétique correspondante à
une tension nulle est coupée par la courbe correspondant à 6 kilogrammes pour un champ d’environ 45 gauss, et un peu plus loin
par la courbe correspondant à 2 kilogrammes.
Si donc on voulait représenter la variation de l’aimantation stable
pour un champ donné en fonction de la tension, on aurait : pour un
champ faible, une courbe croissante (entre 0 et 6 kilogrammes) ; pour
un champ intense ; une courbe décroissante, et pour des champs
compris dans une région moyenne, des courbes présentant un
maximum d’ailleurs très peu marqné.
Si on se reporte aux cycles (aimantation-tension) obtenus aux
différents points de la courbe anhystérétique C, on voit que les
variations des phénomènes y présentent tout à fait la même allure
que celles observées sur les courbes actuelles. Les deux sortes de
phénomènes, tout à fait comparables, ne correspondent d’ailleurs
pas à des conditions identiques, puisque la courbe anhystérétique C
est obtenue en réduisant l’hystérésis par l’action de cycles de tensont obtenues en réduisant
sion, tandis que les courbes de la
l’hystérésis par l’action d’un champ alternatif décroissant.
l’aimantation
PHÉNOMÈNES PSEUDO-PHOTOGRAPHIQUES (1);
Par M. P. VILLARD.
En 1860, de La Blanchère écrivait :
« Par l’addition d’un
peu de solution argentifère au liquide pyroune
gallique,
image négative faible vire instantanément au positif et
se développe ensuite normalement dans cet état. » Le même auteur
ajoute que, conformément à une observation faite par Schouwaloff
5
(1) Communication
janvier 1906.
faite
à la Société
française
de
Physique :
Séance du