« Magnétisme et théorie des électrons » : différence entre les versions
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Ligne 562 :
I(0) = MN;
il est facile de déduire cette quantité de la relation précédente qu'on peut écrire
k = [((M^2)*(N^2))/(3*N*r*T)] = ((I(0))^2)/(3*p),
p étant la pression du gaz sous laquelle k est mesuré. M. Curie a obtenu pour l'oxygène, sous la pression normale égale à 10^(6), et à la température 0 degrés,
k = 1,43.10^(-7),
pour l'unité de volume
((I(0))^2) = 3.1,43.10^(-1) = 0,43, I(0) = 0,65.
Ceci correspondrait pour l'oxygène liquide, de densité au moins 500 fois plus forte, à une aimantation maximum
I(0) > 325,
qui n'est pas très inférieure à celle du fer; on s'explique par là que l'oxygène liquide présente des propriétés magnétiques intenses, au point de former un pont liquide entre les deux pôles d'un électroaimant. On peut voir par là de quel ordre de grandeur est la quantité a dans les conditions expérimentales ordinaires. On peut écrire
a = (MH)/(r*T) = (MNH)/(N*r*T) = (I(0)*H)/(N*r*T).
Or (N*r) est la constante des gaz parfaits pour l'unité de volume supposée contenir N molécules; dans les conditions normales pour lesquelles I(0) a été calculé, on aura
N*r*T = p = 10^(6),
a = 0,65 x 10^(-4)*H;
pour un champ de 10000 unités a sera inférieur au 1/100 et l'on sera encore pleinement dans la région initiale de la courbe d'aimantation. Pour arriver à a = 1, vers le commencement de la région incurvée, il faudrait des champs supérieurs à 10^(6) que nous ne savons pas produire. On voit donc quelle est, dans les substances ferromagnétiques, l'importance des actions mutuelles entre molécules, qui seules rendent possible la saturation magnétique encore extrêmement éloignée, pour le même champ extérieur, dans le cas des substances faiblement magnétiques où les actions mutuelles ne sont pas sensibles. De ce point de vue se justifie pleinement l'assimilation faite par M. Curie de la transition.entre le magnétisme faible et le ferromagnétisme à la transition entre les états gazeux et liquide où les actions mutuelles jouent un rôle essentiel. Dans l'état gazeux pur, comme dans le magnétisme faible, chaque molécule réagit individuellement par son énergie cinétique seule contre les actions extérieures, pression ou champ magnétique.
40. Si l'on admet que le moment magnétique M de la molécule d'oxygène est dû à un seul électron de charge égale à celle de l'atome d'hydrogène dans l'électrolyse, gravitant suivant une orbite circulaire de rayon égal au rayon connu 1,5 X 10^(-8) des molécules d'air, on peut calculer ce que doit être la vitesse de ces électrons sur l'orbite. En effet
M = (S*e)/tau = (e*v*r)/2.
Donc
I(0) = MN = (N*e)*((v*r)/2).
Or le produit (N*e) est fourni par l'électrolyse, puisque e est la charge de l'atome d'hydrogène. Dans les conditions normales, on a
(N*e) = 1,22*10^(10) = 0,4 electromag.,
0,65 = 0,4.(1,5.10^(-8)/2)*v,
vitesse tout à fait compatible avec ce que l'on sait d'autre part sur les vitesses des électrons dans les molécules, et qui représente sensiblement la vitesse avec laquelle graviterait un corpuscule cathodique à la distance r d'une charge positive égale à la sienne en valeur absolue. On aurait en effet
m*((v^2)/r) = (e^2)/(r^2), (v^2) = (e^2)/(m*r)
(v^2) = (3,4.1,8.10^(7).3)/(1,5.10^(-8)) = 10^(16).
41. Il est assez remarquable que le moment magnétique résultant de la molécule d'oxygène puisse être dû au courant particulaire d'un seul électron, le même résultat étant probable dans le cas du fer, dont l'aimantation maximum est, comme nous l'avons vu, du même ordre de grandeur que celle de l'oxygène. Les courants particulaires dus aux autres électrons présents dans la molécule se neutralisant mutuellement comme dans un corps purement diamagnétique, il en résulte que, dans les molécules magnétiques, un ou tout au plus quelques électrons se distinguent nettement du reste et contribuent seuls à donner les propriétés magnétiques, tandis que tous les électrons coopèrent pour le diamagnétisme simultané. Ce sont peut-être ces mêmes électrons, disposés à la périphérie du système constituant la molécule, qui jouent aussi un rôle dans les actions chimiques, pour lesquelles nous savons qu'intervient un nombre d'électrons égal à la valence. Par là se justifierait l'influente profonde de l'état d'association moléculaire, physique ou chimique, sur le paramagnétisme, tandis que le diamagnétisme en est sensiblement indépendant. Ces quelques électrons constitueraient une portion variable de l'idoine ou de la molécule, son point de contact avec le monde extérieur, tandis que son individualité serait maintenue par les électrons intérieurs en nombre incomparablement plus grand, dont le système s'organiserait de manière que ses mouvements ne produisent à l'extérieur aucun moment résultant, sans cesser cependant d'obéir à la loi générale du diamagnétisme, Seuls les phénomènes de radioactivité nous feraient assister à des modifications de ce système intérieur.
42. Dans le cas de l'aimantation d'un gaz comme l'oxygène, nous avons vu que l'énergie cinétique des molécules fournit, pendant le réarrangement qui fait apparaître le paramagnétisme. une énergie
-sum(H*dM),
c'est-à-dire augmente, par unité de volume, de
+sum(H*dI) = k*((H^2)/2).
Le gaz doit donc s'échauffer d'une quantité facile à calculer : si on le suppose maintenu à volume constant, l'élévation delta(T) de température qui résulte de l'aimantation, et qui est fournie par la diminution des énergies potentielle et cinétique des électrons constituant les courants particulaires, est donnée par
c*delta(T) = k*((H^2)/2).
c étant la chaleur spécifique sous volume constant. Or, dans les conditions normales, on a pour 1 cm^3 d'oxygène, en unités C. G. S.,
c = 10^(-4) environ, k = 1,43.10^(-7), delta(T) = 0,8.10^(-11)*(H^2).
Pour un champ de 10000 unités, la variation de température de l'oxygène aimanté sous volume constant, serait donc d'environ 1/1000 de degré. Elle pourrait dépasser 1/100 de degré dans un champ de 40000 unités. Cette élévation de température varierait, comme la susceptibilité k, en raison inverse de la température absolue.
43. Pour les milieux magnétiques denses, les actions mutuelles entre molécules interviendront et modifieront la variation de température calculée comme précédemment, puisque l'énergie H*dM fournie par les courants particulaires pendant l'aimantation, sous forme de travail extérieur, produira des déformations du milieu en même temps qu'un accroissement de l'énergie cinétique moyenne. Parmi ces actions mutuelles, figureront de manière importante les forces exercées entre les divers courants particulaires, entre les diverses molécules par suite de leur moment magnétique. Elles déterminent la forme de la courbe d'aimantation des corps ferromagnétiques. Je réserve pour un travail ultérieur l'application des principes précédents à ce cas plus complexe, en particulier au cas des milieux cristallisés où la distribution régulière des aimants moléculaires permet d'aborder plus simplement le problème.
CONCLUSION.
44. J'ai voulu montrer ici comment la théorie des électrons, si féconde par ailleurs, permet de préciser et d'unifier les conceptions relatives au magnétisme en donnant pour cause aux courants particulaires d'Ampère les électrons en mouvement périodique à l'intérieur des molécules, qui peuvent, suivant les éléments de symétrie qu'elles possèdent, avoir un moment magnétique résultant nul ou différent de zéro; le premier cas correspondant à une compensation complète, pour les points très éloignés . seulement, des champs magnétiques produits à l'extérieur par les différents courants particulaires, en nombre égal à celui des électrons. Ces mêmes courants particulaires constituent les circuits de résistance nulle de la théorie du diamagnétisme de Weber, avec cette particularité que le flux qui les traverse ne reste constant, comme le supposait Weber, que si l'inertie des électrons est tout entière d'origine électromagnétique. Dans ce dernier cas, j'ai démontré que les orbites des électrons supposées circulaires ne subissent aucune déformation sous l'action d'un champ extérieur, l'intensité des courants étant seule modifiée, et d'on peut se former une conception exacte et simple de tous les faits du magnétisme et du diamagnétisme, en considérant les courants particulaires créés par les électrons comme des circuits indéformables, mais mobiles, de résistance nulle et de très grande self-induction, auxquels toutes les lois ordinaires de l'induction sont applicables. Ce sont les actions de ces circuits entre eux ou sur des courants tels que nous un savons produire, qui donnent lieu il toutes les actions d'aimants et de courants.
45. De semblables courants particulaires, que l'inertie tout entière soit ou non d'origine électromagnétique, sont modifiés par un champ extérieur de manière indépendante du procédé qui a réalisé la superposition du courant et du champ; cette modification, de sens correspondant au diamagnétisme, conformément à la loi de Lenz, se produit dans tous les corps et apparat tout d'abord seule; elle se manifeste de trois manières distinctes :
1° Si le moment résultant des molécules est nul, la substance est diamagnétique au sens ordinaire du mot, et l'ordre de grandeur des constantes diamagnétiques observées est tout à fait d'accord arec l'hypothèse de courants circulant suivant des orbites intramoléculaires. Cette conception conduit à retrouver la loi d'indépendance établie dans le cas général par M. Curie entre les constantes diamagnétique., et la température ou l'état physique.
2° Si le moment résultant de la molécule n'est pas nul, la substance prend après un temps très court un paramagnétisme qui masque toujours le diamagnétisme général sous-jacent; le nouveau phénomène, dû à l'orientation des molécules, étant considérable par rapport au premier. Les échanges d'énergie entre les courants particulaires et le champ extérieur ou le mouvement d'ensemble des molécules, se font précisément par l'intermédiaire de la modification diamagnétique. Il est possible d'en déduire la loi de variation du paramagnétisme faible en raison inverse de la température absolue, due également à M. Curie. Le phénomène diamagnétique est d'ailleurs, dans tous les cas, le seul effet initial de l'établissement d'un champ magnétique extérieur. Dans le cas des corps magnétiques, ce sont les actions mutuelles ultérieures entre molécules, au moment des chocs dans le cas des gaz, qui font apparaître la polarité paramagnétique par suite du réarrangement thermique nécessité par l'inégale distribution des énergies cinétiques immédiatement après l'établissement du champ.
3° Enfin le changement de période de révolution sur les orbites décrites par les électrons, changement impliqué par la modification diamagnétique, correspond au phénomène de Zeeman, général comme le diamagnétisme lui-même. La faiblesse relative de ce changement permet, dans tous les cas expérimentaux du paramagnétisme, de considérer que, en première approximation an moins, le déplacement relatif des courants particulaires s'effectue à intensité constante. Ceci a lieu en raison de leur énorme self-induction si l'inertie est tout entière électromagnétique. On peut alors ramener les actions mutuelles d'aimants ou de courants au cas particulièrement simple du déplacement de circuits à intensité constante.
Paul LANGEVIN
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