HAL Id: jpa-00236807
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Submitted on 1 Jan 1872
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Sur les diverses unités employées pour la mesure des quantités d’électricité et de magnétisme et les rapports
qui existent entre elles
A. Terquem
To cite this version:
A. Terquem. Sur les diverses unités employées pour la mesure des quantités d’électricité et de mag- nétisme et les rapports qui existent entre elles. J. Phys. Theor. Appl., 1872, 1 (1), pp.49-60.
�10.1051/jphystap:01872001004900�. �jpa-00236807�
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SUR LES DIVERSES UNITÉS EMPLOYÉES POUR LA MESURE DES QUANTITÉS D’ÉLECTRICITÉ ET DE MAGNÉTISME
ET LES RAPPORTS QUI EXISTENT ENTRE ELLES;
PAR M. A,. TERQUEM.
I. - NIA GN ÉT 1 S ME.
L’action réciproque de deux molécules contenant des quantités (J- et Z~ de fluides de mêmes noms ou de noms contraires est f’- ~ ~ , d2
d étant leur distance et ~’ la force attractive ou répulsive.
On adopte comme unité de magnétisme la quantité telle qu’à
l’unité de distance deux molécules qui la possèdent exercent l’une
sur l’autre une action égale à l’unité de force. Cette unité dépend
donc des valeurs prises pour l’unité de force et l’unité de lon- gueur. Avec les unités ordinaires, ce serait la quantités telle que
deux molécules qui la posséderaient exerceraient l’une sur l’autre
une action égale à i kilogramme à i mètre de distance.
Ces unités SOIlt beaucoup trop grandes pour des forces aussi pe- tites que les actions dues au I11ab11ét1SI21e : il vaut mieux adopter
comme unité de force le milligramme et comme unité de longueur
le millimètre.
Il est facile de reconnaître que l’unité de magnétisme est propor- tionnelle à 1 ~ racine carrée de l’unité de force et à l’unité de longueur, ;
par suite, le nombre qui représente 1111C quantité déterminée de
magnétisme varie en raison inverse de la racine carrée de la valeur de l’unité de force et de l’unité de longueur, ou bien encore, si l’on
,change d’unités, il faudra diviser le nombre qui exprime une cer-
taine quantité de magnétisme par le rapport de la racine carrée de la nouvellc unité de force à l’ancienne, et le rapport de la nou- velle unité de longueur à l’ancienne.
Ainsi, avec les nouvelles unités adoptées, l’unité de magnétisme
est la quantité que doivent posséder deux molécules pour exercer l’une sur l’autre Ul=;’: action de i milligramme à I millimètre, de
distance; cette unité est donc un million de fois plus petite que la
précédente.
..Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:01872001004900
50
Cette unité présente encore certains inconvénients qui ont engage
Gauss à eit adopter une autre. En et1(~t, le milligramme ou le poids de § de centimètre cube d eau est une quantité qui varic avec le lieu de la terre oiil l’on sc trouve ; donc une même quantité de magnétisme rapportée à cette unité en divers lieux de la terre sera représentée
par des nombres dinerents : ce qu’on doit éviter si l’on veut comparer l’intensité absolue du magnétisme mesurée en diisércntcs stations.
En un lieu détermine, i milligramme est la force qui, appliquée â la
masse de § de centimètre cube d’eau, lui communique, au bout
d’une seconde, une accélération égalc à g mîllimétrcs. Gauss a adopté
comme 11111tC de force celle qui, appliquée à la même masse, lui communiquerait, au bout d’une seconde, une accélération égale à
~ ing
1 millimètre; l’unité de force est donc
-, ,quantité constante,
~
puisque le poids est proportionnel à b~. Il résulte de ce choix d’unité que la masse d’un corps pesant doit être représentée par le même nombre que le poids relatif; car, avec cette nouvelle unité de force,
le poids d’un corps est exprimé par p ~ g, et, par suite, sa masse .I’~:~ ~
f ~
opar ~
r==î~.
9
...
O11 ne peut jamais ni constater ni mesurer l’action d’une molé- cule contenant du fluide boréal ou austral sur une autre molécule
qui contienne l’un de ces fluides isolément. Les forces développées par le magnétisme se manifes tent dans deux circonstances principales :
dans l’action de la terre sur un aimant pouvant tourner autour d’un
axe fixe, ou dans l’action réciproque de deux aimants (1).
1l~lToment mcigizétlqzie.
-Sa détermination.
Examinons d’abord l’action de 1 a terre sur un ailnant pouvant
tourner autour d’un axe fixe, et voyons comment on peut la me-
surer ; nous admettrons que cet axe est vertical, ce qui revient à ne
tenir compte que de la composante horizontale du magnétisme ter-
~(i ) ( 1) Quoique Quoique je je i’asse usage des fasse usage des expressions exprcssions de fluides de fluides maynétiques, magnétiques, cela cela
nene préjuge préjuge
rien sur la cause du magnétisme; quelle que soit cette dernière,
onpeut toujours,
surtout dans le but d’en
mesurerles effets et de les exprimer par des nombres, les
attribuer à des quantités déterminées d’un certain agent, que l’on désigne sous le nom
de , fluide ,
sansattacher à
cemot
un sensabsolu.
51 rostre. On sait que cette action se réduit à un couple, dont le mo-
ment dépend : IOde l’intensité du magnétisme terrestre au lieu ét
au moment de l’observation ; 20 de la distribution du magnétisme
dans l’aimant considéré; 3° de la valeur absolue de ce magnétisme.
Soient MM’ le méridien magnétique (fig. 1)9 AB un aimant placé perpendiculairement à ce méridien; tout se passe comme si la
partie OA ne possédait que du fluide austral et OB du fluide boréal.
Fig.
1.La molécule a, située à une distance x du centre 0, est sollicitée
par une force t f ; le moment de cette force par rapport au méridien
magnétique est fx, et la somme des moments correspondants à
toutes les molécules de la partie australe sera ~~ f’x
==FX avec 2/=F et OA ~ X.
De même pour la partie boréale de l’aimant, toutes les forces peuvent être remplacées par une résultante unique - F, appliquée
en un point B, dont la distance à 0 est
-X’, et produisant un couple dont le moment est FX~..Le moment total du couple qui
tend à faire tourner le barreau et à le placer dans le méridien ma- gnétique est donc F ~ X ~-E-- X’ ~ .
=F X 2 L . Les points A et B sont
les pôles de l’ailnant, 2 L leur distance, et la quantité F X 2 L est
ce qu’on a appelé le moment rnagnétique. Sa valeur varie avec les
unités de force et de longueur adoptées ; on peut le définir de la manière suivante :
Le moment 1Jlagnétique d’un barreau est égal à l’intensité de la f’once qu’il faudrait cc~pli~zceo perpendiculairement à ce bar-
reau, en sens contraires, en deux points situés de chaque côté du
centre de rotation à une distance égale à la moitié de l’unité de
longueur., afin de lnaintenir ce barreau wenpejtdiczzlaine au miéri-
dien lnagnétique.
52
Si le barreau fait avec le méridien un angle i, le moment magne- tique devient 9, FL sin i, ou simplement 9, FL X i, si l’angle i est très- petit.
Théoriquement, ce moInent magnétique peut se déterminer en
valeur absolue par deux méthode : à l’aide des oscillations ou par
l’emploi de la balance de torsion. Dans la pratique, cc dernier ap-
pareil ne présente aucun avantage ; car il faut déterminer le coefli- cicnt de torsion du fil employé, ce qui ne pcut se faire qu’en tordant légèrement ce fil et le faisant osciller, après l’avoir chargé d’un poids égal à celui de l’aimant qu’on veut étudier. La balance de tor-
sion lie peut donc être clnployéc que pour comparer les valeurs re- lativ cs du moment magnétique d’un même aimant dans diverses
circonstances, et encore, avec cet appareil, n’ob-ticnt-on pas des ré- sultats aussi exacts que par l’emploi de la méthode des oscillations
~ sauf’ si l’on prend la balance bifilaire de Gauss ) . Voyons donc conl-
ment, en faisant osciller un barreau aimantée, on pourra déternliner
son moments magnétique en valeur absolue, à l’aide des unités adop-
tées par Gauss. (Nous supposons que le fil de suspension a un cocf
ficient de torsion négligeable par rapport au moment magnétique,
afin de ne pas compliquer inutilcment les formules, données ici uniquement au point de vue théorique.)
On démontre que la durée d’ule oscillation est donnée par la formule
1) est le poids du barreau en milligrammes, ~ son rayon de giration tegai, comme on sait, à 2013~.2013? 171 étant la masse dune molecuie
Î ’
.31 1"’1,
"du barreau, i- sa distance à l’axe de rotation, et 1B1 la masse totale )
exprimé cii millimètres carrés, F X 2L le moment i>iagnétiqiie, t le
temps compté en sccondes (2).
(’) ~o~’ BlOT, Traité de Physique, t. III, p. 21; JAMIN, Cours de P/~/yz~ ~ l’École Polytechnique, t. 1, p. 5 15; DESA1XS, Leçons de PA~~~M~, t. 1, p. 489, etc.
Si l’on prenait le milligramme pour unité de force, il faudrait ajouter
sousle
-
radical le facteur Le produit /?A~ renferme aussi le moment d’inertie de la chappe 9
qui sert à soutenir l’aimant, si l’on emploie
cemode de suspension.
53
1) h 1. l’~t ~c~m~~ualcmt.c~m, déterminé par l’expérience; caries barreaux
employés.) quoique ayant unie l’ortite géométrique régulière, celle
d’un parallélépipède, n’oscillent pas autour de leur centre de gra-
vité, à cause de la nécessité de rendre l’aiguille horizontale à l’aide d’un contre-poids; cependant, en prenant celui-ci d’une forme géo- métrique bien régulière, le suspcndant à unc distance parfaitement
déterminée du centre de gravité, om pourrait déterminer par le cal- cul le moment d’inertie du barreau oscillant.
Voici le procédé expérimental donné par Gauss : On fait osciller le barreau seul, et l’on a
On suspend deux poids égaux P de part et d’autre du centre de
suspension du barreau, à une distance ai de cc ccntrc ; on fait de
nouveau osciller, et l’on a
,.2 est une constante qui dépend de la forme des poids. On fait une
troisième observation en plaçant les poids à une distance a2 du
centre, et l’on a
On déduit de ces trois équations
Voici les résultats d’une expérience faite par Gauss :
d’où l’on déduit
54
Les poids étaient suspendus à une tige de bois fixée perpendieu-
lairement à l’aimant dans la chappe destinée à soutenir ce dernier.
M. Lanl0nL ( 1) a simplifié cette 111éthode en relilplaçant les deux poids par un anneau cylindrique que l’on pose sur 1’aimant, et dont
, ..
2 Z
,le moment d’inertie est P r’ ~ r2 ~ ’2 ri et 1’2 étant les rayons exté- rieur et intérieur de l’anneau.
Le moment magnétique F X 2 L résulte de l’action du magné-
tisme terrestre sur celui que possède le barreau. On pourra donc poser F =1~ ~ T, et le moment magnétique s’écrira M X 1’X 2 L,
et sera égal au produit de deux quantités de magnétisme par une
longueur.
Quelle signification faut-il attribuer aux quantités M et T a On
admet d’abord que tout se passe comme si en A (pôle austral) était
accumulée une quantité M de fluide austral, et en B une quantité M
de fluide boréal.
L’aiguille aimantée étant placée en AB perpendiculairement au
méridien magnétique MM’, supposons qu’en deux points C et D
situés à l’unité de distance de A et B (fig. 2 ~,
’1sur les droites AC et Fig.
2.BD parallèles à 1~I1~L°, on concentre une quantité T de fluide boréal
en C, et T de fluide austral en D; le barreau CD sera soumis à un
couple égal à son moment magnétique. T se nomme l’intensité ab- solue du magnétisme terrestre, et 1!~ x 2L le moment magnétique
absolu du barreau.
(’) Directeur de l’Observatoire de Munich, qui a publié un grand nombre de tra-
vaux sur le magnétisme terrestre.
55 La quantité !M est cxprnnée par un nombre variant en raison in-
verse de la valeur de l’unité de magnétisme, et, par suite, en raison
inverse de la racine carrée de 1 unité de force et de 1 uni te de lon- gucur, T variera de la même manière; maïs, en outre, comme T est censé agir a l’unité de distance, il doit varier proportionnellement
au carré de l’unité de longueur et, en définitive, proportionnellement
à l’unité de longueur. En enet, le produit 1~I’l’ .
~li doit être indé-
pendant de l’unité de longueur., si toutefois on choisit les unités de f’orce et de longueur indépendantes l’une de l’autre, ce qui n’arrive
pas pour celles qu’a adoptées Gauss.
,La méthode des oscillations donne donc MT X 2 L, et ne peut scrvir à mesurer ’I’ que si NI X 2 L cst constant, ce qui arrive rare-
ment. Poisson le premier a donné une méthode pour déterminer ~h,
par 1’elnploi simultané de plusieurs aimants agissant les uns sur les
autrcs; mains, dans la pratique, cette méthode n’a pas donné de bons résultats, parce que le calcul dépend de différences entre des durées d’oscillations très-voisines les unes des autres, et, par suite,
les erreurs d’observation omt une influence beaucoup trop grande.
La méthode donnée par Gauss, au contraire, reposant sur l’action
de deux aimants placés à une grande distance, permet de résoudre
coinplétenient le problème proposé, savoir : de connaître, dans le
moment magnétique, séparément T et --NI X 2 L.
Action réciJ)J’oque lie deux aÙnanls placés Ù ecjie ~ j°czca~c (listatice
pal’ rapport Ù leurs ~tï~’te7LStU72S.
Soient t~~7 un petit aimant horizontal mobile autour de son Illl- lieu 0 et placé dans le méridien magnétique, et Al~ un barreau,
aimanté plus grand, perpendiculaire au méridien magnétique, et
dont le centre C est sur le prolongement de ab (fig. 3). On peut
admettre, quand on veut traiter la question d’une manière élément-
taire, que chaque aimant est réduit à deux centres magnétiques équidistants du milieu. Cette hypothèse n’est pas conforme à la réa-
lité ; mais quand on veut tenir compte de la distribution réelle du
magnétisme dans les ailnants, on arrive à une formule identique;
la seule différence repose dans la forme des coefficients constants,
coefficients dont la valeur est déterminée par l’expérience ou bien
qui sont négligeables,
e56
On adoptera les mêmes unités que dans le cas ~r~céden t ( 1 ) .
Soient M et m les quantités de magnétisme libre contenues en A, b ’ et a. L’action de A sur b est M m ; , ba la composante perpendicu-
laire à ab sera
en appelant R la distance des centres OC, et 2 1 la longueur du petit
"
Fig. 3.
aimant mobile. La composante due à l’action de B sur b ayant la
même valeur, l’action totale de A et B sur b sera
Le moment de cette composante par rapport au centre 0 sera
L’action de A et B sur ~ donnera une force dont le moment sera
(1) Consulter les Lecons de Physique de lYl. DESSAINS, t. 1, p. 5 ~ 5.
57
et le moment total de ces deux forces sera
En développant et négligeant les puissances de R supérieures à la cinquième, on obtient
,Quand on traite la question complétement, en n’admettant pas les aimants réduits à deux centres magnétiques, la forme seule du coefficient A est différente ; 2 ML est 2 r~zl représentent alors les mo-
ments magnétiques absolus. Si l’on suppose que l’aimant ab soit dévié très-peu du méridien magnétique, d’un angle u, sous l’in- fluence du couple c~a, on aura
d’où
Si l’on place, au contraire, le barreau AB de telle sorte que son
prolongement tombe sur le centre 0 du barreau mobile (q fi~. ~. ~,
on démontre que le moment de l’action de AB sur ab est
avec
58
et, par suite, double du précédent a égalité de distance (cii llégli.
tl tll B
geant les uermes Ra ct R2’ ce qu ou ne pcut, pas aire en général ).
.Si les actions magnétiques décroissaient comme la puissance nü’"1G
de la distance, ce moment serait n fois celui qu’on a obtenu dans lc
cas précédent. Comme Gauss a trouvé, par des observations d’une
rigueur absolue, n .‘ 2, on a ainsi la démonstration la plus nette
que les actions magnétiques décroissent comme le carré des dis-
tances.
u étant la déviation produite sur l’aimant mobile, on aura
Pour déterminer soit X et Y, soit X’ et Y’, il faut faire au inouïs deux observations Ri et R2 assez différente l’une de 1 autre, noter
les déviations ui et U2 de l’aimant mobile ; on obtient ainsi
Gauss a obtenu les nombres suivants dans une série de détermi-- nations : avec la deuxième disposition ( fib~. 4)
et avec la première (~b~’. 3 )
Déterntinatioit du maf!;nétisl1le terrestre en valeur absolue.
En faisant osciller un barreau aimanté autour d’un axe verticale
on obtient son moment magnétiques dû à la composante horizontale du magnétisme terrestre) aFL ou T X M > 9- L. Si on emploie le
même aimant pour dévier du méridien magnétique une aiguille
b81 8 d 1
8A X M X 2 L
mobile., comme on vient de le vuir, on peut connaître ou ’f T ;
59
on a donc tous les éléments nécessaires à la détermination de M X 2 L
et de T, cn valeur absolue et en fonction des unités adoptées (1).
Posons en en’et
on aura
Voici les résultats d’une observation de Gauss : -.
1° Par la méthode des oscillation, on a obtenu
~° Par l’action du même barreau sur une aiguille mobile
d’où
et
[Gauss avait employé la deuxième disposition (fig. l~ ~~ , d’où l’on
déduit enfin
pour Goettinguc, le 18 septembre, à 5 heures du soir, i 83 ..
Ije 1 5 octobre, il trouva i ,~86o et le 2~ septembre 1,7965.
Pour avoir l’intensité absolue totale, il faut évidemment diviser
cette quantité par le cosinus de l’inclinaison. Le tableau suivant donne l’intensité horizontale du magnétisme terrestre pour le com- ( 1 ) La formule tang
zi== -03 ~ ’~75 montre que le nombre qui exprimera X doit être en
raison inverse du cube de l’unité de longueur, par suite en raison inverse du carré’
de cette unité,
cequi est conforme aux remarques faites plus haut.
60
mencement de l’année 1870, pour les latitudes de ~.~ à 55 degrés,
et pour les longitudes de 20 à 4o degrés du méridien de l’île de Fer.
Ce tableau se trouve donné dans un traité de manipulations de phy- sique publié par 1~I. Kohlrausch.
Pour déduire de la valeur de T, en I8~o, la valeur de T à une
autre époque, il faut ajouter, pour chaque année suivante, 0,004.
SPECTRE D’ABSORPTION DES DISSOLUTIONS D’ACIDES HYPOAZOTIQUE , HYPOCELORIQUE, CHLOREUX;
PAR M. D. GERNEZ
Brewster a reconnu, en i 832, que les vapeurs d’acide ~ypoazo- tique absorbent un grand nombre de rayons de réfrangibilités di-
verses dans le spectre continu produit par la flamine d’une lampe à
gaz ou à huile, et sillonnent ce spectre de plus de deux mille raies obscures. On observe très-facilement ce phénomène en interposant
entre la source lumineuse et la fente d’un spectroscope un tube de
2 ou 3 centimètres de diamètre contenant des vapeurs nitreuses.
M. Kundt a annoncé, en octobre 1870, que l’acide hypoazotique
,