Superposition des biréfringences électrique et magnétique

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Submitted on 1 Jan 1934

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Superposition des biréfringences électrique et

magnétique

M. Scherer, A. Piekara

To cite this version:

SUPERPOSITION

DES

BIRÉFRINGENCES

_ÉLECTRIQUE

ET

_MAGNÉTIQUE

Par M. SCHERER et A. PIEKARA.

Sommaire. 2014 Les _{champs électrique} ou magnétique communiquent à un liquide les _propriétés d’un cristal uniaxe. Dans le cas _général de la coexistence des deux _champs, le milieu devient biaxe. MM. Cotton, Mouton et Drapier avaient trouvé, sur les _liqueurs mixtes contenant des _suspensions cristallines, que l’on ne pouvait déduire des _{biréfringences électriques} et magnétiques seules, les

propriétés dues à leur _{superposition.} Nous nous sommes _proposés de reprendre, sur des _liquides purs, en

utilisant l’électro-aimant de Bellevue, l’étude de cette _{superposition.} Dans les champs utilisés, quel que fùt l’angle des directions des deux _champs, les deux biréfringences séparées se _composent sans montrer d’influence _reciproque, vérifiant ainsi pour les liquides purs les prévisions théoriques de Pockels.

Intérêt de cette étude. - Un

_{liquide placé}

dans deux

_champs,

l’un

_électrique,

l’autre

_magnétique,

fai-sant un

_{angle 0}

devient

_{biréfringent.}

Si les deux

biré-fringences

exercées par

chaque champ séparément

res-tent

_{indépendantes}

dans les

_champs

_simultanés,

la

biréfringence

résultante s’obtient suivant une

_simple

règle géométrique (voir plus

bas) :

Pour les cas de

champs

parallèles

ou

_croisés,

on obtiendrait la somme

algébrique

des deux

_{biréfringences.}

Si au contraire ces deux effets ne _{restaient pas}

_{indépendants,}

des écarts à cette

_{règle apparaîtraient.}

La théorie de la

_{biréfringence}

dans des

_champs

superposés

a été

_développée

_{par Pockels}

₍₁₎

_par une

généralisation

du calcul de

_Langevin.

Admettant que l’effet d’orientation moléculaire est très loin de la

satura,tion,

Pockels se limite à une pre-mière

_{approximation qui}

fournit

_{l’indépendance}

et _par

suite l’additivité

_algébrique

des deux effets. Mais la théorie de Pockels ne fait pas intervenir les actions mutuelles entre

_molécules,

elle n’est valable _{que dans}

le cas _{des gaz. Il était intéressant de vérifier}

expéri-mentalement si cette

_{indépendance}

s’étend aux

liqui-des. En

_effet,

_{bien que l’orientation fût} encore loin de la saturation dans les conditions de

_{l’expérience,}

MM.

_Cotton,

Mouton et

_Drapier

₍₂₎

ont

_montré,

en étu-diant les

_liqueurs

mixtes contenant des

_suspensions

cristallines de benzoate de calcium

_qu’il

_{existe de gros} écarts à la loi d’additivité. Nous avons

_repris

dans le

champ

du

_grand

électro-aimant de Bellevue cette étude sur des

_liquides

_purs.

Montage. -

Nons avons utilisé les

_{pièces polaires}

en coin limitées par des facettes de

250 X

10 mm dis-tantes de 23 mm. Le

_champ

_magnétique

était d’environ 34.000 gauss.

Le tube

_{polarimétrique (en pyrex) placé}

dans l’en-(1) POC6ELS, Le Radium, 1913, 10, p. 156.

(a) A. COTTON, H. MouTON et P. C. R 1913, 157, p. 1 063 et p. i 519. - A. COTTON. Conférence publiée dans le volume :

Les _Progrès de la _Physique Jfoleculaire, Gauthier-Villars, à Paris, 19i i, p. 121.

trefer contenait un condensateur de laiton de 175 mm de

_long

dont les armatures étaient maintenues à une distance de 3 mm _{par de}

_petites

cales de verre. Cette

cuve était

_placée

à l’intérieur d’un tube de laiton mis à la terre. Elle

_pouvait

tourner autour de son axe afin qne l’on

pût

t

_diriger

le

_{champ électrique}

dans une direction

_quelconque

dans le

_{plan perpendiculaire}

au faisceau lumineux. La tension

_appliquée

entre les

arma-tures était 000

_volts,

elle était

_produite

_par un groupe

générateur Ragonot

et sa constance était véri-fiée à l’aide d’un électromètre.

Le

_{dispositif optique}

était celui

_employé

_par ]’un de nous _{pour les} mesures de

_{biréfringence}

_{(1 J.}

Il

_comprend

un arc au mercure dont on utilisait la raie verte à l’aide d’un monochromateur à

_prisme

Pellîn-Broca

à sulfure de

_carbone,

et un

_{prisme polarisateur}

_d’Ahrens;

l’ensemble monté sur un chariot

_pouvait

tourner au-tour de l’axe vertical de l’électro-aimant entraînant le condensateur dans son mouvement.

_{L’analyseur}

était un

_{simple analyseur}

à

_pénombre,

avec

_prisme

de

Lip-pich,

pour les

premières

mesures où l’azimut de la vibration incidente restait a 450 de la direction des deux

_champs.

Dans une seconde série

_{d’expériences,}

nous nous sommes servis de

_l’appareil

de Chaumont à 4

_{plages (’) équipé}

d’un

_{compensateur quart}

d’onde de mica

_immergé;

le

_système

des

_plages

était constitué par un

_prisme

de

_Lippich

et une lame

_quart

d’onde de mica collée entre deux

_galets

de verre.

_{L’équilibre}

des

plages

était réalisé à une dizaine de minutes.

Mesures. - Les

_{biréfringences}

mesurées restant

toujours petites,

nous avons fait les mesures en

équi-librant les

_plages

en l’absence des

_champs,

_puis

en

présence

de l’un deux

_{alternativement,}

enfin en

pré-sence des deux. A

_chaque

_opération,

les lectures étaient faites sur un vernier de chacun des cercles de

l’appareil.

Les

_pointés

dans

_chaque

cas étaient

_répétés

trois ou

_quatre

iois. La tension était

_coupée

entre les

el) 1B1. SCHÉRER, Thèse, Paris. 1934.

Ann. _Phys. Ch. 19f5,

9,

p 61.

569

lectures afin d’éviter l’échauffement du

_liquide.

La

pré-cision des

_pointés

était de 2 minutes environ. Le

fais-ceau lumineux était

_dirigé,

_par

_rapport

aux

_lignes

de force

_magnétique,

de

façon

à _{rendre minimum le} pou-voir rotatoire

_magnétique.

Puis on cherchait les azi-muts du

_polariseur

et du condensateur donnant des

biréfringences magnétique

et

_électrique

nulles

séparé-ment. On les tournait ensuite

_d’angles

connus _par

rap-port

à cette direction.

Résultats. - I. Ilne

_première

série de mesures a

porté

sur divers

_liquides

desséchés

_etpurifiés.

La vibra-tion incidente était

_placée

à 45" des directions des deux

champs,

celles-ci étant soit

_parallèles,

soit

perpendicu-laires.

Le Tableau suivant résume les résultats obtenus

~3m,

~~

étant les

_{ellipticités}

_(mesurées

à 220

_environ)

dans les

_champs

_magnétique

et

_{électrique séparément}

et

quand

ceux-ci coexistent

TABLEAU I.

On _{voit que sauf dans le} dernier cas

_(solutions

con-centrées de

_{nitrobenzène)}

où les mesures sont

_plus

difficiles et où la

_précision

était très

_faible,

_{il y} a addi-tivité exacte des deux effets : si les

_{biréfringences}

sont de même

_signe,

les

_{champs parallèles (ou croisés)}

donnent lieu à une

_{biréfringence}

résultante

_égale

à la somme

_(ou

à la

_différence)

de

_pm

et

_{de à ;}

l’inverse a lieu

_{lorsqu’elles}

sont de

_signes

contraires.

Il. - Dans

une seconde série de mesures effectuées

sur le sulfure de carbone avec

_l’appareil

de

_Chaumont,

nous avons fait varier

systématiquement

l’angle 0

entre les

_champs

_électrique

et

_magnétique.

Nous avons

mesuré les

_{ellipticités correspondantes}

et en avons

déduit les

_{biréfringences}

’Fern par la formule

a étant

l’angle

entre la vibration

rectiligne

incidente et

l’une des directions

_{principales.D’autre}

_part,

nous avons

calculé cpem

d’après

une

_{règle géométrique}

_qui

résulte d’une construction sur la

sphère

de Poincaré et

_qui

se base sur l’additivité des deux

_{biréfringences}

_prévue

théoriquement

par Pockels.

570

suivant ces directions des

_{vecteurs ge}

et _,m

proportion-nels aux

_{biréfringences électrique}

et

_magnétique

sui-vant les lois de Kerr et de Cotton-Mouton. Le milieu se

comporte comme un

cristal biaxe dont les

_lignes

neutres dans le

_plan

H E sont

_{représentées}

_{par les}

_points

L et L’ sur la résultante des vecteurs _pm et _{CPc. Une vibration}

incidente V sera

_transposée

en une vibration

ellip-tique

V’. La

_grandeur

de la

_{biréfringence}

résultante

sera

_{représentée}

_{par le vecteur} Nous avons ensuite

cherché à vérifier la

_position

de ces

_lignes

neutres,

en tournant le

_polariseur

et suivant avec

_{l’analyseur}

de Chaumont

_jusqu’à

trouver une direction de biréfrin-gence

l’approximation

que

comporte

cette

opération,

assez faible à cause de la

_petitesse

des

biréfringences,

nous avons _{ainsi vérifié que la}

_position

des

_lignes

neutres

_correspond

aux

_points

L et L’.

Le Tableau 2 montre les résultats des mesures

com-parées

avec ceux des calculs

_indiqués.

TABLEAU II.

Pour

_l’angle

EH

=

45°,

la seconde détermination

correspond

au maximum de

_{l’ellipticité}

résultante,

c’est-à-dire à un

_angle

de 45° entre la vibration inci-dente VI et l’une des

_lignes

neutres.

Fig. 2.

Mentionnons encore un cas

_particulier

_remarquable,

c’est le cas où 0 ~ 45° et où la VI coïncide avec la direction da

_champ

_électrique.

Il

_correspond

à une

biréfringence électrique

nulle et à la

_{biréfringence}

magnétique

maximum. En

_pi-ésence

de chacun des

champs,

on n’observe aucune rotation des axes de la

vibration

_émergente.

_Cependant

une rotation de 16 à 20 minutes

_{apparaît lorsque}

les deux

_champs

co-existent. Cet effet

_surprenant

_{s’interprète}

néanmoins

simplement

à l’aide de la

_{représentation}

_sphérique

de Poincaré.

En résumé : A la

_précision

de nos mesures et dans les

_{champs employés,}

les deux

_effets,

_lorsqu’ils

coexistent,

sont

_{rigoureusement}

sans influence réci-proque. La théorie de Pockels en rend

_compte

si l’on tient

_compte

de ce _{que les effets d’orientation réalisés} sout encore faibles.

Nous

_exprimons

toute notre reconnaissance à M. le

professeur

A.

Cotton,

qui

nous a

_guidés

dans cette

étude. L’un de nous

_{(A. Piekara)}

tient à remercier bien vivement la Fondal,ion de culture nationale à Varsovie

(Fundusz

Kultury Narodowej

w.

_{Warszawie) qui}

lui a donné les

_{possibilités}

de faire des recherches en France.