Action de cycles de tension sur l'aimantation du fer

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Submitted on 1 Jan 1908

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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�

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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 modi-}

fications 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 cer-} taine 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’aiman- tation.

Courbe normale ^ou anhystérét£que d’ccÚnantat£on obtenue par Z’cLC- tion de cycles de tension.

L’action répétée ^de cycles ^{de tension} identiques, ^de limites 0 et T, ^{sur un fil de fer soumis à un} champ magnétisant ^{donné, conduit} l’aimantation à une certaine valeur

limite; ^cette valeur limite dépend ^en général de l’aimantation initiale et de l’amplitude ^{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 déter- minée de l’aimantation, et, ^{si on} opère ainsi pour différentes valeur’s du champ, ^{on obtient une courbe} d’aimantation bien définie, qui

(i) ^{J. de} Phys., ⁴¹ série, ^t. Y, p. 380-389: mai 1907.

J. de Phys., ^4e série, ^{t. VII.} (Juillet 1908.) ³³

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019080070049700

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rentre dans la catégorie ^des courbes normales ou anhystérétiques

d’aimantation obtenues en réduisant, _{par des} procédés variés, l’hys-

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’ai-

mantation était mesurée parla ^méthode magnétométrique unipolaire.

Le fil a d’abord été écroui par ^une tension prolongée ^{de 6 kilo-}

grammes (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 kilo- grammes ; 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 parfai-

tement déterminée; au-dessous de 15 gauss, la réduction de l’hysté-

résis 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

par l’action des cycles de tension ou par l’action cl’un magné- tique alternatif clécî-oissant.

On peut ^réduire complètement l’hys-

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} anhystéré- tique 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 augmen- tation 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

499 grammes, les points ^{de cette courbe} C coïncident parfaitement ^avec

ceux 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-

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 intermé- diaire 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 correspondant à la tension.

Ainsi, ^{la courbe} anhystérétique correspondant ^à l’action de cycles

de tension est un peu au-dessus 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’ampli-

tude 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 anhysté- rétiques correspondant ^{à des} cycles de torsion de différentes ampli-

tudes 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 irré- versible est facile à définir au moyen ^{de la} courbe anhystérétique C ;

l’état magnétique initial du fil est représenté ^{par un certain} point ^du plan aimantation-champ magnétique; ^si, maintenant fixe le champ magnétique, ^on produit ^un cycle ^de tension, ^{de ce} cycle ^{est de} rapprocher ^le 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 repré-

senté dans la ou dans la ~’ ; ^{il est} coupé par la courbe

anhystérétique ^{en des} points ^{B, B’ ; si on} produit ^un cycle ^{de tension}

en partant ^d’un point ^{de la branche} C’AB, qui ^est au-dessous de la courbe anhystérétique, ^{l’action de ce} cycle ^{est de} relever le point représentatif; ^{si on} part ^d’un point ^{de la branche} BC, qui ^{est au-}

dessus ^{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 dépla-

cement du point représentatif, ^{est la} plus grande ^{dans la} région ^où

501

Fic. 2’.

502

la courbe d’hystérésis ^{est la} plus éloignée ^de la courbe anhysté- rétique. ^{L’action est} nulle pour le point ^{B où la courbe} anhysté- rétique 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}

une courbe à deux branches, analogue ^{aux courbes} hystérétiques,

mais dont chaque ^{branche est} intermédiaire entre la branche corres-

pondante 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’hysté- résis, 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 réduc- tion 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.

Action ou cyclique ^d’un cycle de tension.

D’une manière

générale, quand ^le point représentatif de l’aimantation a été amené

en un point ^limite par l’action répétée ^de cycles ^de tension, ^{de nou-}

veaux 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’aiman-

tation, 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-

503 cédemment dans ^{les mêmes} conditions. La valeur du champ magné- tique 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 condi- tions 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} points ^du cycle ^{sont du} point qui correspond ^{à une tension} 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 ^corres-

pond ^{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 intermé- diaires 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 mani-}

festation 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’est-}

à-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 anhys- térétique, ^{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 ^aiman-

tation et les courbes d’hystérésis ^{de fils} tendus ; ^{mais la} comparai-

son 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 nom-

breux 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 ten-

sion, ^même forte, ^sur l’aimantation anhystérétique, c’est-à-dire sur

506

l’aimantation stable, ^{est assez} faible ; ^{on trouve} des variations beau- coup 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 kilo-}

grammes 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 ten-} sion, ^tandis que les courbes de la ^sont obtenues en réduisant

l’hystérésis ^{par l’action d’un} champ alternatif décroissant.

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 pyro-

gallique, ^une 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 (1) Communication faite à la Société française ^de Physique : ^{Séance du}

5 janvier ^1906.