HAL Id: jpa-00237189
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Submitted on 1 Jan 1876
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Recherches expérimentales sur la polarisation rotatoire magnétique
Henri Becquerel
To cite this version:
Henri Becquerel. Recherches expérimentales sur la polarisation rotatoire magnétique. J. Phys. Theor.
Appl., 1876, 5 (1), pp.233-244. �10.1051/jphystap:018760050023300�. �jpa-00237189�
RECHERCHES EXPÉRIMENTALES SUR LA POLARISATION ROTATOIRE
MAGNÉTIQUE
(1) ;
PAR M. HENRI BECQUEREL,
élève ingénieur des Ponts et Chaussées.
Depuis
la découverte deFaraday,
lesphysiciens qui
ont étudiéle
phénomène
de lapolarisation
rotatoiremagnétique
ont montréque la rotation du
plan
depolarisation
d’un rayon lumineux delongueur
d’ondedéterminée,
traversant, sous une mêmeépaisseur,
divers corps soumis à une intensité
magnétique donnée,
variait avecla nature de ces corps ; 5 mais ils n’ont reconnu aucun
rapport
simple
entre lagrandeur
de la rotation et lespropriétés physiques
ou
chimiques
des corps.M. de la Rive avait fait observer que la rotation semblait d’au-
tant
plus grande
que l’indice de réfraction des corps étaitplus grand;
maisquelques expériences
de M. Verdetayant
paru con- tredire cette remarquer, on ne fit pas d’autres recherches dans cettevoie.
Les
expériences
faitesjusqu’ici
ne m’ont pas semblé suffisammentconcluantes,
etj’ai pensé qu’en
étudiant des corpsdialnagnéti-
ques et
très-réfringents,
l’influence de l’indice de réfraction pour- rait devenirprépondérante,
et manifester une relationmasquée
dans les
expériences
antérieures. Cesprévisions
ont étépleine-
ment
confirmées,
et les observations se sont immédiatement éten- dues à d’autresparties
de laquestion.
Je me suis
servi,
dans cetravail,
d’un très-fort électro-aimant à branchesverticales,
dont les armatures sontpercées
d’un trou cy-lindrique
suivant laligne
despôles.
Lecorps
étudier étaitplacé
entre les deux armatures
polaires.
La mesure des rotations se faisait au moyen d’un
polarimètre
àpénombres.
Les sources de lumière étaient la flamme monochroma-tique
desodium,
la flamme delithium,
vues au travers d’un verrerouge pour éliminer la lumière
orangée,
et, dans des casexception-
( 1 ) Recherches présentées à l’Académie des Sciences dans trois Notes, le juin I875,
le W janvier et le 10 juillet I876.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018760050023300
234
nels,
la lumière Dritniinond transmise à travers des écrans rouges,verts ou
bleus,
laissant passer une lumière sensiblement homo-gène.
Les
dispositions précédentes
ontl’avantage
depermettre
d’obser-ver des corps très-colorés sous une
petite épaisseur.
I° Relation entre le
pouvoir
rotatoirelnagnéliqllc
des conhs etleurs indices de
refraction.-
Le tableau suivant contientquelques-
uns dcs résultats obtenus. L’unité
qui
a été choisie pour cette séried’expériences
est la rotation111agnétique
de sulfure de carbone.TABLEAC 1.
En étendant les
expériences
à ungrand
nombre desubstances,
on reconnaît que la rotation
magnétique
croît engénéral
avec l’in-dice de réfraction 7l des corps, à peu
près
comme la fonction n2( n2 1),
et l’on arrive auxconséquences
suivantes :1 ° Pour les corps
diamagnétiques,
lequotient
dupouvoir
rotatoiremagnétique
R par leproduit
n2(n2 2013 i )
est un nombrequi
variepeu si on le compare aux
grandes
différences que 1 on observe dans lagrandeur
des rotationsmagnétiques.
2° En
rapprochant
entre elles les substances pourlesquelles
lerapport
est leniéine,
on reconnaît que les corps d’un groupe sont descomposés
des mêmes substanceschimiques,
ou ap-partiennent
à la même famille.Ainsi,
enopérant
avec la lumièrejaune
du sodium etprenant
pour unité la rotation du sulfure de carbone à 16degrés,
ontrouve que :
Les acides
très-oxygénés,
tels que l’acideazotique
et l’acide sul-furique,
donnent pour lerapport
des nombrestrès-petits
voisins de o,ii;
Les
alcools,
leprotochlorure
decarbone,
lechloroforme,
desnombres voisins de
0,I6;
Les
coinposés
du soufre s’ écartcnt peu deo,188 ;
Les
composés
duchlore,
dupl1osphore,
donnent à peuprès
0,22;Le hrome et l’iode se
renlarqnent
par lagrandeur
durapport
qui
avec la lumière rouge atteint0,465
pour le bronme.Ce caractère se retrouve dans les broinures et les iodures.
Les
composés d’étain, d’antimoine,
de bismuth donnent des nombrestrès-grands
relativement auxprécédents
et communi-quent
ce caractère à leurs dissolutions.Pour ces
dissolutions,
lerapport
- est intermédiaire en- Ire celui du dissolvant et celuiqui correspondrait
au corpsdissous,
et d’autant
plus près
de ce dernier que la dissolution estplus
con-centrée.
Le
quotient
est donc un nombrequi
caractérise la na- turecl1iruifllle
de la substance étudiée et l’intervention propre de236
cette substance dans le
phénomène
de la rotation duplan
depola-
risation de la lumière sous l’influence
magnétique.
Ce nombre estgrand
pour les corps lesplus diamagnétiques,
lebronie, l’antimoine,
le
bismuth;
et il est d’autantplus petit
que les corps sont moinsdiamagnétiques
ou renfermentplus d’oxygène.
Dans les combi-naisons, l’oxygène
secomporte
commetrès-magnétique.
Parmi les corps
étudiés,
le soufre fonduprésente
uneparticula-
rité
remarquable.
Lepouvoir
rotatoiremagnétique
de ce corps augmentetrès-rapideinent
à mesurequ’il
se refroidit ets’approche
du
point
de solidification. Cette variationrapide correspond
à unaccroissement aussi
rapide
de l’indice de réfaction.Un certain nombre de corps
cristallisés,
tels que lespath-fluor,
le
diamant,
lerubis-spinelle,
s’écartent de la loigénérale.
Ce faitne
peut s’expliquer jusqu’ici
que par un étatparticulier
des corps cristallisésqui
les rend rebelles à l’action dumagnétisme.
C’est unfait d’observation
qui
s’étend aux cristauxbiréfrigents
et à certainscristaux
monoréfringents.
2°
Corps lnagnéliques.
-Les corpsmagnétiques,
àpart quel-
ques
exceptions, présentent,
comme on lesait,
lapropriété
remar-quable
de dévier leplan
depolarisation
de la lumière à l’inverse des corpsdiamagnétiques.
Les dissolutions des sels de fer dans l’eau manifestent ces effetsinverses,
ainsi que l’a montré M. Verdet.On convient
d’appeler rotations positives
les rotationsmagnétiques
de même sens que celle de
l’eau,
et rotationsnégatives
les rotations inverses desprécédentes.
En mesurant les rotationsmagnétiques, produites
par des dissolutionsinégalement
concentrées deproto-
chlorure et deperchlorure
de fer dansl’eau,
on obtient les résul-tats
indiqués
dans les tableaux suivants. Ces rotations ont été me-surées pour la lumière
jaune D
dusodium,
et sontrapportées
à larotation de l’eau comme unité.
237
TABLEAU II.
On admet
généralement qu’avec
des dissolutionsinégalement
concentrées d’un sel
diamagnétique,
lerapport
de la rotation ma-gnétique, corrigé
de l’action dudissolvant,
aupoids
du selanhydre
contenu dans l’unité de volume de la dissolution est un nombre sensiblement constant, que l’on
peut appeler
lepouvoir
rotatoiremagnétique
moléculaire du sel dissous. J’ai reconnu, aucontraire,
que les dissolutions de
protochlorure
et deperchlorure
de fer dans l’eau conduisent des nombres essentiellement variables.Lorsque
ces dissolutions sont
très-étendues,
lepouvoir
rotatoire moléculairequi
estnégatif
est sensiblement constant;puis,
à mesure que la con- centration devientplus grande,
il augniente à peuprès proportion-
nellement au
poids
du selanhydre
contenu dans l’unité de volumede la dissolution. L’état de sursaturation des dissolutions concen-
trées se maintient
pendant
untemps
suffisant pourpermettre
les observations à latempérature
ordinaire.Le
perchlorure
de fer forme avec l’eau diverses combinaisonschimiques,
mais ces combinaisons ne semblent pas influer sur la238
régularité
duphénomène.
Pour des dissolutionsplus
concentréesencore que celles
qui
sont ci téesici,
etqui
contiennent 7 pour 100et
jusqu’à
8 pour 10o deperclilorure
defer,
ces observationspré-
sentent des anomalies dont l’étude ne saurait trouver
place
dans cetextrait,
et pourlesquelles je
renvoie au Mémoirecomplet
quej’ai présenté
à l’Académie leI0 juillet 1876.
Ainsi 1’6n arrive à cette
conséquence importante, qu’avec
lessels de fer la rotation
magnétique
croîtbeaucoup plus
vite que le nombre des molécules actives.Il est
très-remarquable
derapprocher
cette observation d’uneexpérience
faite autrefois par monpère.
Si l’on enferme dans unpetit cylindre
depapier
desmélanges homogènes
de fer enpoudre
et de
résine,
et que l’on soumette cespetit
barreaux à l’action d’unaimant,
on voit quel’actionmagnétique
est d’abordproportionnelle
au
poids
de fer contenu dans lemélange; puis, lorsque
lepoids
dufer
dépasse
une certaineproportion,
l’attractionmagnétique
croittrès-vite et est
représentée
par une fonction du carré dupoids
dufer,
fonctionanalogue
à celledue j’ai indiquée
pourreprésenter
les°rotations
négatives
des chlorures de fer.On
peut expliquer
cefait,
en admettant que lesparcelles
defer, qui
deviennent par influence depetits aiinants, réagissent
les unessur les autres de
façon à
augmenter lemagnétisme
proprequ’elles prendraient
si elles étaient soumises à l’action de l’ainiant. LaFia.!.
fig.
n, danslaquelle
M et 3’I’représentent
lespôles
de l’électro-aimant,
et m les molécules de la substanceétudiée,
montre commentpeut
avoir lieu I’orientationpolaire
des molécules.L’analogie complète
entre ce fait et les lésultatsindiqués plus
haut conduit à supposer que la rotation
magiiéliclue négative
duplan
depolarisation
de la lumière est due à une actions propre des moléculesqui agissent
sur la lumiérepolarisée
comme autant depetits
aimants inverses à l’aimantqui
les influence. Cettehypothèses expliquerait
comment,lorsque
les molécules sonttrop éloignées
pour1
239 s’influencer mutuellement d’une
façon sensible,
la rotation molé- culaire est constante, et comment cette rotation augmentelorsque,
par suite de la
concentration,
les molécules serapprochent
defaçon
à
pouvoir réagir
l’une sur l’autre.Ces actions inoléculaires ne sont pas
proportionnelles
aux attrac-tions et
répulsions magnétiques;
car, si l’on suppose que les molé- culesréagissent
les unes sur les autres, l’action dechaque
moléculesur un
point
intérieurpeutétre augmentée
sans que l’attraction sur unpoint
extérieur relativementtrès-éloigné
le soit dans la mêmeproportion,
cette attractiondépendant
de laquantité
de111agll.é-
tisme non dissimulé par les molécules voisines.
Bien
plus,
certains corpsdiamagné tiques,
tels que le bichlorure detitane,
sontnégatifs;
lmais ils renfcrnlenttoujours,
dans ce cas,un élément
très-magnétique. D’autres,
tels que lenickel,
le cobaltet le
manbanèse, qui
sontmagnétiques,
sontpositifs,
et même po-sitifs ou
négatifs
comme lemanganèse,
suivant que l’actionpositive
des substances combinées
prédomine plus
ou moins.D’une manière
générale,
cette étude montre que la nature des molécules des corps intervient directement dans lephénomène
dela rotation du
plan
depolarisation
de la lumière sous l’influencemagnétique,
et que, dans une moléculecomplexes,
ilpeut
y avoirindépendance
entre les efl’etsproduits
par les divers élémentsqui
la
composent.
On
peut
en conclure que la rotationmagnétique
duplan
de po- larisation de la lumière est fonction dumagnétisme qui
se déve-loppe
par influence dans les molécules des corps.3°
Dispersion
desplans
depolarisation
des i-a),-ons lumineux de diverseslongueurs
d’onde.2013 L’étude de ladispersion
desplans
de
polarisation
des rayons lumineux de diversescouleurs,
pour un même corps,présente
un intérêtspécial,
parce que, la constitutionchimiques
du corps étudié restant lamême,
les effets observés doi-vent être intimement liés à la nature et au mode de
propagation
desvibrations lumineuses. Le tableau
ci-joint
renferme les résultats desexpériences
faites surplusieurs
corpsdian1.agnétiques
etlllagné- tiques.
Les nombres d’une même colonne verticale serapportent
à une même
longueur
d’onde etreprésentent
lesrapports
des di-verses rotations à la rotation
correspondante
pour lalumière jaune D,
avec le même corps. .
240
t:
z
24I La discussion des observations conduit aux
conséquences
sui-vantes :
1 ° Rotations
positives
des corpsdiamagnétiques.
Les rotationspositives
desplans
depolarisation
des rayons de diverseslongueurs
d’onde
croissent,
comme on lesait, approximativement
en raisoninverse du carré des
longueurs
d’onde. Si l’on tientcompte
de l’in- dice de réfractioncorrespondant
àchaque
rayon, en mêmetemps
que de lalongueur d’onde,
onpeut expliquer
les écartssignalés
àla loi
simple indiquée plus
haut et l’on reconnaît quel’expression
n2(n22013I) 03BB2,03BB étant
lalongueur
d’onde et n l’indice de réfractioncorrespondant,
serapproche beaucoup
des observations pour les corpsque j’ai
étudiés.2° Rotations
négatives
des corpsmagnétiques.
2013 Les rotationsnégatives
desplans
depolarisation
de lalumière, qui
n’avaient pas été étudiéesjusqu’ici, présentent
des caractèresremarquables.
Lebichlorure de
titane, qui
estincolore,
seprête
très-bien auxexpé-
riences. Les dissolutions de
perchlorure
de fer dansl’eau, qui
sonttrès-colorées,
nepermettent
les observationsqu’avec
les rayons rouges etjaunes.
Si pour ces diverses dissolutions on tientcompte
de l’action del’eau,
on en déduit un nombre constantqui représente,
pour le
perchlorure
de feranhydre,
lerapport
des rotations corres-pondant
à des rayons de mêmeslongueurs
d’onde. On voit par le tableauprécédent
que les rotationsnégatives
des substances quenous v enons de citer suivent une marche notablement différente de celle des rotations
positives
des corps étudiésplus
haut et cor-respondent
à unedispersion
rotatoireconsidérable, caractéristique
des corps
magnétiques : j’ai montré,
du reste,plus
haut que ces corpsprésentent
à un autrepoint
de vue despropriétés spéciales.
La
grande dispersion
rotatoire duperchlorure
de fer se met faci-lement en évidence en
prenan t
une dissolutionayant
une très-faible rotationmagnétique positive
ounégative
pour la lumièrejaunes.
Une dissolution de
perchlorure
de fer dansl’eau,
dont la densité estvoisine de
I,I55, remplit
cette condition. On voit alors la même dissolution êtrepositive
pour les rayons rouges etnégative
pour les rayons verts. Cetteexpérience
curieuse montre bien l’indé-pendance
en tre l’action de l’eau et l’action duperchlorure
de fersur la lumière
polarisée,
ainsi quel’inégale dispersion
rotatoire de242
ces deux corps. On
peut
observer que les rotationsnégatives
descorps que nous avons étudiés croissent
approximativement
en raisoninverse de la
quatrième puissance
deslongueurs d’onde,
comme onpeut
le voir dans le tableauprécédent.
Les considérations
qui
viennent d’êtreexposées
montrent que lephénomène
de la rotationmagnétique
est à la fois fonction de lalongueur
d’onde de lalumière,
de l’indice de réfraction et de la na-ture des molécules des corps. Comme l’indice de réfraction est pour
un même corps lié à la
longueur d’onde,
on voit que, suivant que l’on tiendra ou que l’on ne tiendra pas compte de cetindice,
on pourra donner diverses formes àl’expression approchée
de ladispersion
rotatoire des corps.
L’une
desexpressions
lesplus simples
satisfai-sant aux observations faites
jusqu’ici
est a 03BB2 +b 03BB2,
cc et b étant descoefficients dont le
signe
et la valeurnumérique
varient avec les di-vers corps ; a est
grand
etpositif
pour les corps dont la rotationest
positive,
b estgrand
etnégatif pour
les corps dont la rotationest
négative.
Conclusion. - Les conclusions de ce travail sont les suivantes : I° La rotation
positive
duplan
depolarisation
d’un rayon lumi-neux de
longueur
d’ondedéterminée,
traversant l’unitéd’épaisseur
d’une substance
diamagnétique
soumise à l’action dumagnétisme,
est
proportionnelle
à la fonction n’2( m‘-’ -.1)
de l’indice de réfrac-tion et à un facteur lié au
magnétisme
et audiamagnétisme
descorps. Ce facteur est d’autant
plus grand
que les corps sontplus diamagnétiques.
2° Pour les corps d’une même famille
chimique
ou pour les diverscomposés
d’un mêmes radicalchimique,
lequotient
de larotation
magnétique
par la fonction n2(n2 - 1)
de l’indice de réfrac- tioncorrespondant
est un nombrequi
varietrès-peu.
3° La nature
chimique
des molécules des corps intervient direc-tement dans le
phénomènes
de la rotation duplan
depolarisation
de la lumière sous l’influence
magnétique,
et, dans une moléculecomplexe,
ilpeut
y avoirindépendance
entre les effetsproduits
par les divers élémentsqui la composent.
Dans les disolutions il y a
indépendance
entre l’action du dissol-vant et l’action du corps di ssous .
4°
Les corpsdiamagnétiques
en dissolution ont despouvoirs
243 rotatoires
magnétiques
nloléculaires sensiblement constants,quelle
que soit la concentration des dissolutions.
Les
pouvoirs
rotatoiresmagnétiques
moléculairesnégatifs
descorps
très-magnétiques
croissent au contraire très-vite avec le rap-procllement
desmolécules,
dans des dissolutions deplus
enplus concentrées,
et semblent fonction de l’intensité dumagnétisme qui
se
développe
dans les molécules par suite de leurs réactions mu-tuelles.
5° La
dispersion magnétiques
desplans
depolarisation
des rayons de diverseslongueurs
d’ondepar les
corpstrès-diamagnétiques
estsensiblement
proportionnelle àn2(n22013I) 03BB2, 03BB
étant lalongueur
d’onde et n l’indice de réfraction
correspondant.
Pour les corps
très-magnétiques
ouqui
secomportent
conidie tels avec la lulnièrepolarisée,
les rotationsnégatives
croissentapproximativement
en raison inverse de laquatrième puissance
dela
longueur
d’onde.On
peut,
en outre,représenter
ladispersion
desplans
depola-
risation de la lumière pour un même corps, par une
expression
dela forme
a 03BB2 +b 03BB4, a
et b variant de grandeur et designe
avec les di-vers corps ; a est
grand
etpositif
pour les corpsdiamagnétiques,
b est
grand
etnégatif
pour les corpstrès-lnagnétiques.
Ces conclusions viennent a
l’appui
d’unehypothèse simple qui
nl’a
guidé
dans tout cetravail,
etqui
tendrait à montrer sous uneforme nouvelle que les
phénomènes magnétiques
etdiamagnétiques
ne constituent pas deux
propriétés
distinctes des corps, mais sont dus à une causeunique .
On sait que mon
père
a montré comment onpouvait expliquer
les actions
magnétiques
etdiamagnétiques
en admettant que les effets observés étaient dus à la différence entre les actions exercéessur les corps et sur le milieu ambiant. Cette théorie
irnplique
laseule
hypothèse gratuite
de supposer que les corpsrepoussés
dansle vide de nos machines sont moins
magnétiques
que le milieuqui
les entourée. On
peut
admettre que l’étherqui
transmet les vibra- tions lumineuses est lui-mêmemagnétique
etplus magnétique
que les corpsqui
seraientrepoussés
dans le vide leplus parfai t
de nos244
machines. Cette
hypothèse
se concilierait bien avec les observations.Supposons,
eneffet,
que sous l’influencemagnétique
les molé-cules des corps deviennent individuellement de
petits
aimantsprésentant
despôles
inverses à ceux del’électro-ailnant,
à l’actionduquel
elles sont soumises. Si ces molécules sont environnées d’un milieumagnétique, l’éther, lorsqu’elles
seront moinsmagnétiques
que ce
milieu,
onpeut
concevoir que l’action de l’aimant extérieursur l’éther intermoléculaire soit fonction de la densité de cet
éther,
c’est-à-dire de l’indice de
réfraction,
et, comme lemagnétisme
descorps
appelés diamagnétiques
varie dans des limitesétroites,
cettefonction de l’indice de réfraction ne doit pas être bien diflérente pour tous les corps
diamagnétiques.
Au
contraire,
si le corps esttrès-magnétique,
l’action indivi-duelle des molécules sur l’éther iltermoléculaire
prédominera
surcelle de l’aimant
extérieur,
et le sens de la rotationmagnétique
seracelui de l’orientation des molécules
influencées,
c’est-à-dire in-verse du sens
correspondant
aux corpsdiamagnétiques.
Les
expériences
avec les dissolutions des chlorures de fer con-firment encore cette manière de voir en montrant que, si les molé- cules
magnétiques
sont assezrapprochées
pourréagir
les unes surles autres, l’effet inv erse observé est lié à cette réaction mutuelle.
En
résumé,
ces recherchesexpérimentales
tendent à montrer que les rotationsmag11étiques
directes et inverses desplans
depolarisa-
tion de la
lulnière,
de même que lesphénomènes appelés
diama-gnétiques
etl1zagnétiques peuvent
se rattacher à uneorigine
com-mune et sont la manifestation d’une
propriété générale
des corps, celle de devenirmagnétiques .
Ces divers corpspossèdent
cettepropriété
à undegré plus
ou moinsgrand,
et les effets observéspeuvent
êtreregardés
comme dus à une différence entre les actionsmagnétiques
des molécules des corps et celles du milieuqui
lesenveloppe.
VERNIS DESTINÉ A FACILITER L’ÉCRITURE SUR LE VERRE;
PAR M. A. TERQUEM.
Depuis
querempli,
et même lamode,
desprojections
se sontintroduits