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Submitted on 1 Jan 1902
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Magnétostriction des aciers-nickels
H. Nagaoka, K. Honda
To cite this version:
H. Nagaoka, K. Honda. Magnétostriction des aciers-nickels. J. Phys. Theor. Appl., 1902, 1 (1), pp.627-632. �10.1051/jphystap:019020010062701�. �jpa-00240652�
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déplace le chariot ; si l’image de l’un des réticules demeure sur
l’autre, la glissière est parfaite.
En ce cas, en effet, les lunettes sont restées conaxiales : l’axe de NI est resté parallèle à l’axe de Ii , qui est fixe. Il est bon de remar-
quer que deux lunettes réglées à l’imfini sont conaxiales lorsque leurs
axes sont parallèles. Il n’est pas nécessaire qu’ils soient sur le pro-
longement 1B111 de l’autre; cette condition, clui n’est jamais exactement réalisée, serait superflue. Il n’est pas nécessaire, pour la même rai- son, que les lunettes l~I et Ii, soient exactement parallèles à la glis-
sière. Il est seulement préférable, au point de vue de la qualité des images, que le parallélisme soit suffisant pour que les deux objectifs
demeurent approximativement centrés.
MAGNÉTOSTRICTION DES ACIERS-NICKELS;
Par MM. H. NAGAOKA et K. HONDA (1).
L’emploi croissant des aciers-nickels à la construction des ins- truments de précisioii, dû à la faible dilatabilité thermique de certains
d’entre eux, rendait très désirable une détermination des change-
ments de dimension qu’éprouvent ces alliages sous l’action d’un champ magnétique. Gràce à l’obligeance de 1I. L. Dumas et de
~I. Ch.-~:d. Guillaume, nous avons pu entreprendre cette étude sur
divers alliages préparés dans les aciéries de la Société de Commen-
try-Fourchambau(t et Decazeville, et qu’ils ont bienvoulu mettre à
notre disposition.
On pourrait penser que la magnétostriction des alliages de fer et
de nickel suit la loi des mélanges ; mais, comme on le verra, aucune relation de ce genre ne semble exister. Il est intéressant de noter clés maintenant que les alliages possédant la plus faible dilatabilité ther-
indique éprouvent., dans un même champ magnétique, des variations
de longueur très supérieures à celles que subit le fer ; quant à la variation de volume, elle est, de beaucoup, la plus grande qui ait été
observée dans les corps ferro-magnétiques.
Les échantillons à examiner consistaient en ellipsoïdes (grand axe
(1) Comn1unÍCDlion faite ù. la Société française de Physique : Séance dll
2 mars 1902.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019020010062701
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200 millimètres, petit axe 10 millimètres, volume 10cm3 ,-1;) h ou en
fils de divers diamètre.
Les constantes de la bobine étaiezzt les suivantes : longueur, 30 cen- timètres ; diamétre, 3’’~,~ : résistance ~-)6; Í7tn == 379.7. La bobine était enfermée dans un vase à doubles parois à circulation d’eau ; réchauffement par le courant était d’ailleurs extrêmement faible en
raison de la faible résistance de la bobine, excepté pour des champs supérieurs à 1000 gauss.
T7ariations de toya,c~ue2.c~°. - Pour mesurer les faibles variations de
longueur dues à l’aimantation, nous avons elnployé, comme dans des
recherches antérieures, un appareil consistant en un levier optique
d’une construction particulière, pourvu d"Llll petit prisme rectangle
réfléchissant l’image d’un fil de verre fixé à la fente d’un collimateur.
La fente, placée au foyer principal de la lentille de collimation, était
observée à l’aide d’une lentille à long foyer (; - (36~"B 95) ; l’image
du fil était exan1inée à l’aide d’un oculaire à échelle micrométrique
en dixièmes de millimètre. Une division de l’échelle correspondait généralement à une variation de longueur du fil égale à 0~,00435.
L’emploi d’un micrométre à fils permettrait d’augmenter encore la précision.
-- - _ ~_ __
FH.. 1.
Les résultats des mesures sur des aciers-nickels contenant respec- tiveiiient 46 0 0, 3E~ 0/0 et 29 0/0 de nickel sont indiqués dans la fig. 1. L’alliage à 46 0/0 éprouve les variations les plus grandes
dans les chanips faibles, mais s’approche rapidement d’une valeur limite. Les autres alliages ont une marche initiale moins rapide
629 niais semblent devoir varier plus que le premier dans des champs
très intenses.
Les courbes, lig. 2, montrent que l’intensité de 1’aimantation atteint rapidement une valeur limite pour les trois alliages, dont la susceptibilité suit l’ordre des teneurs. Avec l’alliage à 25 0/0, qui est
très faiblement magnétique, nous n’avons pas pu constater le moindre changement qui soit d’un ordre de grandeur mesurable
avec notre appareil.
I’ IG. 9.
L’allure du changements présente un contraste singulier avec celui qui a été observé dans le fer ou le nickel. Comme on sait, le nickel
se contracte dans le champ, tandis que le fer, après s’être faiblement allongé dans les cliamps peu intenses, se contracte lorsque l’inten-
sité du champ augmente. Les plus fortes variations trouvées pour le fer sont environ quatre fois moindres que celles du nickel (’ ) .
Les variations trouvées dans l’acier au nickel sont d’un ordre de
grandeur comparable à celles du nickel, et présentent une allure semblable, iiiais de signe inverse. Pour les champs très faibles, les variations sont de même sens que celles du fer, tandis que, pour les
champs intenses, elles sont de signe contraire à celles qu’éprouvent
les deux composants de l’alliage.
Pour faciliter la comparaison, nous avons reporté dans les dia- grammes les variations observées pour des ellipsoïdes de nickel et (1~ H. NAGAOKA, 7~ Jlc!p2étosf~~ictia~a. Rapports présentés au Congrès de Phy- sic~ue de 1900. t. 11, 1>. :~36.
630
d’acier de mêmes dimensions que celles de nos ellipsoïdes d’acier-
nickel.
Les variations dans des fils d’acier-nickel recuit sont semblables à celles observées dans des ellipsoïdes de même teneur approximative,
bien que l’aimantation ne soit pas tout à fait uniforme, en raison de
leur forme géométrique.
Nous avons fait des mesures particulières des variations dans des
champs faibles, il cause de l’importance du problème métrologique
mentionné au début de cette note. Nous avons trouvé que les varia- tions seraient intérieures à 0P.,1 par mètre pour des champs de même
ordre que le champ terrestre, et pour les alliages de 36 et de 46 0/0
de nickel ; il semble donc que la magnétostriction est actuellement
sans importance pour l’emploi pratique des aciers-nickels en métro-
log ie.
~’czria~ions cle volttîîie. - L’ellipsoïde à étudier était enfermé dans
un réservoir cylindrique en verre fermé à la lampe à une extrémité,
et muni à l’autre d’un tube de omm,4 de diamètre intérieur ; l’ellip-
so’ide était centré par deux bagues de laiton ajustées dans le réser-
voir. Ce dernier, rempli d’eau distillée, était placé dans la bobine ; on ,
mesurait, à l’aide d’un microscope, les mouvements du liquide dans
le tube capillaire.
Tous les aciers-nickels magnétiques présentent une forte variation de volume, comparée à celle du fer ou du nickel.
FIG. 3.
Le changement représenté dans la /~/. 3, est sensiblement pro-
portionnel au cliamp. Avec l’alliage à 29 0/0 de nickel, le mouvement
du liquide était d’environ 5 millimètres, de telle sorte que le change-
631 ment pouvait être suivi à l’oeil nu. C’est là probablement le plus grand accroisselent de volume par aimantation qui ait jamais été
observé. Même avec l’alliage à 25 0/0, le changement de volume est
encore appréciahle, bien que la variation de longueur n’ait pas pu être observée d’une manière certaine. Nous pouvons donc supposer que le maximum de variation sera fourni par un alliage contenant un
peu plus de 25 0,’0, peut-être l’alliage à 29 0; 0 lui-même.
Il est donc maintenant hors de doute que l’aimantation produit
des variations de volume, contrairement à ce qu’avait montré la pre- mière expérience de Joule. Il semble d’ailleurs peu probable que la variation puisse être attribuée au défaut d’homogénéité du matériel employé, comme le pense 1VI. Rhoads.
La dilatation thermique ne paraît pas intervenir dans les change-
ments de longueur produits par l’aimantation, puisque l’alliage le
moins dilatable montre des variations de longueur et de volume sen-
sibles.
Effet vViedemann. - La torsion produite par l’action combinée d’un champ magnétisant longitudinal et d’un champ circulaire, phé-
nomène découvert dans le fer par ~~Tiedemanlz, a été mesurée dans
nos fils placés verticalement dans la bobine, et parcourus par un courant d’intensité mesurée. Le fil était assez court (21 centimètres)
pour que, dans la partie de la bobine utilisée, le champ put être con-
sidéré comme uniforme.
F1G. L
La torsion était mesurée à l’aide d’un petit miroir fixé à l’extrémité inférieure du fil. La li y. 4 contient les résultats des expériences.
On voit que, pour les trois échantillons étudiés, la torsion, pour un
632
courant longitudinal déterminé, croît d’abord rapidement avec le champ, passe par un maximum et décroît ensuite lentement. On voit même que, pour un échantillon, la courbe descend, pour des champs intenses, au-dessous de l’axe des abscisses. Nous n’avons pas trouvé de relation bien nette entre la teneur en nickel et l’intensité du phé-
nomène, qui semblc dépendre à la fois du champ 111ag’lletlsallt et du
courant longitudinal.
Le sens du phénomène est le même que pour le fer, c’est-à-dire que, le pôle nord étant à l’extrémité inférieure du fil, et le courant
étant dirigé de haut en bas, la torsion, vue d’en haut, est en sens
contraire du mouvement des aiguilles d’une montre.
h’elations ~~éczpro~2~es. - Les relations réciproques entre les effets
des tensions sur l’état magnétique et les contraintes dues à l’aiman-
tation, constituent l’une des caractéristiques essentielles dé la ma-
gnétostriction dans le fer, le nickel et le cobalt. Les aciers-nickels que nous avons examinés ne constituent pas une exception à cette règle générale.
Lorsqu’on charge des fils d«acier-nickel, on ne constate aucun
maxilnum correspondant au point critique observé par Villari dans le fer.
Conclusion. - Nous pourrons conclure de nos expériences que le
caractère de la magnétostriction dans les corps ferro-magnétiques
existe aussi dans les aciers-nickels, la différence consistant seulement dans l’amplitude et l’allure des changements, qui dépendent du ma-
tériel étudié. Les expériences décrites ci-dessus pourront contribuer,
dans une certaine mesure, à nous faire connaître la nature intime des
alliages dans lesquels le fer et le nickel se trouvent réunis.
~~lch.~i~io~z. - l.es expériences faites par l’un de nous (Honda) avec
la collaboration de M. Shimizu ont montré que les variations de lon- gueur sous l’action du magnétisme, dans des fils d’acier-nickel sous
tension, diminuent à mesure que la charge augmente.
Pour des charges telles que l’on approche de la limite élastique,
on observe une contraction dans les champs faibles et un allonge-
ment dans les champs intenses. Le caractère de ces variations est semblable à celui que l’on constate dans le cobalt.] J
