Étude de l'aimantation initiale en fonction de la température

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Étude de l'aimantation initiale en fonction de la température

Doctoral Thesis Author(s):

Freudenreich, Jean de Publication date:

1918

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ETUDE

L'AIMANTATION INITIALE

FONCTION DE LA TEMPERATURE

THESE

PRESENTEE A LECOLE POLYTECHNIQUE ^{FEDERALE A ZURICH} POUR LOBTENTION DU TITRE DE DOCTEUR ES SCIENCES TECHNIQUES

JEAN DE FREUDENREICH

de Borne.

Rapporteur

^: M. le Prof. P. Wmss.

Co-Bapporteur

^: M. le Prof.

Aug.

^Piccakd.

*s~&*^->

196.

GKNEVE

Imprimkkie Albert Kundig

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A

ma

chère mère.

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ETUDE

VF.

L'AIMANTATION INITIALE

EN

FONCTION DE LA

TEMPÉRATURE

BUT DU TRAVAIL

Les propriétés magnétiques

des substances

ferromagnétiques

dansles

champs

^{faiblesontété}

l'objet

de nombreuses recherches

qui

^{ontétérésuméesà}

plusieurs reprises

dansdes

exposés

^d'en¬

semble1. Un travail dans

lequel

^Lord

Rayleigh2

étudie l'ai¬

mantation initiale à la

température ordinaire,

^a

beaucoup

^con¬

tribuéà mettreen lumière la nature des

phénomènes

^etàbien

poserle

problème expérimental.

^Ilen

résulte,

^commed'ailleurs aussi des mesures de

quelques-uns

^{de ses}

prédécesseurs,

que le lieu des

cycles

d'aimantation, que l'on

appelle

^souvent

courbe decommutation,

peut

^être

représenté

par^:

I = «H + ^hïV , (^I)

où I est

l'aimantation,

^{H le}

champ

^{et a et b des} coefficients constants. La

susceptibilité

^k=_^ ^{est doncunefonctionlinéaire} du

champ

k= a + ^{hïï .} (2)

Il est

remarquable

que les deux coefficients ^aet

b,

donnés par

1 Voir notamment: Ewing. Magnetic ^{Induction in} Iron and other Metals, ^3e éd., p. 124. Winkelmann. Handbuch, ^Vol. Magnetismus.

Chwolsott. Traité de Physique, ^éd. française, ^t. IV, p. 883. Parmi les travaux plus récents voir: Gumlich et Rogowski, ^{Ann. d.} Phys., 1911,

t. 34, p. 234.

2 LordRayleigh. PMIMag., 1887,p. 225. Œuvres, ^t. II,p. 579.

6 ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE

la même

expérience,

^ontune

signification

essentiellement diffé¬

rente. Tandis que le

premier

^{mesure la}

partie

réversible de l'aimantation dansles

champs

^faibles

qui

^{n'entraîneaucunedis¬}

sipation d'énergie,

^{le secondest lamesure}du travail transformé

en chaleur dans les

petits cycles.

^{Ce travail}

perdu

^dansun

cycle d'amplitude

^{II est eneffet' :}

W ^—~blP . (3)

De _{même que} l'aimantation initialeen fonction du

champ,

^la

variation de l'aimantationavecla

température

^{est connue} par

un

grand

^{nombre de travaux. Parmieux setrouvent des séries} de mesures dans les

champs faibles,

mais il n'avait pas été fait

jusqu'à

^cesderniers

temps,

de détermination

systématique

^des deux coefficients aetben

prenant

^soin de s'assurerà toutes les

températures

que l'on se trouve dans la

région

de variation linéaire dela

susceptibilité.

Cette étudea

pris

^{unintérêt nouveauà lasuite d'untravail*}

dans

lequel

^une valeur de la

susceptibilité

^{a été déduite de}

l'hypothèse

^du

champ

moléculaire. Dans les _corps

anisotropes,

cette

hypothèse s'exprime

^à l'aide de trois coefficients

N,,

^N»

N3,

^{relatifsà trois directions}

principales

^{etl'ontrouveenadmet¬}

tant que la substance est formée de cristaux orientés en tous sens,pour la

susceptibilité

^initiale

Si donc les coefficientsdu

champ

moléculaire sont constants,

commel'admet la théorie sous sa

première forme,

^la

suscepti¬

bilité initiale doit elle-même être

indépendante

^{de la}

tempé¬

rature.

Le contrôle

expérimental

^{de cette}

propriété

^{a été}

entrepris

àlademande de P.

Weiss,

par Radovanovic3 sur le nickel et

1 Lord Rayleigh. Loc. cit. Voir aussi: Recueil de Constantes de la SociétéFrançaise^dePhysique, p. 662.

2 P. Weiss. L'hypothèse ^du champ moléculaire et la propriété ^ferro¬

magnétique,^J.dePhys., 1907,^4e série,^t. 6,p. 661.

3 Radovanovic.Thèse, Zurich, 1911, Arch-, (4), ^{1911, t. 32,}p. 315.

ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE 7 par

Renger

^{' sur leferet la}

magnétite.

^{Ces études ont montré}

quela loi

simple, suggérée

par

l'hypothèse

^du

champ

^molécu¬

laire,

n'est_pas vérifiée _{et que,}par

conséquent,

^le mécanisme des

phénomènes

^{dans les}

champs

^{faibles est} différent de celui

qui

avait été

supposé.

^Maiselles ont révélé aussi des relations d'une

simplicité frappante

^des coefficients ^a et & entre eux et avec

l'intensité d'aimantation à saturation. Ainsi Radovanovic a

trouvé pour le nickella relation:

Il atrouvé en outre que lecoefficient

b,

et par^sonintermédiaire le coefficienta

s'expriment

^au moyen de l'intensité d'aimanta¬

tion à saturationI. On ^a eneffet:

b =

2,18~°-p-

^{. (6)}

où

I0 représente

^{lavaleur de 1 au zéroabsolu.}

Laformule

(5)

^semble

dépasser

^la

portée

d'une formule

empi¬

rique

^etrend

probable

l'existence d'unmêmemécanisme encore inconnu dont

dépendent

^la

partie

^{réversible et la}

partie

^irré¬

versible de l'aimantation initiale. La formule

(6)

^montreque

b,

et parsuitea, doivent s'annulerau zéro absolu.Les

expériences

deRadovanovic

n'ayant

pas été étendues au-dessous de la^tem¬

pérature ordinaire,

^cette

conséquence

repose^{sur une}

extrapola¬

tion. Ellea étéconfirmée_{par les}

expériences

^{de Perrier et de}

Kammerlingh-Onnes2

^àla

température

^de20°

absolu^

^obtenue

par

l'hydrogène liquide.

Les

expériences

^de

Renger

^ont

révélé,

_pour^{lefer et la}

magné¬

tite, ^des

propriétés analogues

^{mais non}

identiques

^{à celle du} nickel. _{Il y} a encore, pour ^la

magnétite

dans tout l'intervalle

compris

^{entre la}

température

^{de l'air}

liquide

^et le Point de

Curie,

pour ^le fer dans un intervalle s'étendant de 200° au

Point de

Curie,

^unerelation

potentielle

^{entrea et}b. Seulement

l'exposant

^n'est pas le même que pour le nickel. Onapour la

1 Kenger. Thèse, Zurich, ^{1913. P. Weiss et K. Renger. Archiv} fur Elektrotechnik, 1914,^t.2,p.^406.

2 Comm. Leiden, ^No126, ^1912.

8 ÉTUDE DE l/AIMANTATION INITIALE

magnétite

^:

12

b =

AaT

, (7)

où A estuncoefficientconstant. Cette relation estd'autant

plus remarquable

que chacune des

quantités

^aet& subit desvaria¬

tions

compliquées qui suggèrent

l'existence de divers

change¬

ments d'état et

qui

^rendent peu

probable

^{une relation}

simple

de l'une ou de l'autre avec l'intensité d'aimantation

qui, ^elle,

varie d'unemanière continue.

Pourle feron a :

5

b =

Aa1

, (8)

où A

prend

des valeurs différentes suivant l'état de recuitde la substance.

Renger

trouve pour ^{a une} relation avec l'intensité d'aimantationà saturation de mêmeforme _quecelle _queRado¬

vanovicavait trouvée pour ^le nickelentre betcette

quantité.

^Il donne:

oùCestuneconstante. Cette formule ne

peut prétendre

^àune

grande précision.

Le but du

présent

^{travail est d'étendre à} de nouvelles sub¬

stancesl'étude

méthodique

^des

propriétés

des coefficientsaetb.

Nous nous sommes

proposé

^{notamment de voir si laloi}

poten¬

tielleseretrouveraitet, ^dansce cas, si les

exposants

^continue¬

raientà êtredes

rapports

^rationnels

simples,

^{danslalimite dela}

précision

^des

expériences.

Les substances dont l'examen

s'impose

sont le cobalt et les deux combinaisons définies

Fe2Ni, Fe2CO.

Enfin _{il y}a désaccord entre Radovanovic et

Renger

^{sur la} variation des coefficients a et 6 dans le

voisinage

immédiat du Point de Curie. Les

expériences

^deRadovanovic semblent indi¬

quer que^cescoefficientsdeviennent extrêmement

grands

^dans

le

voisinage

^{de ce}

point;

^{la formule}

(6)

^{donne même unevaleur}

infinie; puis

^{ils tombent}

brusquement

^àzéro.

Renger,

^{au con¬}

traire,

^a

trouvé,

pour le fer ^et la

magnétite,

^à

quelques degrés

au-dessous du Point de

Curie,

^un maximum et ensuite une

chute moins

rapide

que celle que Radovanovic

indique

pour le nickel.Nous_avons,pour trancher la

question, repris

^lesmesures

ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE 9 surle nickel

même,

dont Radovanovic s'était ^servi en

perfec¬

tionnant

beaucoup

^{la mesurede la}

température

^{afin de}

pouvoir

suivre exactementla marche du

phénomène.

Nous allons décrire en détail la

préparation

^des

alliages,

^la méthode de mesure et les résultats que ^{nous ont} donné nos

expériences.

Pour terminer nous montrons comment on

peut expliquer quelques phénomènes (notamment

la variation de b

en fonction de la

température)

^en modifiant les

hypothèses

faites antérieurement.

I. ^- LA

PRÉPARATION

DES ALLIAGES

Nous décrirons^en

détail,

dans ce

qui

suit,^les

opérations

^effec¬

tuées pour

préparer

^les

ferrocobalts,

_pour

lesquels

^{nous avons}

fait le

plus grand

nombre d'essais. Elles ont été conduites de

façon

^{à atteindreun} double but. Nousavonscherchéà

faire,

^en

même

temps

que les anneaux faisant

l'objet

^{de notre}

travail,

des

pièces polaires

d'électro-aimants pour l'obtention des

champs

élevés. C'est cette dernière

application qui

^{a dicté les dimen¬}

sions du culotàobtenir.

A la

température ordinaire,

^le ferrocobalt _a, comme cela résulte des mesures de

Preuss',

^une aimantation à saturation de9

%

^environ

supérieure

^{à celle du}

fer,

^{si on la}

rapporte

^à l'unité demasse. La densité du ferrocobaltétant de 1

% supé¬

rieure àcelledufer, le

gain

^{devient de 10}

%

Pour l'aimanta¬

tion à saturation

rapportée

^{à l'unité de volume.La mesurede}

cette saturation est un critérium commode de la réussite de

l'opération.

Nous allons décrire d'abordcette mesure.

Mesure del'aimantation àsaturation.

La mesure se fait en

comparant l'alliage

^{avec du fer de}

Kohlswa dont l'aimantationà saturation a été mesurée exacte¬

mentpar M. P. Weiss2.

Entre les

pôles

d'un électro-aimant

A,

excité par les bobines

1 Preuss. Diss., Zurich,^1911.

2 P. Weiss. J. dePhys., 1910, ^{4« s., t.} XI,p. 373.

10 ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE

B,

^setrouveune

petite

^bobine

6,

^dans

laquelle

^onintroduit

rapi¬

dement l'échantillon à mesurer c,

qui

^a la forme d'un

petit cylindre

^{de 12mm. de}

long

^{et de 2 mm.} de diamètre. Il estfixé à une

tige

^decuivrenon

magnétique

t,solidaire d'une

pièce

^de

bois

f glissant

dans la cavité

cylindrique

^{de la}

pièce polaire.

^La

bobine est reliée à un

galvanomètre balistique,

^{dont la sen-}

sibilité est

réglable

par^unerésistance

Rj.

^{Au moment de l'in¬}

troduction de

l'échantillon,

^le flux

magnétique passant

par la bobine

augmente

^et la déviation instantanée du

galvanomètre

est

proportionnelle

^{à cette}

augmentation.

^{Lamesure consisteà} observer successivement les

impulsions

^du

galvanomètre

pro¬

duites _par

l'alliage

^etpar^le fer de Kohlswa et à

prendre

^leur

rapport après

^{les avoir ramenées à des masses}

égales

^{de sub¬}

stance. Le

champ

^del'électro-aimant

employé

^{était de}

plusieurs

ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE 11 milliers de _gauss, on

pouvait

^donc

compter

que la saturation étaitatteinte.

Les échantillons _quel'on^sepropose de comparer doivent ^tou¬

jours

occuper la même

position

^à l'intérieur de la bobine. La

plus

^{favorable est} celle donnant l'effet d'induction

maximum,

carcelui-ci estalors_peu influencé _parune

[petite

^{erreur sur la}

position

^{de la}

substance,

surtout

quand

^{la bobine b est} notable¬

ment

plus longue

que l'échantillon. Un butoir

empêche

que ^la

pièce f

^ne

dépasse

^cette

position

^{au moment de} l'introduction.

L'électro-aimant avait l'inconvénient de s'échauffer

rapide¬

ment;^{de cefait le}

champ

^était

diminué,

^ce

qui produisait

une

déviationdu

galvanomètre.

Pour rendre inoffensifscescourants

d'induction,

nous avons

ajouté

^{une bobine de}

compensation D,

miseen

parallèle

^{avec la bobine b.} La sensibilité du

dispositif

n'en _{est pas}

trop

^{diminuée si cette bobine de}

compensation

^a

une

grande

résistance. Elle a été construite avec un

grand

nombre detours, ^ce

qui

^a

permis

^{de mettre en série avec elle}

unerésistance de 4400.fi. En variant cette résistance on

peut régler

^la

compensation

pour tous les

champs employés.

Alliages

^obtenuspar l'aluminothermic.

Dans le

procédé aluminothermique

^{on réduitles}

oxydes

par de l'aluminium ; le métal est obtenu ^à l'état

liquide.

^{La ther¬}

mite fournie par ^soninventeur Goldschmidt est de

l'oxyde

^de

feret de l'aluminium en

poudre

^{fine. La}

grande quantité

^de chaleur

dégagée pendant

^la

réaction, qui porterait

^la

tempéra¬

ture de la thermite à

2500°,

permetd'obtenir la fusion non seu¬

lement du fer fourni_{par la}

thermite,

mais encorecelle d'autres métaux

qu'on

y

ajoute

^avant

l'opération.

^{A cause du violent}

bouillonnement

qui

^se

produit,

^on

peut

être certain quele bras¬

sage de ^la matière estsuffisant.Ce

procédé

extrêmement

simple

semblaittout

indiqué

pour des essais de

laboratoire;

il n'a mal¬

heureusement pas donné de bons résultats.

Avant de fondre de grosses

piècees

^{nous avons}

procédé

^àdes

essais

préliminaires

^{avec des}

quantités

^de 300 à 400 gr., ^en

ajoutant

^à la thermite du cobalt à 98-99

°/0

de Merck. Les fu¬

sions étaientfaites dans des creusetsen terre réfractaire. Ceux-

12 ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE

ci cassaient àces hautes

températures

^et il fallut les enterrer dans du sable pour

empêcher

le métal de se

répandre.

^{Il était}

facile dediminuerou

d'augmenter

la durée du

refroidissement,

maisnousn'avons pas constaté dedifférence

provenant

^decefait.

Pourles

premières pièces

^de

petites

^{dimensions nous avons} obtenulesrésultats suivants:

Echantillon °/o^Coévalue

par synthèse ^{Gain °/o}

1 37,0 7,3

2 35,0 6,8

!i 37,0 7,5

\ 35,0 7,1

5 35,5 6,2

6 35,5 6,6

7 35,0 6,7

8 34,5 7,2

9 34,5 7,0

10 3i,0 6,5

Le

gain

moyen ^est de

6,9 %,

alors que ^nous aurions dû atteindre9

%.

Les échantillons contenaient

beaucoup

de soufflures. Nous

avons

opéré

^{sur des}

quantités plus grandes

^dematière, comp¬

tant

qu'une partie

^{au moins du}

lingot

^seraitassez

homogène

pour ytailler des

pièces polaires

d'un électro-aimant. Ces

pièces

ontdonné un

gain

^{de 2}

%

^>tandis quedes échantillons

prélevés

dans le même

lingot

donnaient 4,5

%•

Cette nouvelle

perte

^de 4,5

%

^à

2% provient

^en

partie

^{de la}

présence

de nombreux trous, ^{et aussi} du fait

qu'une partie

seulement du circuitma¬

gnétique

de l'électro-aimant est construite en ferro-cobalt. Ce résultat était peu satisfaisant^{etnous avons}tâché de faire dis¬

paraître

les souffluresenlaissant les

pièces

^serefroidir

plus

^ou moins vite

après

^la

fusion,

mais sans obtenir de

changement

notable. Les

impuretés

^de

l'alliage

^sontla

principale

^{cause des}

mauvais résultats. Une

analyse chimique

^faite

obligeamment

par M. S. àPratoa donné les résultats suivants:

Fer 62,5 "/„

Coball 33,5 %

Aluminium 2,0 °/

Silicium et autres impuretés ^{. .} 2,0 °/0

ETUDE DE LAIMANTATION INITIAL» 13

% Dotw-pviLtEex

ihq.Jl£ I

A cette occasionnous avons cherchéà nous procurer^{une vue} d'ensemble sur l'influence des

impuretés

^sur l'aimantation à saturation du fer. Un travailde R.-A. HadfiedetB.

Hopkinson

^«

renseigne

^{avec une} exactitude suffisante surl'influence ducar¬

bone seul dans le fer. Il se

produit

^unabaissement de l'inten¬

sitéd'aimantation à saturation

proportionnel

^{à la}

quantité

^de

carboneà raisond'une

perte

^{de 6}

°/0

pour ¹

%

^decarbone. Nous

avons cherché à dé¬

duire un

renseigne-

^x-

ment

analogue

^sur l'influencedusilicium

en mesurant nous- mêmes l'aimantation àsaturation d'unesé¬

rie de fers contenant des

quantités

gra¬

duéesde silicium. Ces derniers

provenaient

d'untravailantérieur

fait parM.

Guggenheim2.

Malheureusement ces

alliages

^conte¬

naient en

quantités notables,

^outrele

silicium,

d'autres éléments

étrangers

tels que^lecarbone etle

manganèse.

^{Il estd'autant}

plus

difficile d'entenir

compte

que

d'après

^les

expériences

^{de Had-}

fiel et

Hopkinson

l'effet de deux

impuretés

simultanées n'est pas

toujours égal

^{à lasomme}des effets de chacune d'elles. Nous

avons

néanmoins,

^tantbien que

mal,

^{déduit de}ces mesures une loidevariation linéaire de l'intensité d'aimantation à satura¬

tion enfonction de la teneur en silicium. Elleest

représentée,

ainsi que l'influencedela teneur en

carbone,

dans la

fig.

^2.

Les 4

% d'impuretés indiqués

^dans

l'analyse

^ci-dessus

expli¬

quent

^{doncle déficit} d'animatation. Onne connaît pas

quanti¬

tativement l'influence de

l'aluminium,

^maisles résultats obtenus par l'aluminothermie semblent aussi montrer

qu'il

^{est très}

nuisible.

Voyant qu'il

^était

impossible d'empêcher

l'aluminium d'en-

1 Hadfield, ^{R.-A. et Hopkinson. B.} Proc. Inst. Ekctr. Engineers, 1911, part. 206,^vol.46, p. 235.

2 Gtiggenheim. Diss. Zurich, ^1910.

14 ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE

trerdans

l'alliage,

^{nous avons} dû abandonner l'aluminothermie etchercher àfondre les métaux au moyen d'unesource de cha¬

leur

indépendante.

Toutd'abordnous avons

essayé

^{un four àchalumeau}

oxhy¬

drique

^de

Morgan.

^{Pour lescreusets nous nousétionsadressés}

à la maison Méker à Paris. Le four _que nous avions à notre

disposition

^{ne chauffait} pas lecreusetd'une

façon

^uniformeet celui-ci se fendait

malgré

^{toutes les}

précautions.

^{En outre le}

creuset fondait à l'endroit oùil recevait la flammeetétait

rongé

par

l'oxyde

de fer. Ces difficultésnous décidèrentà abandonner aussi ce

procédé

^{età construireun four}

électrique.

Le

four électrique.

Le four

électrique, représenté

^{dans la}

fig.

^{3, est un fourà}

résistance. Un

cylindre

^{de charbon Cde 30cm. de hautetde}

10 cm. de diamètreavec 1 cm.

d'épaisseur

^de

paroi

^est

^porté

^à

une

température

de 1800° à 2000°par ^{un courant}

électrique

de _{2000 amp.} Il est isolé

thermiquement

par de la

poudre

^de

magnésite1

^Met

placé

^{sur une}

brique

^Bdansuneboîte de laiton Lfermant

hermétiquement.

L'opération

^a

exigé

^{la miseau}

point

des détails suivants:

1.Réalisation d'un bon contact entrele charbonetles conduc¬

teurs. Noussommesarrivés àun résultatsatisfaisantensoudant lesconducteurs àunecouche de cuivre

déposée

par

électrolyse

surles extrémités du charbon. Pour éviter la fusion de lasou¬

dureon achoisi comme conducteurs des tubes de cuivre par¬

courus intérieurement par ^un courant d'eau. Larésistance de

cetube doitêtre

petite

pour

qu'il

^ne

s'y perde

pas

trop

^d'éner¬

gie;

^la

disposition

suivante semble la

plus

satisfaisante: les deux bouts du tube entrentdans le_gros

tuyau D,

^{l'un letraver¬}

sant

complètement

^et l'autre ydébouchant peu

après

^l'entrée.

On obtient ainsi deux tubes

concentriques

où la circulation d'eau

sefaitcomme cela est

indiqué parles

flèches dans la

fig.

^{3. Une}

perte

^{de chaleurassez}considérable résulte du fait que les ^extré-

' Lesmatériaux demagnésite employés ^{dans cetravail ont} été fournis à titre gracieux par M. Cari Spàter des ^« Veith'sche Magnesitwerke »,

Coblenz/Rhein ^àqui^{nous adressonsnos}remerciements.

ETUDE DE LAIMANTATION INITIALE 15 mités du charbon sont maintenues à la

température

^del'eau; avec uncharbon

qui

^{consomme 15kw. elle est de20 à}

30%-

2. Le choix des creusets. L'action néfaste du carboneet du

Rû3-

silicium en limite le choix.

Après

^{bien des}

^essais,

^{nous nous}

sommesarrêtésà des creusetsen

magnésite, qui

^ne contiennent nicarboneni siliciumetne fondent pas, même àdes

tempéra¬

tures

supérieures

^à

2000°;

malheureusement ils sefendent fré¬

quemment, malgré

^{toutes les}

précautions prises.

^Nousavons pu

10 ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE

parer à cet inconvénient en

prenant

^{un creuset c} dont le dia*

mètre est

plus petit

que le diamètre intérieur du charbon^{et en}

remplissant

l'intervalleavec une

pâte

^{P faiteavecde la}

poudre

de

magnésite

^et de l'eau additionnée d'un peu de silicate de soude. Cette masse devienttrès dure aux hautes

températures

etdecette

façon,

^{en casde}

^rupture,

^lemétalne

peut

^se

répandre

hors ducreuset.

Avant de

placer

^surle creuset,

préalablement rempli,

^{le cou¬}

vercle Gr, fait lui-même avec cettemême masse, ^on metun peu de

pâte

au-dessous de

celui-ci,

^{et on} obtient alorsun ensemble formantunseulblocavecP.Lemétalestainsi bien isoléduchar¬

bon. Le couvercleest traversé_paruntube de

porcelaine

^{t fermé}

par ^une

plaque

^{de mica}

transparente.

Pai' le tube latéral b on

peut

introduire soit de l'azotesoitde

l'hydrogène

pour

empêcher l'oxydation.

^En

général,

^{nous avons}

employé

^de

l'azote,

^mais

mêmesans cette

précaution, l'oxydation

^n'a

jamais

^{atteint un}

degré

^{nuisibleà la}bonne marche de

l'expérience.

Avec cefour nousavons fondu des culots de800 gr. de ferro- cobaltetdeferronickel dans

lesquels

^{on a}putailler desanneaux pourdes mesures de

susceptibilité

^initiale

d'après

^{la méthode}

deRowland. Le fouraensuite servi à fondre d'autres

alliages

de

fer,

^{de cobalt}etde nickel_pourdesmesures de chaleur

spéci¬

fique

^et de coefficients de dilatation. Le ferrocobalta étécom¬

paré magnétiquement

^{à du fer de Kohlswa et le}

gain

^{a été}

trouvé voisin de 9

%.

^Ilvariaitpour les différents échantillons entre

8,2%

^et

8,7%-

Ce résultat était

encourageant. Ayant

besoin de

grandes pièces polaires

pour

électro-aimants,

nous

décidâmes la construction d'un four de

plus grandes

^dimen¬

sions.

L'énergie disponible

^était fournie par^un transformateur de 20

kw.,

les dimensions du charbon étaient de ce fait détermi¬

nées.Nousavons

pris

des charbons de20cm. de diamètre etde 30cmde hauteuravec 2 cm.

d'épaisseur

^de

paroi. L'expérience

amontré

qu'il

^{eût été}

plus avantageux

^de

prendre

^{la hauteur}

un peu

plus grande,

pour diminuer l'abaissement de

tempéra¬

ture du culot _par la circulation d'eau. Le four a été construit de la même

façon

quele modèle

plus petit-

Suivantnos

prévisions,

^la

fragilité

^{descreusets aétéla}

prin-

ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE 17

cipale

difficulté. Nous_avons,du reste,^tenté

d'appliquer

^lemême

procédé

que pourle

petit

^fouretd'intercaler dans le

petit

espace entre lecharbon et le creuset de la

pâte

^de

magnésite

; ^cepro¬

cédéne nousa

plus

^donné satisfaction parce que les creusets,

ayant

^un coefficient de dilatation

beancoup plus grand

quele charbon, ^{faisaientsauter ce} dernier. Il fallait donctrouverune

matière convenable

qui

diminuât de volume

quand

^onlachauf¬

fait. La

magnésie

^{calcinée a cette}

propriété;

^un

mélange

^de celle-ci avec de la

poudre

^de

magnésie,

dosé dans de bonnes

proportions,

^aété

parfait.

Commenousl'avons

dit,

^la

perte

de chaleur par la circulation d'eau était très

grande

^{et le}transformateuradû être

surchargé

à 40

kw.,

c'est-à-direau double de sa

puissance

normale. Pour

supporter

^cette

surcharge,

^{ila étérefroidi} par^un

puissant

^ven¬

tilateur ; ^en

outre,

l'enroulement secondaire constitué _par des lames de cuivre non isolées a été refroidi au moyen d'un

jet

d'eau. Sans cette

précaution,

^la

température

^{du cuivre attei¬}

gnait

^{200° en} 5 à 10 minutes.

L'énergie perdue

^{était de40 à}

60

%

^{) ce}

qui augmentait

^de

beaucoup

la durée de

l'opération.

On

commençait

par chauffer lentement

pendant

^{six àhuit heu¬}

respourque le creuset ^{ne se}fendît pas dès ^le commencement, ensuite ilfallait encore8 à 10 heurespour^terminer

l'opération

en

envoyant

^{dans lefourtoute}

l'énergie

nécessaire,^soit4000 amp.

sous 10volts. On s'assurait de la fusion

complète

^du

mélange

^à l'aide d'une

tige

^de

quartz qu'on plongeait

dans le métal

liquide.

On

pouvait espérer

obtenir des

lingots plus homogènes

^{en ne}

refroidissant le métal fondu _{que par le}

bas,

de manière à per¬

mettre le

dégagement

^{des bulles} par la surface. Dans cebut

nous avons

interrompu

^lacirculation d'eau dans le tube

supé¬

rieur dès que la fusion ^aété

complète

; le

tuyau

^{d'enhaut était} sacrifié_parce

procédé

; il fondait en

quelques

^secondes.

Avec ce four il nous a été

possible

de fondre deux blocs de 20

kg.

^{chacun; le}

premier

^{a été}

inutilisable, ayant trop

^{de souf¬}

flures_;leseconda serviàmunir de

pièces polaires

^un

premier

électro-aimant1.

L Weiss,^P. Comptes rendus, 1913, ^t. 156, p. 1970.

2

18 ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE

II. ^-

MÉTHODE

DE MESURE

Description

^des

appareils.

Nous avons

employé

^{la méthode}

classique

^{de Rowland1 et}

lamême

disposition

^des

appareils

que

Renger.

^Les

alliages

^ont

été

préparés

^en fondant des matières

premières

^{au four élec¬}

trique;

les culots n'étaient

jamais exempts

de soufflures etil étaitassezdélicat

d'y

^{tourner des anneaux. Pour obtenir une}

grande sensibilité,

^{il est} nécessaire de rendre la section aussi

grande

que

possible, cependant

^{le rayon intérieur ne doit pas}

êtretrop

petit,

^{carle nombre de} tours que

peut

recevoir l'an¬

neau lui est

approximativement proportionnel.

^{Si cesconsidé¬}

rations entraient seulesen

jeu,

^{il serait} facile de déterminer la section donnantle maximum de

sensibilité,

^{mais en}

général

^les

soufflures nous

imposaient

d'autres dimensions. Pourle

Fe2Co

etle

Fe2Ni,

pour^{tirer le}meilleur

parti possible

^{du culot nous}

avonschoisiunesection

trapézoïdale,

^{à la}

place

de la section

rectangulaire

^a

priori plus

rationnelle. Le calcul des coefficients

aet ba étéconduit de manière à tenir

compte

^{de la forme de}

cette section.

L'enroulementaétéfaitavec dufil

d'argent quand

^la

tempé¬

raturenedevait pas

dépasser

^{500°. Aux}

températures plus

^éle¬

véesnousavons fait usagede fildenichrome

qui

^ne

s'oxyde

pas etrésiste

jusqu'à

^{1300°. Comme isolant nous avons}

employé

^le mica

qui

^{isole bien}

jusque

^{vers800°. Pour le} ferro-cobalt dont le

point

de transformation est

plus élevé,

nous nous sommes ser¬

vis de deux boîtes annulaires

concentriques

^{ensilicefondue. La}

première qui portait

extérieurement l'enroulement secondaire emboîtait directementl'anneau. La seconde emboîtait l'anneau

avec son enroulement secondaireet

portait

extérieurementl'en¬

roulement

primaire.

^{On n'a}

guère gagné qu'une cinquantaine

de

degrés,

^{la silice}

commençant

^à

prendre

^une conductibilité notable au-dessusde 800°.

Le

four électrique.

^{Pour les} mesures sur le ferronickel nous

1 Rowland. Phil. Mag., 1373, ^vol. XLVI, p. 151.Voir aussi: Ewnra.

Loc. cit., p. 59.

ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE 19 avons d'abord

employé

^le four décrit par

Renger. Ensuite,

commela

température

^{ne nous} semblait pas ^assez constante et

qu'elle

^ne

dépassait

pas

350°,

nous avons

plongé

l'anneau dans

unbain d'huile chauffé _par un courant

électrique

; cette

dispo¬

sition assuraitune

température

^facilement

réglable

^etuniforme

danstoute l'étendue del'anneau. Pour les autres

alliages

^nous

avons construitun nouveau four

électrique remplissant

^toutes

lesconditions

exigées,

c'est-à-dire une

température rigoureuse¬

ment uniformeen

chaque point

de l'anneau et une constance presque absolue

pendant

^{ladurée dela mesure.}

Untube de

quartz

^A

(voir fig. 4)

^de32cm.de

long

^etde12cm.

de diamètre est munide deux enroulements defil de nichrome de 1 mm.de

diamètre, disposés

^{comme cela est}

indiqué

^en

gg'.

On

supprime ainsi,

^{comme on leferait avec} l'enroulement bifi¬

laire

ordinaire,

^le

champ produit

^à l'intérieur du four par ^le courantdechauffeetl'on évite en outre le

danger

^{des courts-}

circuits. Ce

cylindre

^{est isolé}

thermiquement

par de la terre d'infusoires B et

placé

^{dans une} boîte de laiton

L,

^{dont la}

partie

^{inférieureest}refroidie par ^une circulation d'eau

d,

pour

protéger

^contrela fusion les

supports

^isolants

placés

au-dessous.

On uniformise la

température

^en

plaçant

^à l'intérieur du four

unechemise

métallique

^{m en cuivre ou en nickel} suivant les

températures auxquelles

^on

opérait.

^{L'étude de ce four a été}

faite en

grande partie

par M. A. Piccard à

qui

^{nous devons}

notamment le choixrationnel des dimensions de cette chemise

métallique qui,

contrairement à ce

qui

^{avait eu lieu dans les}

constructions

précédentes,

^aété

prise

notablement

plus

^courte

que le

bobinage

du co.urant de chauffe. ^La chemise est fermée pardeux

plaques métalliques m',

^m'de

façon

^{àobtenirune boîte}

close à l'intérieur de

laquelle

^est

placé

^{l'anneau à étudier c.}

Cetteboîte

métallique

est

portée

par^ungrostube de

porcelaine

E àl'intérieur

duquel passent

^lesfils conducteurs isolés_{par des} tubes de

porcelaine plus

fins. Le bas dufourest fermépar^une

plaque

d'amiante 0 pour

empêcher

^unecirculation d'air nuisible à l'uniformité de la

température.

^{Pour lamême} raison l'extré¬

mitéinférieure du tube Ea été ferméeavecde l'amiante. Nous avons contrôlé les variations de

température

^à l'intérieur de cetteboîteavecun

couple thermo-électrique

dont la force électro-

20 étude de l'aimantation initiale

motrice était mesurée àl'aide d'un

potentiomètre

^{et d'un}

gal¬

vanomètretrès sensible*. A la

tempéraure

^{de 600°}pour

laquelle

les mesures ont été

faites,

^une variation de 1°

correspondait

^à

unedéviation du

galvanomètre

^de18mm.

L'appareil

^{était donc}

sensible àun dix-millième de

degré.

^Surtoutela

partie qu'occu¬

pait

l'anneau il n'a pu être constaté ^aucunevariation ; ^au haut et au bas de la

boîte,

l'écart

atteignait 0,2°.

^De

plus,

^comme

ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE 21 l'anneau_parsaconductibilité tendàuniformiser la

température,

on

peut

^êtrecertain

qu'elle

^{est la mêmedanstoutesonétendue.}

Lamesurede la

température.

^{Pourlesmesuresdela}

tempéra¬

ture nous nous sommes servis d'un

couple thermo-électrique platine-platine

rhodié pour les

températures dépassant

^{500° et}

argent-constantan

pour les

températures

^moins élevées. Ces

couples

^{ont étéétalonnés} par

comparaison

^{avec des}

couples

^de même

espèce,

^{munis de}certificats de la Reichsanstalt.

Le

galvanomètre.

^{Pour toutes les}

substances,

le ferrocobalt

excepté,

^{nous avons} pu^nousservir d'un

galvanomètre balistique

àaimantfixéetà bobine mobile. Pour le ferrocobaltnous avons été

obligés

^{d'avoirrecoursàun}

galvanomètre

^{de Lord}

Kelvin,

à

aiguilles

^verticales'.

L'ampère-mètre.

^Lecourant

primaire

^{a été mesuré avec un}

ampère-mètre

^de

précision

Siemens &

Halske,

que ^{nous avons} étalonnéàl'aide d'une résistance étalonetd'un élémentWeston.

Marche des opérations.

1. Traitement

thermique

^{avant les mesures. Dans toutes les}

mesures d'aimantation dans les

champs

^{faibles ilfautsemettre}

à l'abri de

perturbations

^causées par des

changements

^d'état

delasubstance

qui

^setraduisent par des irréversibilités ther¬

miques

^et

qui

^sontconnus sousle nomde

phénomènes

^{de recuit}

ou de vieillissement. Nous avons

adopté

^{un modèle de traite¬}

ment,

employé déjà

parRadovanovic et

Renger

^et

qui

^a pour effet de réduire à un minimum l'irréversibilité

thermique.

^Il

consiste à chauffer _{le corps}

vingt

^{ou trente fois au-dessus du} Point de

Currie,

en le maintenant

chaque

^{fois à cette}

tempéra¬

ture

pendant quatre

^{à six heures et en le laissant ensuite se} refroidir. Le

phénomène

^{est alors}

plus approximativement

^fixé pour ^toutesles

températures.

Nous reviendronssur ce

point

^dans

ladiscussion des résultats.

2.Mesure de la

susceptibilité

pour^un

champ faible

^en

fonction

de la

température.

^{Nous avons mesuré la}

susceptibilité

pour ^un

champ

aussi faible_que

possible

^{etcommenous n'étions} pas tout

1 P.Weiss. Un galvanomètre extrêmement sensible. J. de Phys., ^1895,

3*s.,^t. 4,p. 212.

22 ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE

àfait certainsa

priori

de la réversibilité

thermique,

^nousn'avons

en

général

^faitvarierla

température

quedansunsens,enchauf¬

fantou enrefroidissant. Ilest nécessaire _que réchauffementse

fasse trèslentement pour que la

température

^{soit la même à}

chaque point

de l'anneau et à la soudure du

couple.

^{Dans le}

voisinage

du Point de Curie, la variation de l'aimantation est excessivement

rapide

^{et le fait} d'une différence de

température

à l'intérieur del'anneau fausserait considérablement les résul¬

tats. Le four

électrique

^{nous a donné}

pleine

satisfaction à ce

point

de vue; pour le

nickel,

par

exemple,

^{il a été}

possible

^de

franchir d'une

façon

^{continue un}intervalle de

8°,

^ce

qui

^a per¬

mis desuivre

point

par

point

la marche de l'alimentation. Une batterie d'accumulateurs de

grande capacité

^{a donné un cou¬}

rant suffisammentconstant.

3. Mesure de la

susceptibilité

^en

fonction

^du

champ

pourdes

températures

déterminées. Pources mesures il

importait

quela

température

^nevariât pas

pendant

^toute la durée de

l'opéra¬

tion, qui

était de dix à

quinze

^{minutes. A cet effet on faisait} passer ^un courant constant dans le four_;le

régime

^{étaitétabli}

aubout de

quatre

^àsix heures. Pour déterminerexactement la droite h⁼a -\-

6H,

^{il serait}

avantageux

^de

prendre

^un

grand

nombre de

points,

^mesurés chacun d'une

façon précise.

^{Mais de}

cefait le

temps

^{nécessaire aux mesures} excéderait facilement celui

pendant lequel

^{il est}

possible

de maintenir la

température

constante.Il adonc fallu choisir un moyen terme, variant ^sui¬

vantla

région

^des

températures

^dans

laquelle

^on

opérait. Quand

la

susceptibilité

^ne varie que peu ^en fonction de la

température,

on

peut

^déterminer

beaucoup

^de

points

^{de la}

droite;

par contre, dansle

voisinage

du Point de

Curie,

^oùcettevariationestextrê¬

mement

rapide,

^{il fautsecontenter} d'un nombre

plus

^restreint.

Avant

chaque

^{mesurel'anneau a}été désaimantéetpour

chaque point

^{nous avons commuté le courant}

primaire

^une

vingtaine

de fois avant la mesure. La constante du

galvanomètre

^{a été}

déterminéeavant et

après

^lesmesurespour

chaque température.

4. Détermination des

coefficients

^aetb. Pour déduire ces coef¬

ficients des observations sans l'intervention d'aucun facteur

d'appréciation personnelle,

^{il eûtété}

indiqué d'employer

^{la mé¬}

thode des moindres carrés. Maiseu

égard

^autrès

grand

^nombre

24 ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE

Ces

analyses

^{nous ont été}

communiquées

par lesmaisons

qui

nous ontfourni les matériaux. Nous avons fondu ces matières

aufour

électrique

^dansles

proportions théoriques

^etnousavons obtenu un culot dont le bas était très

homogène;

^{on a} pu y tailler un anneau sanssoufflures. Les deux enroulementsaufil

d'argent

^{ont étéisolésavecdu mica.}

1. Mesure de l'aimantation initialeen

fonction

^{de la}

tempéra¬

ture.

Après

^{avoir fait subir au métal} le traitement

thermique

indiqué ci-dessous,

^{nous avons d'abord} mesuré l'intensitéd'ai¬

mantationenfonction de la

température

pour^un

champ

^cons¬

tant de

0,05345

^{Gauss. Avecce}

champ

^les

plus petites

^déviations du

galvanomètre

étaient de 40mm et assuraientune

précision

suffisante.

Les résultatssont

portés graphiquement

^{dans la}

fig.

^5.

Si l'onchauffe très lentement en mettant huità dix heures pour

parcourir

l'intervalle de

température

^{ordinaireà 400°, la}

susceptibilité

^{suit lacourbe 1,} si l'on chauffe

plus

^vite

(quatre

heures_pour

parcourir l'intervalle)

elle suit la courbe 2 et pour

unedurée encore

plus

^courte

(deux heures)

^{la courbe 3. La}

susceptibilité

^ne

prend

^donc pas immédiatement la valeur^cor¬

respondant

^{à une}

température

^{donnée. Mais si}

partant

^d'un

ÉTUDE DE L'AIMANTATION INITIALE 23 de droites que

comprend

^ce

travail,

cette manière de

procéder

eût été très laborieuse. Nous avons

préféré

^{mener, au}

jugé,

unedroite autraversdes

points

d'une série d'observations de manière à la

représenter

^{le mieux}

possible.

Cette droiteaservi à trouver les valeurs

numériques

^{de a et b. Nous avons con¬}

servé ces

premières ^valeurs,

^{alors même} que par des droites menéesd'unemanièreun peu

différente,

^{on eûttrouvédes lois}

plus régulières

^touten

représentant

^{aussiexactementles obser¬}

vations.Nous avons

procédé

de même pour ^les droites

repré¬

sentantles relationsentre

log

^{a et}

log

^{b dont il sera}

question plus

^loin.

III. ^- MESURES ET

RÉSULTATS

1. ^—Lefeeeonickel

Fe5Ni.

Les

expériences

^de

Hegg

^{* ontmontré} que, pour la combinai¬

sondéfinie

Fe5Ni,

l'aimantation à saturation suit exactement la loi

théorique

donnée par

l'hypothèse

^du

champ

moléculaire.

On

pouvait espérer,

pour cette

raison,

que l'aimantation initiale dece corps serait

particulièrement

accessible à la discussion et donnerait

peut-être

^unindice révélantla naturedu

phénomène.

Nous sommes

partis

de matières

premières

^aussi pures que

possible.

^{Le nickel nous aété fourni} parla ^«Mond Nickel C*»; il consistaiten

petites sphères

^d'environun centimètre de dia¬

mètre,

^{forméesde couches}

concentriques

provenant ^{de la dé¬}

composition

^du

nickel-carbonyle. L'analyse

^adonné:

Cuivre 0,004 °/()

Fer 0,04 %

Carbone 0,045 ^»/

Silicium 0,008 °/„

Total. ^{. .} 0,097 %

Demême nous devons le fer

électrolytique

^à

l'obligeance

^de

la « Société Le Fer^» de

Grenoble,

il contient

Carbone 0,004 %

Silicium 0,007 %

Soufre 0,006 °/„

Phosphore ^0,011 °/0

Total. . . 0,028 °/0

' Hegg.ThèseZurich, ^1910.