Recherches expérimentales sur la polarisation rotatoire magnétique dans les gaz

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Submitted on 1 Jan 1880

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Recherches expérimentales sur la polarisation rotatoire magnétique dans les gaz

Henri Becquerel

To cite this version:

Henri Becquerel. Recherches expérimentales sur la polarisation rotatoire magnétique dans les gaz. J.

Phys. Theor. Appl., 1880, 9 (1), pp.265-275. �10.1051/jphystap:018800090026500�. �jpa-00237658�

265

RECHERCHES EXPÉRIMENTALES SUR LA POLARISATION ROTATOIRE

MAGNÉTIQUE DANS LES GAZ;

PAR M. HENRI BECQUEREL.

(Extrait par l’auteur.)

J’ai montré l’année dernière

(1)

^{comment on}

pouvait

^manifester

et étudier le

phénomène

^{de la}

polarisation

^rotatoire

magnétique

dans les gaz ^à la

température

^{et à la}

pression ordinaires;

^{les ré-}

sultats de mes observations

préliminaires

^{ont été}

publiés

^{dans ce}

journal.

J’ai eu l’honneur de

présenter

^à l’Académie des

Sciences,

^le

14 juin

^dernier

(2),

^{un Mémoire} contenan t les résultats de mes dé- teru1in atiol1s avec

cinq

gaz :

l’oxygène, l’ azpte,

^l’acide

carbonique,

le

protoxyde

d’azote elle gaz oléfiant. J’ai eu

depuis

l’occasion d’é- tudier l’acide sulfureux. Je me propose ^{de résumer} ici les

points principaux

^{de ces} recherches.

L’appareil

^dont

j’ai

^fait usage ^a

déjà

^été

^décrit; je rappellerai

seulement que par des réflexions successives on faisait passer

plu-

sieurs fois les ravons lumineux

polarisés

^{ait travers d’un tube en}

cuivre de

3m,

27 de

long,

^fermé par des

glaces parallèles.

^{Ce tube}

contenait _{les gaz} à étudier et était soumis à l’action

électromagné- ticjue

^{de six} grosses

bobines,

^dans

lesquelles passait

^{le courant}

électrique

^d’une

pile

^{de 80}

grands

^{éléments à acide}

nitrique.

^Une

boussole des sinus donnait à

chaque

instant l’intensité du courant

électrique

^{et l’on} mesurait la double rotation du

plan

^de

polarisa-

tion de la lumière en renversant le sens du courant

électrique

dans

l’appareil.

Le

réglage

^du

système optique pouvait

^{se faire} avec assez de

perfection

pour que l’on ohlînt ^un

grand

^nombre

d’images

^réflé-

chies sans déformation. Les mesures ont

porté

^{sur les} quatre pre- mières

images réfléchies, qui correspondant

^à "ti-ois,

cinq,

sel,,t ^eu

netif

passages des rayons lumineux ^{à travers}

l’appereil.

(1) Comptes rendues des séances de l’Académie des Sciences, ^t. LXXXVIII, p. 709, ^et Journal de Phi-sigiie, ^t. VIII, p. 198. ^Voir également ^{deux Notes} de Il. Bichat qui

suivent les deux Notes que nous venons de citer.

e) Comptes ^{rendus des séances de} l’Académie des Sciences, ^t. XC, p. 1407.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018800090026500

Les rotations obtenues sont très

petites;

aussi a-t-il fallu déter- miner avec le

plus grand

^{soin la valeur de toutes les}

petites

^causes

d’erreur

qui

peuvent ^{affecter le}

phénomène.

^Parmi les corrections

qu’il

faut faire subir aux mesures

directes,

^la

plus importante

^est

due à l’influence du

magnétisme

^{sur les}

glaces qmi

^{ferment le}

^tube,

et

qui

^{se trouvent à om, 14 environ en dehors des bobines.}

Cette correction ^a été déterminée par des

expériences spéciales,

et l’on a vérifié _{que la} valeur

adoptée

satisfaisait aux observations faites avec

l’appareil plein ^d’air,

^{soit en}

interposant

^les

glaces

^sur

le

trajet

des rayons

lumineux,

^{soit en} retirant celles-ci.

On _a, du reste, ^reconnu par

expérience

que les réflexions ^suc- .cessives des rayons

lumineux,

ainsi que leurs passages ^{à travers} les

glaces, n’apportent

^aucune

perturbation

^{dans les mesures,} par suite des

phénomènes

^de

polarisation elliptique

^{très faibles}

qui

pour- raient

prendre

naissance.

Par l’effet du passage du ^courant

électrique, l’appareil

^{s’échauffe}

notablement et atteint

parfois

^{30° à} 35° Câ. Un ^manomètre

adapté

au tube mesure à

chaque

instant la

pression

^{des gaz et permet de}

se servir du tube comme d’un thermomètre à gaz, pour ^en déduire la

température

moyenne. Des thermomètres

spéciaux

^{donnaient la}

température

^du

tube, qui s’esttoujours

trouvée très voisine de celle des gaz.

Les résultats observés, _{pour être}

comparables, ont dû

^{être ra-}

menés à la même

pression

^de

760mmde

^{mercure et} à la même densité.

On a choisi _pour unité celle

qui correspond

^{à la}

température

^de 0°,

en admettant que le

pouvoir

^rotatoire

magnétique

des gaz étudiés

entre o° et 35° variait en raison inverse du module de dilatation. On

a ainsi

négligé

l’existence

probable

^d’une

petite

^{variation du} pou- voir rotatoire moléculaire des gaz ^avec la

température ;

^{mais on} peut remarquer que, ^{si cette} variation est du même ordre _{de gran-} deur que pour les ^autres

substances,

^{elle doit}

échapper

^{aux mesures}

présentes,

^{car elle est} de l’ordre des erreurs d’observation. La concordance des résultats obtenus à diverses

températures

^{entre 0°}

et 35° semble

justifier

^cette

hypothèse.

^Les nombres donnés

plus

loin ont donc été déduits des nombres trouvés directement en mul-

tipliant

^ces derniers par ^le facteur

760

_H

_(I

_-f-

_xi),

H étant la

pression,

t la

température

^{et a} le coefficient de dilatation des _gaz.

267 La nécessité d’avoir une source lumineuse très intense et fixe ^a conduit à faire usage de la chaux incandescente d’un chalumeau

oxyhydrique.

La lumière obtenue ainsi est

composée

^de presque

tous les rayons

qui

forment la

partie

^{visible du} spectre solaire. On

a

interposé

^{sur le}

trajet

des rayons lumineux divers écrans colorés

ne laissant passer

qu’une région

^{étroite du} spectre. ^A

chaque

^ré-

flexion sur les miroirs et à

chaque

passage ^{à travers les}

glaces,

^{il se}

perd

^une

petite quantité

^de

lumière,

^{de telle sorte} que la couleur des diverses

images

réfléchies n’est pas

rigoureusement

^{la même.}

On ^a déterminé avec

grand

^{soin la}

longueur

^d’onde moyenne des rayons ^lumineux

qui

arrivent à l’ceil dans

chaque

^{cas, en mesurant}

la rotation

magnétique

^du

plan

^de

polarisation

^{de ces} rayons ^au

travers d’une colonne de sulfure de carbone

liquide.

Les nombreux résultats obtenus peuvent ^{se résumer dans le} Tableau suivant.

Dans ce

Tableau,

^{les nombres sont ramenés à} 0°, ^{à lâ}

pression de 760mm

^{et à la même intensité}

magnétique,.

En divisant les nombres observés par le nombre ^de passages ^{à travers le}

tube,

^on

doit trouver pour

chaque

^{couleur un nombre constant. Ces}

nombres sont

indiqués

^{dans le} Tableau. Les faibles différences que l’on observe entre ceux-ci tiennent en

grande partie

^{à des varia-}

tions dans la

longueur

^d’onde des rayons ^étudiés. On a tenu

compte ^{de ces} variations dans les

comparaissons qui

^{sont faites}

plus

loin.

Résumé des 7ésit7tcits nútellils.

269 Ces nombres sont le résumé de

près

^d’un millier de mesures ex-

périmentales.

Dispersion

^des

plans

^de

polarisation

^des rayons ^de divei-ses

longueurs

^{d’onde. - Nous avons dit}

plus

^haut que ^la

longueur

d’onde des rayons étudiés dans

chaque

^cas

pouvait

^{être déterminée}

en mesurant leur rotation

magnétique

^{au travers} d’un corps ^connu, tel que ^le sulfure de carbone

liquide

^ou le verre. Les déterminations faites au travers d’une colonne de sulfure

liquide

de carbone et au travers des

glaces qui

terminent le tube de

l’appareil

^{ont conduit}

aux mêmes résultats pour ^les

longueurs

^d’onde moyennes des rayons lumineux

qui

^{arrivent à} l’oeil dans chacune de nos observations.

On a

comparé

^{ainsi les rotations obtenues}

pourles

rayons de diverses

longueurs

^{d’onde en} prenant pour ^{unité la} rotation

qui

correspon- drait aux rayons

jaunes

^{de la flamme} du sodium.

L’expérience

^a

montré que, ^dans

l’appareil

^décrit

plus ^haut,

^la

quatrième image

éclairée _{par la} chaux incandescente donnait des rayons ^très voisins de ceux de la flamme du sodium. La

comparaison

des rotations

magnétiques

obtenues pour ^les divers rayons lumineux ^a conduit

. au Tableau suivant :

Dispersion ^des plans de polarisation des rajrons de d¿,’erses longueurs ^d’onde.

Je reviendrai

plus

^{loin sur les}

particularités

que

présente r oxy- gène ;

^en exceptant ^ce gaz, ^on voit que, pour les ^{autres gaz}

étudiés,

les rapports des rotations

magnétiques

^des rayons de diverses lon- gueurs d’onde ^{sont à} peu

près

^{les mêmes} que pour ^les corps solides

et

liquides.

^On peut ^{donc en} conclure que pour les gaz

étudiés,

à

l’exception

^de

1"ox2-gène,

^{la notation}

lnagnétique

^(les

plans

^de

polnriscctian

des rayons de diverses

longueurs

^{d’onde est à trè.s}

peu près

^en raison inverse des carrés des

longueurs

d’o7ide, de ces

rayons.

La faible valeur des rotations observées ne permet pas de ^recon- naître si ces gaz, ^comme les solides et les

liquides,

s’écartent ^un _peu de cette loi

simple

^{à mesure} que les rayons lumineux ^sont

plus réfrangibles.

^r

Rotations

magnétiques

des gaz,

rapportées

^ait

sulfure

^{de car-}

bone

liquide,

pour les

rayons jaunes

^de la soude. - La relation que nous venons d’établir permet ^{d’obtenir la rotation}

magnétique

relative à la lumière

jaune

^{de la soude et} de faire concourir à cette

détermination les nombres obtenus avec les diverses couleurs, ^en divisant chacun d’eux par le rapport inverse des carrés des lon- gueurs d’onde. On trouve ainsi les nombres suivants :

Rotations pour la lumière ja une D, ^{déduites des} observations apec les rayons de diverses longueurs ^d’onde.

27I

Ces nombres

correspondent

^{à un seul} passage des rayons ^lumi-

neux à travers

l’appareil.

^{On voit avec}

quelle précision

^{ils se con-}

trôlent mutuellement.

1

Larotation

magnétiques

^du

^plan

^de

polarisation

^des

rayons jaunes

D traversant une

épaisseur égale

^{de sulfure} de carbone

liquide

à 0° et soumis à la

mpme inttwsité magnétique

que les _gaz

précé-

dents a été déterminée avec une

grande

exactitude et a été trouvée

égale

^à

4520’.

En divisant par ^ce nombre les nombres

qui précèdent,

^{on ob-}

tient,

_pour ^les

pouvoirs

rotatôirés

magnétiques

^des gaz

étudiés,

^les

nombres suivants :

.Relation entre les

poccvoirs

rotatoires

inagitétiqites

^des gaz ^et leurs indices de

réfraction.

^{- J’ai montré,} il y ^a

quelques

années

(’ ),

que le

pouvoir

^rotatoire

rnagnétique

^des corps solides

et

liquides

^non

magnétiques

^{était lié à leur indice de} réfraction et

que pour ^ceux-ci le

quotient

^{de la rotation}

^R, correspondant

^{à un}

rayon lumineux d’une

longueur

^d’onde

déterminée,

par la fonction

n2(n22013 I), n représentant

l’indice de

réfraction,

^{était un nombre}

constant pour ^{une même série de} substances et variant peu pour les divers corps étudiés. ^En prenant pour unité la rotation du sul- fure de carbone

liquide,

^{n2 (n2-1)} les valeurs du rapport

R _{n Il - 1)}

^{ont été}

comprises

^{entre o, i}

^{et o, 5.}

Lorsque

^{l’on cherche} pour les _gaz les valeurs de ce rapport, ^on

trouve des nombres presque

identiques,

^alors que les rotations

magnétiques

^{sont dix mille fois}

plus

faibles que ^les rotations données par les corps solides ^et

liquides.

Les valeurs du rapport

R n2 (n2-1) ^{sont indiquées}

dans le Tableau

qui

^{suit :}

(1) ^{Annales de Cltimie et de} Physique, ^t. XII,

1877.

273

On remarque toutefois que les valeurs ^du rapport

^{n2 (n2-1)} R

^aug-

mentent

régulièrement

^avec les indices de réfraction. Pour les six gaz

étudiés,

^{les rotations}

magnétiques

augmentent ^un peu moins vite que ^la fonction

(n - 1)2.

Nous avions reconnu le même fait

avec les corps solides et

liquides

^{et nous avons montré que les va-}

riations de la fonction

(n - 1)2

^ne rendent pas compte ^{de toutes les}

particularités

^du

phénomène,

entre autres des

grandeurs

^relatives

des rotations

magnétiques

des corps ^à l’état

liquide

^{et à} l’état ga-

zeux. Au

contraire, l’expression n2 ( n2-1) parait j usqu’ici

^satis-

faire

approximativement

^{à toutes} les déterminations

expérimen- tales.

On peut comparer les résultats que l’on vient de ^trouver pour l’acide sulfureux _{gazeux à} ceux que donne ^{le même} corps ^à l’état

liquide.

M. de la Rive ^a trouvé pour l’acide sulfureux

liquide

^un

pouvoir

^rotatoire

magnétique

^{variable avec la}

température

^et

qui,

vers 12°, ^{est environ} 0, 382 ; mais l’indice de ce corps n’a _pas été déterminé avec

précision : Faraday

^{a dit} seulement que l’indice de réfraction de l’acide sulfureux

liquide

^{était le même} que celui de l’eau.

Or,

pour que le

rapport R n2 (n2-I)

^{fût le même à l’état}

gazeux ^{et à} l’état

liquide,

il suffirait que l’indice ^du

liquide

pour la lumière

jaune ^fût,

^dans les conditions de

l’expérience

^{de M. de la}

Rive,

^{voisin de} 1,28. ^{L’indice de l’eau est environ}

1, 33.

^{De nou-}

velles déterminations sur l’acide sulfureux

liquide

^{sont donc né-}

cessaires pour élucider ^ce

point.

274

La faible variation des indices de réfraction _{des gaz} et le nombre restreint des gaz étudiés ^ne permettent pas d’affirmer d’une manière absolue que ^la fonction n2

( n2 I)

pour les gaz

joue

^{le même rôle}

que pour les ^autres

substances;

^{il reste néanmoins établi ce fait}

remarquable

que les

pouvoirs

rotatoires

magnétiques

^{des corps}

sont intinlelnent liés cc leurs indices de

réfraction

^{n et} q lle le.s variations de

la fonction n2(n2 - I)

^{sont dit mênle} ordre de gran- deur _que celles des rotations

magnétiques

^des corps ^à l’état so-

lide, liquide

^et gazeux.

Oxygène. - L’oxygène

^a

présenté

^{une anomalie}

remarquable :

ce gaz ^a donné pour les rayons rouges ^une rotation

magnétique

très peu

supérieure

^{à celle des rayons verts. Il eût été très}

impor-

tant d’établir nettement cette

inversion ;

mais les différences entre

les rotations

magnétiques

pour les divers rayons ^sont tellement

faibles,

que,

malgré

^les nombreuses déterminations

qui

^{ont été ac-}

cumulées pour ^ce gaz, il n’a pas ^été

possible

d’affirmer d’une ma-

nière irréfutablesi ce corps

présente

^une

dispersion

^{rotatoire à} peu

près

^{nulle ou si cette}

dispersion

^{est inverse de} celle que

présentent

les autres substances.

L’expérience

^{a semblé} constamment vérifier

cette seconde

conclusion,

mais les nombres sont trop

petits

pour décider la

question.

En tout cas,

l’oxygéne présente

^une anomalie bien nette dans le

phénomène

^{de la}

dispersion

^des

plans

^de

polarisation

^{des rayons}

de diverses

longueurs

^d’onde.

Il n’est pas ^sans intérêt de

rapprocher

^ce

phénomène exception-

nel des

propriétés magnétiques de l’oxygène.

^{J’ai montré dans des}

recherches antérieures

(1)

^{que les} corps ^très

magnétiques

^doués

d’un

pouvoir

^rotatoire

magnétique négatif dispersaient

^les

plans

de

polarisation

^{de la lumière suivant une} loi différente de celle

qui régit

les rotations

positives.

^{Les rapports des rotations}

négatives

sont sensiblement le carré des rapports

qui correspondraient

^aux

rotations

positives

^{pour les} mêmes rayons lumineux. Or il est très intéressant de voir que

l’exception

^{relative à}

l’oxygène

^coïncide

avec les

propriétés magnétiques spéciales

^{de ce} gaz.

(1) ^{Annales de Chimie et de} Physique, ^{t. XII,} 1877, ^et Comptes rendus des séances de r Academie des Sciences, ^t. LXXXIV, p. 1 227.

275 On ^ne peut

signaler

quant ^à

présent

que ^cette

coïncidence, qui

semble montrer que ^les deux

phénomènes

^{sont liés l’un à l’autre.}

En se reportant ^{à mes} recherches

antérieures,

^on reconnaît que l’on

pourrait imaginer

^un

mélange

^{de deux}

substances,

^{l’une ma-}

gnétique

^{et l’autre}

diamagnétique, qui

donnerait lieu au même

phénomène

^de

dispersion

^rotatoire

magnétique

que

l’oxygène.

C’est du reste une pure

hypothèses, qu’il

^est intéressant de

suivre,

surtout

lorsqu’il s’agit

^{d’un corps aussi}

singulier

que

l’oxygène, qui

^d’une part ^{est doué de}

propriétés magnétiques exception-

nelles ^et d’autre part ^{donne lieu aux}

phénomènes

^si

particuliers

de l’ozone

(’ ) .

POUVOIR ROTATOIRE MAGNÉTIQUE DES LIQUIDES ET DE LEURS VAPEURS;

PAR M. E. BICHAT.

Aussitôt

après

que

Faraday

^eut découvert l’action

remarquable

que les ^{aimants exercent sur un} rayon de lumière

polarisée qui

traverse une substance transparente, ^{on fut tenté de voir une ana-}

logie

^{entre ces}

phénomènes

^{et ceux} que

présentent

^les corps

qui, naturellement, jouissent

^du

pouvoir

rotatoire. Certaines lois étaient les mêmes, ^{celle des}

épaisseurs

par

exemple.

On remarqua de ^même que, ^{dans les} deux _cas, la rotation aug-

mente à mesure que l’on marche de la

partie

rouge ^vers la

partie

^la

plus réfrangible

^du spectre.

Or,

relativement à cette

loi,

Biot avait

signalé

^une

exception

^re-

marquable

^{dans le cas des} dissolutions aqueuses ^d’acide

tartrique.

(1 ) Depuis ^{le moment où} j’ai ^{commencé ces} recherches, ^{MM. Kundt et} Röntgen ^ont publié des nombres relatifs à plusieurs gaz, ^sans indiquer ^{du reste aucun} des résultats cités plus ^haut (Wiedemann Annalen, ^Bd VIII, ^S. 278). ^{Les seuls gaz} qui ^{soient coni-}

muns à leurs recherches et aux miennes sont l’oxygène ^{et l’air.} Les nombres donnés par ^ces auteurs sont généralement trop grands, parce qu’ils ^ont comparé directement des rotations obtenues avec la lumière blanche _pour les gaz ^{et avec la} lumière jaune

pour le sulfure de carbone. Pour l’oxygène, ^{le nombre} que j’ai ^{trouvé est} identique

avec celui qu’ils donnent pour ^les pressions ^élevées auxquelles ^{ils ont} opéré. ^{La con-}

cordance tient sans doute à ce que l’oxygène ^n’a pas de dispersion rotatoire sensible et que les ^erreurs qu’ils commettaient sur la réfrangibilité ^{de la lumière devenaient}

alors négligeables. ^.