- Méthodes de magnétisation
- Comment magnétiser un objet ferromagnétique?
- Exemples
- Aimantation par induction
- Aimantation par frottement
- Aimantation de contact
- Méthode électrique pour magnétiser
- Magnétisation par un coup
- Magnétisation par refroidissement
- Références
La magnétisation ou aimantation est une quantité vectorielle qui est également connue sous le nom de force vectorielle de magnétisation. Il est noté M et est défini comme le moment magnétique m par unité de volume V. Mathématiquement, il est exprimé comme suit:
M = d m / dV
Les unités M dans le système international d'unités SI sont ampère / mètre, les mêmes que celles du champ magnétique H. La notation en caractères gras indique qu'il s'agit de vecteurs et non de scalaires.
Figure 1. Aimants en ferrite sous forme d'anneaux. Source: Wikimedia Commons.
Or, le moment magnétique d'un matériau ou d'une substance est la manifestation du mouvement des charges électriques à l'intérieur de l'atome, principalement celui de l'électron.
En principe, l'électron à l'intérieur de l'atome peut être imaginé comme un minuscule circuit fermé de courant, alors qu'il décrit une orbite circulaire autour du noyau. En fait, l'électron ne se comporte pas de cette manière selon le modèle de mécanique quantique de l'atome, mais il coïncide avec celui-ci en ce qui concerne l'effet magnétique.
De plus, l'électron a un effet de spin, analogue à une rotation sur lui-même. Ce second mouvement produit une contribution encore plus importante au magnétisme total de l'atome.
Lorsqu'un matériau est placé dans un champ magnétique externe, les moments magnétiques des deux contributions s'alignent et créent un champ magnétique dans le matériau.
Méthodes de magnétisation
Magnétiser un matériau, c'est lui donner des propriétés magnétiques, temporairement ou définitivement. Mais le matériau doit répondre de manière appropriée au magnétisme pour que cela se produise, et tous les matériaux ne le font pas.
En fonction de leurs propriétés magnétiques et de la réponse qu'ils ont à un champ magnétique externe tel que celui d'un aimant, les matériaux sont classés en trois grands groupes:
-Diamagnétique
-Paramagnétique
-Ferromagnétique
Tous les matériaux sont diamagnétiques, dont la réponse consiste en une faible répulsion lorsqu'ils sont placés au milieu d'un champ magnétique externe.
De son côté, le paramagnétisme est typique de certaines substances, qui subissent une attraction peu intense vers un champ extérieur.
Cependant, les matériaux ferromagnétiques sont ceux dont la réponse magnétique est la plus forte. La magnétite est un oxyde de fer qui est un aimant naturel connu de la Grèce antique.
Figure 2. Magnétite ou lodestone du Brésil. Source: Wikimedia Commons.
Les méthodes d'aimantation qui seront décrites ci-dessous utilisent des matériaux avec une bonne réponse magnétique pour obtenir les effets souhaités. Mais au niveau des nanoparticules, il est même possible de magnétiser l'or, un métal qui n'a généralement pas une réponse magnétique remarquable.
Comment magnétiser un objet ferromagnétique?
À moins que le matériau ne soit un aimant naturel, tel qu'un morceau de magnétite, il est généralement démagnétisé ou démagnétisé. Cela conduit à une autre classification des matériaux magnétiques:
- Dur, qui sont des aimants permanents.
- Doux ou doux, qui bien qu'ils ne soient pas des aimants permanents, ont une bonne réponse magnétique.
- Semi - dur, possédant des propriétés intermédiaires parmi les précédentes.
La réponse magnétique des matériaux ferromagnétiques est due au fait que les domaines magnétiques sont disposés à l'intérieur, des régions avec des vecteurs d'aimantation disposés de manière aléatoire.
Il en résulte que les vecteurs de magnétisation sont annulés et que la magnétisation nette est nulle. Pour cette raison, pour créer une aimantation, les vecteurs d'aimantation doivent être alignés, soit en permanence, soit au moins pendant un certain temps. De cette manière, le matériau est magnétisé.
Il existe plusieurs façons d'y parvenir, par exemple par aimantation par induction, contact, frottement, refroidissement et même heurt de l'objet, comme détaillé ci-dessous.
Exemples
La méthode de magnétisation choisie dépend du matériau et des objectifs de la procédure.
Des aimants artificiels peuvent être créés pour une grande variété de fonctions. Aujourd'hui, les aimants sont magnétisés industriellement, selon un processus très minutieux.
Aimantation par induction
Par cette méthode, le matériau à magnétiser est placé au milieu d'un champ magnétique intense, tel que celui d'un électroaimant puissant. De cette manière, les domaines et leurs aimantations respectives sont immédiatement alignés avec le champ externe. Et le résultat est que le matériau est magnétisé.
Selon le matériau, il peut conserver l'aimantation ainsi obtenue en permanence, ou il peut la perdre dès que le champ extérieur disparaît.
Aimantation par frottement
Cette méthode nécessite de frotter une extrémité du matériau à magnétiser avec le pôle d'un aimant. Cela doit être fait dans le même sens, de sorte que de cette manière la zone frottée acquière la polarité opposée.
Cela crée un effet magnétique, de telle sorte qu'à l'autre extrémité du matériau, un pôle magnétique contraire est créé, entraînant la magnétisation de la substance.
Aimantation de contact
En aimantation de contact, l'objet à magnétiser doit entrer en contact direct avec l'aimant, pour qu'il acquière son aimantation. L'alignement des domaines dans l'objet à magnétiser se produit sous la forme d'un effet de cascade, venant de l'extrémité en contact vers l'autre extrémité rapidement.
Un exemple typique d'aimantation de contact consiste à attacher une pince à un aimant permanent, et l'aimant restera magnétisé, attirant d'autres clips pour former une chaîne. Il fonctionne également avec des pièces de monnaie en nickel, des clous et des morceaux de fer.
Mais une fois que le premier clip, clou ou pièce de monnaie est retiré de l'aimant, l'aimantation des autres disparaît, à moins qu'il ne s'agisse d'un aimant vraiment puissant capable de produire une aimantation permanente.
Méthode électrique pour magnétiser
Le matériau à magnétiser est enveloppé dans un fil conducteur à travers lequel un courant électrique est passé. Le courant électrique n'est rien de plus qu'une charge mobile qui produit un champ magnétique. Ce champ est responsable de la magnétisation du matériau placé à l'intérieur et l'effet est d'augmenter considérablement le champ résultant.
Les aimants ainsi créés peuvent être activés et désactivés à volonté, simplement en déconnectant le circuit, en plus du fait que la puissance de l'aimant peut être modifiée en faisant passer plus ou moins de courant. Ils sont appelés électroaimants et avec eux, vous pouvez facilement déplacer des objets lourds ou séparer les matériaux magnétiques des matériaux non magnétiques.
Magnétisation par un coup
Une tige de fer ou même un classeur en métal peut être magnétisé en le frappant à l'intérieur dans un champ magnétique. Dans certaines localités, le champ magnétique terrestre est suffisamment puissant pour obtenir cet effet. Une barre de fer qui frappe le sol verticalement peut devenir magnétisée parce que le champ magnétique terrestre a une composante verticale.
L'aimantation est vérifiée avec une boussole placée au-dessus de la barre. Pour un classeur, il suffit d'ouvrir et de fermer les tiroirs avec une détermination suffisante.
Un coup peut également démagnétiser un aimant, car il détruit l'ordre des domaines magnétiques à l'intérieur du matériau. La chaleur a également le même effet.
Magnétisation par refroidissement
Il existe des substances telles que des laves de basalte à l'intérieur de la Terre qui, lorsqu'elles sont refroidies en présence d'un champ magnétique, conservent l'aimantation dudit champ. L'examen de ces types de substances démontre que le champ magnétique terrestre a changé d'orientation depuis la création de la Terre.
Références
- Figueroa, D. (2005). Série: Physique pour la science et l'ingénierie. Volume 6. Electromagnétisme. Edité par Douglas Figueroa (USB).
- Hewitt, Paul. 2012. Science physique conceptuelle. 5 ème. Ed. Pearson.
- Kirkpatrick, L. 2007. Physique: un regard sur le monde. 6 ta Edition abrégée. Apprentissage Cengage
- Luna, M. Saviez-vous que l'or peut être un aimant? Récupéré de: elmundo.es.
- Tillery, B. 2012. Science physique. McGraw Hill.