PERMÉABILITÉ MAGNÉTIQUE: CONSTANTE ET TABLE - PHYSIQUE - 2025

La perméabilité magnétique est la quantité physique de la propriété de la matière à générer son propre champ magnétique, lorsqu'elle est imprégnée par un champ magnétique externe.

Les deux champs: externe et propre, se superposent pour donner un champ résultant. A l', indépendant du matériel, champ externe est appelée force de champ magnétique H, tandis que le domaine de chevauchement externe, plus le matériau est induite dans l'induction magnétique B.

Figure 1. Solénoïde avec un noyau en matériau de perméabilité magnétique μ. Source: Wikimedia Commons.

Lorsqu'il s'agit de matériaux homogènes et isotropes, les champs H et B sont proportionnels. Et la constante de proportionnalité (scalaire et positive) est la perméabilité magnétique, notée par la lettre grecque μ:

B = μ H

Dans le SI International System, l'induction magnétique B est mesurée en Tesla (T), tandis que l'intensité du champ magnétique H est mesurée en Ampère sur mètre (A / m).

Puisque μ doit garantir l'homogénéité dimensionnelle de l'équation, l'unité de μ dans le système SI est:

= (Tesla ⋅ mètre) / Ampère = (T ⋅ m) / A

Perméabilité magnétique du vide

Voyons comment les champs magnétiques, dont nous désignons les valeurs absolues par B et H, sont produits dans une bobine ou un solénoïde. À partir de là, le concept de perméabilité magnétique du vide sera introduit.

Le solénoïde est constitué d'un conducteur enroulé en spirale. Chaque tour de la spirale est appelé un tour. Si le courant est passé à travers l'i solénoïde, alors nous avons un électro - aimant qui produit un champ magnétique B.

De plus, la valeur de l'induction magnétique B est d'autant plus grande que le courant i augmente. Et aussi lorsque la densité de spires n augmente (nombre N de spires entre la longueur d du solénoïde).

L'autre facteur qui affecte la valeur du champ magnétique produit par un solénoïde est la perméabilité magnétique μ du matériau qui se trouve à l'intérieur. Enfin, la magnitude dudit champ est:

B = μ. i.n = μ. dans un)

Comme indiqué dans la section précédente, l'intensité du champ magnétique H est:

H = i. (N / d)

Ce champ de grandeur H, qui ne dépend que du courant de circulation et de la densité de spires du solénoïde, "imprègne" le matériau de perméabilité magnétique µ, le faisant s'aimanter.

Ensuite, un champ total de magnitude B est produit, qui dépend du matériau qui se trouve à l'intérieur du solénoïde.

Solénoïde sous vide

De même, si le matériau à l'intérieur du solénoïde est le vide, alors le champ H "imprègne" le vide produisant un champ résultant B. Le quotient entre le champ B dans le vide et le H produit par le solénoïde définit la perméabilité du vide., dont la valeur est:

μ o = 4π x 10 ^-7 (T⋅m) / A

Il s'avère que la valeur précédente était une définition exacte jusqu'au 20 mai 2019. À partir de cette date, une révision du système international a été faite, ce qui conduit à μ ou à être mesuré expérimentalement.

Cependant, les mesures effectuées jusqu'à présent indiquent que cette valeur est extrêmement précise.

Tableau de perméabilité magnétique

Les matériaux ont une perméabilité magnétique caractéristique. Maintenant, il est possible de trouver la perméabilité magnétique avec d'autres unités. Par exemple, prenons l'unité d'inductance, qui est Henry (H):

1H = 1 (T * m ²) / A.

En comparant cette unité avec celle qui a été donnée au début, on voit qu'il y a une similitude, bien que la différence soit le mètre carré que possède Henry. Pour cette raison, la perméabilité magnétique est considérée comme une inductance par unité de longueur:

= H / m.

La perméabilité magnétique μ est étroitement liée à une autre propriété physique des matériaux, appelée susceptibilité magnétique χ, qui est définie comme:

μ = μ ou (1 + χ)

Dans l'expression précédente μ o, est la perméabilité magnétique du vide.

Le χ est la susceptibilité magnétique de la proportionnalité entre le champ externe H et l'aimantation du matériau M.

Perméabilité relative

Il est très courant d'exprimer la perméabilité magnétique en relation avec la perméabilité du vide. On parle de perméabilité relative et ce n'est rien de plus que le quotient entre la perméabilité du matériau et celle du vide.

Selon cette définition, la perméabilité relative est sans unité. Mais c'est un concept utile pour classer les matériaux.

Par exemple, les matériaux sont ferromagnétiques tant que leur perméabilité relative est bien supérieure à l'unité.

De la même manière, les substances paramagnétiques ont une perméabilité relative juste au-dessus de 1.

Et enfin, les matériaux diamagnétiques ont des perméabilités relatives juste en dessous de l'unité. La raison en est qu'ils deviennent magnétisés de telle manière qu'ils produisent un champ qui s'oppose au champ magnétique externe.

Il est à noter que les matériaux ferromagnétiques présentent un phénomène appelé "hystérésis", dans lequel ils gardent la mémoire des champs précédemment appliqués. Grâce à cette caractéristique, ils peuvent former un aimant permanent.

Figure 2. Mémoires magnétiques en ferrite. Source: Wikimedia Commons

En raison de la mémoire magnétique des matériaux ferromagnétiques, les souvenirs des premiers ordinateurs numériques étaient de petits tores de ferrite traversés par des conducteurs. Là, ils ont enregistré, extrait ou effacé le contenu (1 ou 0) de la mémoire.

Matériaux et leur perméabilité

Voici quelques matériaux, avec leur perméabilité magnétique en H / m et leur perméabilité relative entre parenthèses:

Fer à repasser: 6,3 x ^10-3 (5000)

Cobalt-fer: 2,3 x ^10-2 (18000)

Nickel-fer: 1,25 x ^10-1 (100000)

Manganèse-zinc: 2,5 x ^10-2 (20000)

Acier au carbone: 1,26 x ^10-4 (100)

Aimant en néodyme: 1,32 x ^10-5 (1,05)

Platine: 1,26 x ^10-6 1.0003

Aluminium: 1,26 x ^10-6 1,00002

Air 1.256 x ^10-6 (1.0000004)

Téflon 1.256 x ^10-6 (1.00001)

Bois sec 1.256 x ^10-6 (1.0000003)

Cuivre 1,27 x10 ^-6 (0,999)

Eau pure 1,26 x ^10-6 (0,999992)

Supraconducteur: 0 (0)

Analyse de table

En regardant les valeurs de ce tableau, on peut voir qu'il existe un premier groupe avec une perméabilité magnétique par rapport à celle du vide avec des valeurs élevées. Ce sont des matériaux ferromagnétiques, très adaptés à la fabrication d'électroaimants pour la production de grands champs magnétiques.

Figure 3. Courbes B vs. H pour les matériaux ferromagnétiques, paramagnétiques et diamagnétiques. Source: Wikimedia Commons.

Ensuite, nous avons un deuxième groupe de matériaux, avec une perméabilité magnétique relative juste au-dessus de 1. Ce sont les matériaux paramagnétiques.

Ensuite, vous pouvez voir des matériaux avec une perméabilité magnétique relative juste en dessous de l'unité. Ce sont des matériaux diamagnétiques tels que l'eau pure et le cuivre.

Enfin, nous avons un supraconducteur. Les supraconducteurs ont une perméabilité magnétique nulle car ils excluent complètement le champ magnétique à l'intérieur d'eux. Les supraconducteurs sont inutiles pour être utilisés dans le cœur d'un électroaimant.

Cependant, des électroaimants supraconducteurs sont souvent construits, mais le supraconducteur est utilisé dans l'enroulement pour établir des courants électriques très élevés qui produisent des champs magnétiques élevés.

Références

1. Dialnet. Expériences simples pour trouver la perméabilité magnétique. Récupéré de: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). Série: Physique pour la science et l'ingénierie. Volume 6. Electromagnétisme. Edité par Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Physique: principes et applications. 6e Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Physique: un regard sur le monde. 6e édition abrégée. Apprentissage Cengage. 233.
5. Youtube. Magnétisme 5 - Perméabilité. Récupéré de: youtube.com
6. Wikipédia. Champ magnétique. Récupéré de: es.wikipedia.com
7. Wikipédia. Perméabilité (électromagnétisme). Récupéré de: en.wikipedia.com