- Perméabilité magnétique relative
- Matériaux diamagnétiques et paramagnétiques
- Les matériaux véritablement magnétiques: le ferromagnétisme
- Références
La perméabilité relative est la mesure de la capacité d' un chemin matériel, à être traversé par un courant sans perdre ses caractéristiques - par rapport à un autre matériau qui sert de référence. Il est calculé comme le rapport entre la perméabilité du matériau étudié et celle du matériau de référence. C'est donc une quantité qui manque de dimensions.
D'une manière générale, on pense à la perméabilité à un écoulement de fluides, généralement de l'eau. Mais il existe également d'autres éléments capables de traverser des substances, par exemple des champs magnétiques. Dans ce cas, on parle de perméabilité magnétique et de perméabilité magnétique relative.
Le nickel a une perméabilité magnétique relative élevée, c'est pourquoi les pièces adhèrent fortement à l'aimant. Source: Pixabay.com.
La perméabilité des matériaux est une propriété très intéressante, quel que soit le type d'écoulement qui les traverse. Grâce à lui, il est possible d'anticiper le comportement de ces matériaux dans des circonstances très variées.
Par exemple, la perméabilité des sols est très importante lors de la construction de structures telles que des drains, des trottoirs et plus encore. Même pour les cultures, la perméabilité du sol est importante.
Pour la vie, la perméabilité des membranes cellulaires permet à la cellule d'être sélective, en laissant passer les substances nécessaires telles que les nutriments et en rejetant d'autres qui peuvent être nocives.
En ce qui concerne la perméabilité magnétique relative, elle nous donne des informations sur la réponse des matériaux aux champs magnétiques provoqués par des aimants ou des fils sous tension. De tels éléments abondent dans la technologie qui nous entoure, il vaut donc la peine d'étudier leurs effets sur les matériaux.
Perméabilité magnétique relative
Une application très intéressante des ondes électromagnétiques est de faciliter l'exploration pétrolière. Il est basé sur la connaissance de la capacité de l'onde à pénétrer dans le sous-sol avant d'être atténuée par celui-ci.
Cela donne une bonne idée du type de roches qui se trouvent à un certain endroit, car chaque roche a une perméabilité magnétique relative différente, en fonction de sa composition.
Comme on l'a dit au début, chaque fois que l'on parle de perméabilité relative, le terme «relative» nécessite de comparer la grandeur en question d'un certain matériau, avec celle d'un autre qui sert de référence.
Ceci est toujours applicable, qu'il s'agisse de perméabilité à un liquide ou à un champ magnétique.
Le vide a une perméabilité, car les ondes électromagnétiques n'ont aucun problème à s'y déplacer. C'est une bonne idée de prendre cela comme valeur de référence pour trouver la perméabilité magnétique relative de n'importe quel matériau.
La perméabilité du vide n'est autre que la constante bien connue de la loi de Biot-Savart, qui permet de calculer le vecteur d'induction magnétique. Sa valeur est:
Cette grandeur décrit comment la réponse magnétique d'un milieu est comparée à la réponse dans le vide.
Or, la perméabilité magnétique relative peut être égale à 1, inférieure à 1 ou supérieure à 1. Cela dépend du matériau considéré et également de la température.
- Evidemment, si μ r = 1 le milieu est le vide.
- S'il est inférieur à 1 c'est un matériau diamagnétique
- S'il est supérieur à 1, mais pas beaucoup, le matériau est paramagnétique
- Et s'il est bien supérieur à 1, le matériau est ferromagnétique.
La température joue un rôle important dans la perméabilité magnétique d'un matériau. En fait, cette valeur n'est pas toujours constante. Lorsque la température d'un matériau augmente, il devient désordonné intérieurement, de sorte que sa réponse magnétique diminue.
Matériaux diamagnétiques et paramagnétiques
Les matériaux diamagnétiques répondent négativement aux champs magnétiques et les repoussent. Michael Faraday (1791-1867) a découvert cette propriété en 1846, quand il a découvert qu'un morceau de bismuth était repoussé par l'un des pôles d'un aimant.
D'une manière ou d'une autre, le champ magnétique de l'aimant induit un champ dans la direction opposée dans le bismuth. Cependant, cette propriété n'est pas exclusive à cet élément. Tous les matériaux l'ont dans une certaine mesure.
Il est possible de montrer que l'aimantation nette dans un matériau diamagnétique dépend des caractéristiques de l'électron. Et l'électron fait partie des atomes de n'importe quel matériau, ils peuvent donc tous avoir une réponse diamagnétique à un moment donné.
L'eau, les gaz rares, l'or, le cuivre et bien d'autres sont des matériaux diamagnétiques.
D'autre part, les matériaux paramagnétiques ont une partie de leur propre aimantation. C'est pourquoi ils peuvent répondre positivement au champ magnétique d'un aimant, par exemple. Ils ont une perméabilité magnétique similaire à la valeur de μ ou.
Près d'un aimant, ils peuvent également devenir magnétisés et devenir des aimants par eux-mêmes, mais cet effet disparaît lorsque l'aimant réel est retiré du voisinage. L'aluminium et le magnésium sont des exemples de matériaux paramagnétiques.
Les matériaux véritablement magnétiques: le ferromagnétisme
Les substances paramagnétiques sont les plus abondantes dans la nature. Mais il existe des matériaux qui sont facilement attirés par les aimants permanents.
Ils sont capables d'acquérir une magnétisation par eux-mêmes. Ce sont le fer, le nickel, le cobalt et les terres rares comme le gadolinium et le dysprosium. De plus, certains alliages et composés entre ceux-ci et d'autres minéraux sont appelés matériaux ferromagnétiques.
Ce type de matériau subit une très forte réponse magnétique à un champ magnétique externe, tel qu'un aimant, par exemple. C'est pourquoi les pièces en nickel collent aux aimants en barre. Et à leur tour, les barres aimantées adhèrent aux réfrigérateurs.
La perméabilité magnétique relative des matériaux ferromagnétiques est bien supérieure à 1. À l'intérieur, ils ont de petits aimants appelés dipôles magnétiques. Lorsque ces dipôles magnétiques s'alignent, ils intensifient l'effet magnétique à l'intérieur des matériaux ferromagnétiques.
Lorsque ces dipôles magnétiques sont en présence d'un champ extérieur, ils s'alignent rapidement avec celui-ci et le matériau adhère à l'aimant. Bien que le champ externe soit supprimé, éloignant l'aimant, une aimantation rémanente reste à l'intérieur du matériau.
Les températures élevées provoquent des désordres internes dans toutes les substances, produisant ce que l'on appelle une «agitation thermique». Avec la chaleur, les dipôles magnétiques perdent leur alignement et l'effet magnétique s'estompe.
La température de Curie est la température à laquelle l'effet magnétique disparaît complètement d'un matériau. À cette valeur critique, les substances ferromagnétiques deviennent paramagnétiques.
Les dispositifs de stockage de données, tels que les bandes magnétiques et les mémoires magnétiques, utilisent le ferromagnétisme. Aussi avec ces matériaux, des aimants à haute intensité sont fabriqués avec de nombreuses utilisations dans la recherche.
Références
- Tipler, P., Mosca G. (2003). Physique pour la science et la technologie, volume 2. Éditorial Reverte. Pages 810-821.
- Zapata, F. (2003). Etude des minéralogies associées au puits de pétrole Guafita 8x appartenant au champ Guafita (Apure State) à l'aide de mesures de sensibilité magnétique et de spectroscopie de Mossbauer. Thèse de diplôme. Université centrale du Venezuela.