Qu'est-ce que le magnétisme et quelles sont ses principales caractéristiques ?

Découvrons ensemble les principales caractéristiques du magnétisme.

Vous voulez comprendre ce qu'est la densité de flux ? Vous souhaitez connaître la signification de la force coercitive ou ce qui la différencie de la force coercitive intrinsèque ? Vous êtes au bon endroit.

Nous allons examiner ici les principales définitions du magnétisme.

Mais qu'est-ce que le magnétisme ?

Le magnétisme est une science qui traite des phénomènes magnétiques.

Certains phénomènes magnétiques macroscopiques sont connus depuis l'Antiquité. Les anciens Chinois et Grecs ont découvert que certaines pierres naturelles, comme la magnétite, étaient capables d'attirer de petits morceaux de fer.

C'est de là que vient le nom d'aimant. En fait, la région de Thessalie dans la Grèce antique où ces pierres étaient extraites s'appelait Magnésie.

Depuis les temps anciens, il avait été vérifié que si ces pierres étaient laissées libres de leurs mouvements, suspendues à un fil ou laissées flottantes sur l'eau, elles tournaient toujours dans la même direction.

Les premiers navigateurs ont donc utilisé des aimants pour déterminer la direction de la navigation en mer et c'est ainsi qu'est née la boussole.

D'Archimède à Galileo Galilei, de Kepler à Benjamin Franklin, en passant par Coulomb, Faraday et Maxwell jusqu'aux temps modernes. Au fil des ans, les phénomènes magnétiques ont fait l'objet de nombreuses études et les aimants eux-mêmes ont évolué. De nouveaux matériaux ferromagnétiques ont été découverts au fil des ans. Une fois combinés, ils peuvent devenir magnétiques par l'application d'un champ magnétique externe puissant.

Le premier aimant fabriqué par l'homme remonte au 18e siècle, mais ce n'est qu'en 1920 que la recherche a permis de créer des alliages puissants et performants, tels que les aimants en Alnico, un alliage de nickel, d'aluminium et de cobalt. La découverte de la ferrite remonte aux années 1950 et celle des aimants en terre rare aux années 1970.

Depuis lors, la science du magnétisme a progressé de manière exponentielle en mettant au point des matériaux magnétiques extrêmement puissants qui ont permis à l'industrie de les utiliser pour produire des dispositifs toujours plus petits et plus puissants.

TERMINOLOGIE MAGNÉTIQUE

Le magnétisme n'est pas différent des autres technologies de haut niveau dans la mesure où il possède son propre langage. La connaissance de ces termes est essentielle pour comprendre la signification et les résultats des mesures magnétiques effectuées.

Pendant de nombreuses années, le système d'unités CGS (centimètre-gramme-seconde) a été utilisé. Récemment, le SI (système international) ou le MKS rationalisé (mètre-kilogramme-seconde) a été proposé comme seule méthode d'expression des grandeurs magnétiques.

Cependant, le système CGS est répandu et présente des caractéristiques qui le rendent préférable au SI. C'est pourquoi le système CGS est toujours largement adopté et constitue le système préféré dans de nombreuses applications pratiques.

Nous voyons dans le tableau 1 une comparaison des unités de chaque système qui peuvent être utiles dans la mesure.

Examinons quelques-uns des termes magnétiques les plus courants. Une liste plus complète et détaillée peut être trouvée dans le guide de référence ASTM :

Désignation ASTM A340-77, 'Standard Definitions of Terms, Symbols and Conversion Factors Relating To Magnetic Testing', 1977.

Que signifient les termes "champ magnétique" et "flux magnétique" ?

Dans la littérature, les termes "champ magnétique", "flux magnétique" et "densité de flux" sont souvent utilisés comme synonymes. C'est incorrect, car il s'agit de quantités physiques différentes, mais étroitement liées. Nous expliquons ci-dessous comment ces quantités diffèrent les unes des autres.

Champ magnétique / Intensité du champ magnétique (H)

Le champ magnétique est un champ d'énergie électromagnétique qui transmet les forces d'un aimant.

Dans les dessins, le champ magnétique est souvent symbolisé par des lignes de champ. Il est également possible de le rendre visible en pratique, par exemple en utilisant de la limaille de fer sur une feuille de papier sous laquelle se trouve un aimant.

Selon la définition, les lignes de champ magnétique vont toujours du pôle nord au pôle sud d'un aimant et de là, à travers l'aimant, elles reviennent au pôle nord pour former un circuit fermé.

Le champ magnétique est représenté par la lettre H et mesuré en ampères par mètre.

Image source : Supermagnet

Densité du flux magnétique (B)

L'induction magnétique B décrit la densité et la direction des lignes de champ passant par une surface A dans l'espace. Plus les lignes de champ sont denses, plus la densité du flux magnétique est élevée. Elle est mesurée en Tesla (T).

Image source : Supermagnet

Champ magnétique / Flux magnétique (Φ)

Le flux magnétique Φ est la densité du flux magnétique traversant une surface imaginaire.

Si les lignes de champ sont des lignes droites (par exemple entre les pôles d'un aimant en fer à cheval), le flux magnétique Φ à travers une certaine surface A, perpendiculaire au flux, peut être calculé comme suit :

Φ = BxA

L'unité de mesure est le Tm².

Quelle est la force d'attraction ?

Le calcul de la force d'attraction ou de répulsion entre deux aimants est, en général, une opération extrêmement complexe. Elle dépend de la forme, du degré de magnétisation, de l'orientation et de la distance des deux aimants.

La force d'attraction désigne la force qu'il faut appliquer perpendiculairement à l'aimant pour le détacher d'une surface en fer doux lorsqu'il est en contact. Si la force est appliquée dans la direction parallèle à la surface de contact, la valeur indiquée est fortement réduite et est également influencée par la force de frottement exercée entre la surface de l'aimant et celle de la plaque métallique.

Quelle est la différence entre les combinaisons aimant-fer et aimant-aimant ?

Les aimants et le fer s'attirent, mais ne se repoussent pas.

Dans le cas d'un contact direct, l'attraction entre l'aimant et le fer est égale à l'attraction entre deux aimants égaux. Cependant, à mesure que la distance augmente, l'attraction entre l'aimant et le fer diminue beaucoup plus rapidement que l'attraction entre deux aimants. Ceci est dû à la rémanence plus faible du fer.

Quelle est la force coercitive (Hc) ?

La force coercitive Hc désigne l'intensité du champ nécessaire pour démagnétiser complètement un aimant. Plus cette valeur est élevée, plus un aimant sera capable de maintenir sa magnétisation lorsqu'il est exposé à un champ magnétique de signe opposé.

On distingue la force coercitive bHc en référence à l'induction magnétique et la force coercitive jHc en référence à la polarisation. Si un aimant est exposé à une intensité de champ démagnétisant de bHc, sa densité de flux magnétique disparaît. L'aimant lui-même n'a pas perdu son aimantation, mais la densité de flux magnétique qu'il produit est égale et opposée à la densité de flux magnétique produite par le champ démagnétisant, de sorte qu'elles se neutralisent mutuellement. Ce n'est qu'à une intensité de champ démagnétisant de jHc que l'aimant perd sa polarisation magnétique et donc sa magnétisation complète.

Le A/m (Ampère par mètre) est utilisé comme unité de mesure de l'intensité du champ magnétique. Parfois, cependant, il est encore appelé Oe (Oersted), l'ancienne unité de mesure de la CGS.

Quelle est la différence entre "ferromagnétique" et "magnétique" ?

Ces deux termes sont souvent utilisés à tort comme synonymes. Un objet est considéré comme ferromagnétique si un aimant s'y colle. Par exemple, si un aimant se colle à une étagère en acier, on dit que l'étagère est ferromagnétique. En revanche, dans le langage courant, on parle d'une surface magnétique.

Il est seulement correct de dire qu'un objet est magnétique s'il se comporte comme un aimant.

Quels sont les matériaux ferromagnétiques existants ? Qu'est-ce qui attire un aimant ?

Les aimants n'attirent que certains matériaux. Les trois matériaux ferromagnétiques les plus connus sont :

• fer (Fe)
• cobalt (Co)
• nickel (Ni)

Certains métaux de terres rares sont également ferromagnétiques, mais uniquement à très basse température. À température ambiante, ils ne sont que paramagnétiques. Cela signifie que les aimants ne les attirent que légèrement. Il s'agit des métaux suivants :

• dysprosium (Dy)
• erbium (Er)
• gadolinium (Gd)
• holmium (Ho)
• terbium (Tb)

Que signifie "produit énergétique maximal" ?

Le produit énergie maximale mesure l'énergie magnétique maximale qui peut être stockée dans un aimant. C'est le produit maximal que l'on peut obtenir pour un matériau donné en multipliant l'induction magnétique B par l'intensité du champ magnétique H. Le kJ/m³ (Kilojoule par mètre cube) ou MGOe (Mega-Gauss-Oersted) est utilisé comme unité de mesure.

En un mot, Le produit énergétique maximal est un indicateur de la force d'un aimant. Le même résultat peut donc être obtenu en utilisant un petit aimant avec un produit à haute énergie, ou un grand aimant avec un produit à faible énergie.

Que signifie la rémanence (Br) ?

La rémanence Br mesure l'induction magnétique ou la densité du flux magnétique qui reste dans un aimant après qu'il ait été magnétisé. Cela signifie que plus cette valeur est élevée, plus l'aimant est puissant.

Le Tesla (T) est utilisé comme unité de mesure de l'induction magnétique ou de l'intensité du flux magnétique.

Dans le système CGS, on utilise le Gauss (G), et la relation est la suivante : 1 Tesla = 10 000 Gauss.

Quelle est la différence entre un aimant anisotrope et isotrope ?

Les aimants anisotropes sont obtenus si certaines étapes du processus de production (telles que les opérations de pressage, d'injection ou d'extrusion) sont réalisées en présence d'un champ magnétique, c'est-à-dire que les domaines sont orientés dans la même direction préférentielle.

Si, par contre, la production a lieu sans champ magnétique, les domaines n'ont pas d'orientation préférentielle, et on obtient ainsi des aimants isotropes.

Lors de l'opération de magnétisation ultérieure, les aimants anisotropes présentent des caractéristiques magnétiques supérieures à celles des aimants isotropes.

Peut-on couper ou percer un aimant ?

Il existe des aimants flexibles avec un composant en plastique qui peut être facilement coupé ou percé. Ils sont généralement disponibles dans le commerce sous forme de feuilles ou de profilés.

En revanche, les aimants frittés, tels que les terres rares et les ferrites, nécessitent des techniques et des équipements spéciaux. Il s'agit donc d'une opération qui ne peut être réalisée que par un personnel spécialisé possédant les compétences appropriées.

Types d'aimants

Aimants en néodyme (Nd)

Ils offrent la force magnétique la plus élevée parmi les matériaux actuellement disponibles. Ils permettent d'obtenir des forces élevées à partir d'un petit volume. Un inconvénient est leur tendance à s'oxyder facilement. Ils sont appelés "aimants à terres rares" avec les aimants au cobalt.

Source d'image : first4magnets

Aimants Alnico (Al-Ni-Co)

Propriétés supérieures de résistance à la température et de résistance mécanique. Inconvénient : sujet à la démagnétisation.

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Aimants en ferrite (Fe)

Ce matériau possède une faible force magnétique, mais une force coercitive relativement élevée, et est donc peu affecté par les phénomènes de démagnétisation. La résistance mécanique est faible et le matériau est cassant, il faut donc le manipuler avec précaution.

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Aimants en samarium-cobalt (Sm-Co)

Leur nom complet est samarium-cobalt et ils représentent le deuxième groupe le plus puissant après les aimants néodyme-fer-bore. Leurs avantages sont la résistance à l'oxydation et aux températures élevées. Cependant, ils sont fragiles et ont une faible résistance mécanique, ils doivent donc être manipulés avec précaution.

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Les détails suivants donnent un aperçu simple des quatre principaux matériaux magnétiques :

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Caoutchouc magnétique

Outre les matériaux énumérés ci-dessus, des matériaux en caoutchouc magnétique sont également produits. Les aimants souples contiennent des particules magnétiques piégées dans un liant polymère souple. Les aimants souples sont utilisés pour des applications uniques qui ne seraient pas possibles avec d'autres aimants "durs".

En général, les aimants flexibles ont un produit énergétique maximal compris entre 0,6MGOe et 1,6MGOe.

Ainsi, leur puissance magnétique par cm2 est faible, mais s'ils sont utilisés sur une grande surface de contact, ils peuvent générer une force considérable.

Il existe deux catégories différentes d'aimants flexibles : les feuilles magnétiques et les profils magnétiques extrudés.

Le caoutchouc magnétique peut être découpé avec des ciseaux et est livré avec un support adhésif, un revêtement en vinyle de couleur vive et peut facilement être découpé en formes spéciales à l'aide de cutters.

Avertissements

• Comme ces matériaux sont très fragiles, aucun travail de modification, tel que le découpage ou le perçage, ne peut être effectué.
• Les aimants sont très sensibles aux impacts. Faites preuve de prudence lors de l'installation.
• Les champs magnétiques peuvent avoir un effet négatif sur : Appareils électroniques tels que les téléphones mobiles, les PC et les montres - Appareils électroniques médicaux tels que les stimulateurs cardiaques
• La force magnétique peut s'affaiblir si le composant est utilisé à des températures supérieures à la température maximale de fonctionnement.
• Un choc violent ou une modification de l'aimant peut altérer sa force.
• Pour éviter tout impact direct sur l'aimant, gardez une distance de 0,1~0,3mm du corps.

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