1 Aimants permanents

1. AIMANTS PERMANENTS II. Magnétisme et électromagnétisme
1 Aimants permanents
1.1 Terminologie
On apple «aimant permanent» tout corps capable d’attirer d’autres corps en fer,encobalt et
en nickel (appelés matériaux «ferromagnétiques»)etviceversa.
L’intensité des forces magnétiques diminue rapidement lorsqu’on éloigne les deux corps l’un de
l’autre. Un aimant agit à travers des matériaux comme l’air, l’eau ou le bois.
On distingue entre :
—lesaimantsnaturels :danslanature,ontrouvecertainesrochesappartenantàlafa-
mille des oxydes de fer comme la magnétite („Magneteisenstein”) (Fe3O4)oul’hématite
(Fe2O3), qui sont des aimants permanents. Ce sont ces roches qui ont été utilisées pour
frabriquer les premières boussoles.
—lesaimantsartificiels :cesontdesaimantsproduitsparl’homme.Lesaimantssynthé-
tiques sont produits par frittage 1d’un alliage de poudres de terres rares 2qui forme alors
une céramique polarisée sous le champ intense d’un électroaimant.
1.2 Pôles magnétiques
Les propriétés magnétiques d’un aimant sont particulièrement importantes aux extrémités, ap-
pelées «pôles magnétiques».
Les pôles apparaissent toujours par paires et ne sont pas identiques : on distingue le pôle nord
et le pôle sud.
Le pôle nord d’un aimant est souvent peint en rouge, le pôle sudenvert.
Deux pôles de mêmes noms se repoussent !
Deux pôles de noms différents s’attirent !
1. Le frittage est un procédé de fabrication consistant à chauffer une poudre sans la mener jusqu’à la fusion.
Sous l’effet de la chaleur, les grains se soudent entre eux.
2. Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines
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NS NS
NS SN
SN NS
Figure II.1 – Attraction / Répulsion entre deux aimants
Une barre aimantée, mobile autour d’un axe vertical, s’immobilise à peu près suivant la direction
Nord-Sud géographique. Le pôle qui pointe vers le Nord est appelé pôle nord de l’aimant.
pôle Nord terrestre
pôle Sud terrestre
S
N
Figure II.2 – Barre aimantée suspendue à un fil
1.3 Différentes formes d’aimants
Les aimants apparaissent sous des formes très diversifiées. Les formes les plus courantes sont :
1. la barre aimantée (ou barreau aimanté) :
S N
Figure II.3 – Barre aimantée
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2. l’aimant «en U» :
S N SN
Figure II.4 – Aimants en U
1.4 Expériences avec des aimants
1.4.1 Aimantation d’un fil de fer
Faisons glisser (plusieurs fois dans le même sens) un pôle d’aimant sur un morceau de fil de fer.
Alafin,onconstatequelemorceaudefilestdevenului-mêmeunaimant permanent possédant
un pôle nord et un pôle sud.
Figure II.5 – Aimantation d’un fil de fer
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1.4.2 Expérience de l’aimant brisé
Coupons un aimant permanent en son milieu.
S N
ligne de coupure
S N S N
SSSSNNNN
Figure II.6 – Expérience de l’aimant brisé
On pourrait s’attendre à ce qu’on ait isolé un pôle nord d’un côté et un pôle sud de l’autre.
Cependant, chacun des deux morceaux est encore un aimant permanent complet avec un pôle
sud et un pôle nord.
On pourra répéter cette expérience en sectionnant une nouvelle fois chacun des fragments
obtenus, mais on n’arrivera jamais à isoler un pôle d’aimant :toutaimant,sipetitsoit-il,
possède deux pôles de noms différents.
1.5 Représentation modélisée d’un aimant
Aujourd’hui, on admet que les atomes de fer possèdent eux-mêmes des propriétés magnétiques :
nous appelons ces tout petits aimants des aimants élémentaires.
Dans le fer ou l’acier non aimantés,lesaimantsélémentairessontorientésauhasard,defaçon
que leur action globale vers l’extérieur est nulle.
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aimant élémentaire
pièce de fer
Figure II.7 – Aimants élémentaires - fer non aimanté
Si on glisse le pôle d’un aimant le long du morceau de fer (exp. 1.4.1), de plus en plus d’aimants
élémentaires prennent la même orientation. Le fer devient ainsi un aimant.
SN
Figure II.8 – Aimants élémentaires - fer aimanté
Le modèle des aimants élémentaires permet aussi d’expliquer l’expérience de l’aimant brisé :
SN
NSSN
Figure II.9 – Aimant brisé - Explication
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