Magnétisme

Magnétisme
De l’aimant au solénoïde
Magnétisme
Définition :
étude des propriétés des aimants (naturels ou
artificiels) et des champs magnétiques. Plus
simplement, le magnétisme peut être définit
comme les forces (d'attraction et/ou de
répulsion) qui agissent en présence d’un
champ magnétique.
Champ magnétique d’un aimant
Définition :
région entourant l’aimant dans laquelle il peut
s’exercer une force magnétique sur d’autres
matériaux magnétisables. Plus un objet est
rapproché du champ magnétique, plus il en
ressent l’effet.
Champ magnétique d’un aimant
• Les lignes du champ
magnétique apparaissent
en beige.
• Il y a deux pôles
magnétiques, le nord et le
sud. C’est un dipôle.
• Par convention, le champ
magnétique sort par le
«pôle nord» et entre par le
«pôle sud».
Pour détecter un champ
magnétique
• On place une surface
(ex. une feuille de
papier ou un
transparent) sur
l’aimant.
• On saupoudre de la
limaille de fer.
• Les lignes du champ
magnétique
apparaissent.
Un aimant est toujours un dipôle
• Il est impossible
d’isoler un pôle nord
ou sud. Si on sépare
un aimant en deux
parties bien égales, on
obtiendra deux
aimants dipôles.
Aimant
• Définition :
barre ou aiguille magnétisée en permanence.
Composition des aimants
Certains éléments sont particulièrement aptes,
du fait de leur structure atomique, à
engendrer un champ magnétique. On s’en
sert pour fabriquer les aimants. Ce sont des
éléments ferromagnétiques :
– Fer
– Cobalt
– Nickel
Composition des aimants
• Toutefois, les aimants sont surtout fait
d’acier (alliage de fer + un peu de carbone)
et divers autres éléments (cobalt, nickel,
etc.)
Comment les éléments
ferromagnétiques deviennent-ils
aimantés ?
Dans un morceau de un de ces métaux, on y
trouve des millions de minuscules aimants
appelés domaines magnétiques.
Comment les éléments
ferromagnétiques deviennent-ils
aimantés ?
• -Si ces domaines sont
placés au hasard, le
morceau n’est pas
magnétisé
• -Il faut introduire le
morceau dans un champ
magnétique extérieur (par
exemple dans un
solénoïde), ce qui alignent
les domaines magnétiques,
pour réussir à l’aimanter
Particularités des aimants
• Attention : échappés ou chauffés, ils se
démagnétisent.
• Les aimants en fer à cheval sont très puissants à
cause de la proximité des pôles. Le champ
magnétique est particulièrement fort dans l’espace
entre les deux pôles.
Matériaux non-magnétiques :
ne peuvent pas être magnétisés
Par ex. :
• Plastique
• Verre
• Cuivre
• Plomb
• etc.
Forces agissant dans l’aimant
Si on met en présence
deux aimants, on
constate que
• les pôles contraires
(nord et sud)
s'attirent
• les pôles semblables
(nord et nord, ou sud
et sud) se repoussent
L’influence de la distance
Ces forces d'attraction et de répulsion sont
fonction de l'inverse du carré de la distance
qui sépare les deux pôles. Si la force vaut F
pour une distance de 1 mm, elle n'est plus
que du quart de F (F/4) lorsque la distance
est de 2 mm.
Boussole
Définition :
aiguille magnétique suspendue pouvant
tourner librement.
• Dans l’hémisphère nord, une des extrémités
de l’aiguille pointe vers le Nord
géographique (c’est le pôle sud
magnétique). L’extrémité qui pointe est
donc le pôle nord magnétique
La Terre, un énorme aimant
Pôle nord
géographique
Pôle sud
magnétique
Boussole
Pôle nord
magnétique
Pôle sud
géographique
• La Terre agit un peut
comme un aimant.
Mais les pôles
magnétiques et les
pôles géographiques
(où l’axe de rotation
de la Terre passe) ne
concordent pas.
• Le pôle magnétique
dans l'Arctique
canadien est en réalité
un «pôle sud».
Autre source de champ
magnétique
Dès qu'on fait circuler un
courant électrique
dans un conducteur,
on crée un champ
magnétique.
• Dans le cas d'un
conducteur rectiligne
(fil, câble...), ce champ
est concentrique
autour du courant.
Autre source de champ
magnétique
• Dans le cas d'un
conducteur circulaire
(spire), le champ est
colinéaire par rapport à
l'axe de la spire.
C’est le solénoïde, soit une
bobine de fil isolé à
travers laquelle un courant
électrique circule.
Autre source de champ
magnétique
La valeur du champ magnétique produit par le
solénoïde dépend, entre autres, de :
•
•
•
•
de la longueur de la bobine
de son diamètre
du nombre de spires et
de l'intensité du courant qu'on y fait circuler.
Créer des aimants
Électro-aimant rudimentaire
attirant une plaque
métallique mince
Si on insère un objet
magnétisable au centre
de la bobine (ici un
clou), il devient
magnétisé. C’est la
façon de fabriquer les
aimants !
Applications technologiques des
matériaux magnétiques
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Transformateurs
Moteurs
Générateurs
bobines d’induction
hauts-parleurs
Microphones
rubans magnétiques (enregistrement son et image)
minces films métalliques (mémoires d’ordinateur)
Médiagraphie
• http://www3.ltu.edu/~s_schneider/physlets/main/bsolenoid
.shtml
• http://www.physics.sjsu.edu/facstaff/becker/physics51/ma
g_field.htm
• http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/magnetic/elemag.html
• http://freelektronik.free.fr/LEKTRONIK/T3.htm
• http://www.geolab.nrcan.gc.ca/geomag/what_nmp_f.shtml
• http://products.worldbook.com/assets/products_gfx/young
_scientists.pdf