Magnétisme

MagnétismeDe 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

• 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».

Pôle sud géographique

Boussole

Pôle sud magnétique

Pôle nord géographique

Pôle nord magnétique

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.


• 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.


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

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 !

Électro-aimant rudimentaire attirant une plaque métallique mince

Applications technologiques des matériaux magnétiques

• 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/mag_field.htm

• http://hyperphysics.phy-astr.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

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