Aimants | Dr. Goulu

Comment fabriquer un aimant ?

Mon, 24 Feb 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Il faut un matériau (Cobalt, , , ou par exemple) et l’exposer à un champ magnétique. C’est tout.

Historiquement, la était le seul matériau magnétique, aimanté naturellement par le (faible) champ magnétique terrestre.

Ce n’est qu’avec l’apparition de l’électricité qu’on a pu fabriquer des aimants puissants

sur on peut lire que les aimants actuels sont aimantés en un millième de seconde dans un électroaimant.

Comment se mesure la puissance d'un aimant et avec quelle unité ?

Mon, 24 Feb 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

est défini comme l’induction magnétique qui, répartie normalement et uniformément sur une surface de 1 , produit à travers cette surface un flux d’ total de 1 .

Dans les , un tesla peut être donné par les expressions suivantes :
$$\mathrm{T = \frac{Wb}{m^2} = \frac{V\cdot s}{m^2} = \frac{W\cdot s}{A\cdot m^2} = \frac{J}{A\cdot m^2} = \frac{N}{A\cdot m} = \frac{kg\cdot m}{A\cdot m\cdot s^2} = \frac{kg}{A\cdot s^2}}$$

un aimant n’a donc pas de “puissance” (qui se mesure en ) ni d’ “énergie” (qui se mesure en = W.s) . Comme on le voit dans les 3ème et 4ème égalités ci-dessus, le Tesla est égal à une énergie divisée par des Ampères et des mètres carrés : sans provoquée par un mouvement, un aimant ne fournit aucune puissance ni énergie.

Comment fonctionnent les aimants ?

Wed, 22 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

C’est magique hein ? Et bien la réponse risque de vous étonner.

Il n’y a aucune énergie qui attire la limaille de fer. Elle tombe dans un trou du champ magnétique creusé par l’aimant exactement comme elle tombe dans le trou du champ gravitationnel creusé par la Terre.

Simplement, l’aimant a un comme il a une masse, et pourrait avoir en plus une charge électrique qui creuse le champ électrostatique.

Les différences c’est que:

la gravitation n’implique que des masses positives, donc l’idée qu’elles “creusent” le champ gravitationnel est assez claire
les charges électrostatiques peuvent être positives ou négatives, alors c’est plus compliqué, mais vous pouvez imaginer que les négatives creusent le champ et les positives y font des bosses. Des charges qui se promènent tendent à aplanir les bosses et les creux (les bosses positives tombent dans les trous négatifs et vice-versa, alors que les bosses repoussent les bosses et les trous repoussent les trous …)
les aimants ont à la fois des pôles “nord” et “sud” (on ne connaît pas de ), donc ils sont à la fois attirés et repoussés par les bosses et les creux du champ magnétique selon la même règle que ci-dessus : aplanir le champ.

Là où ça se corse, c’est que certains matériaux n’ont pas de moment magnétique à eux, mais en acquièrent un quand on les met dans un champ magnétique. Votre limaille est f : chaque particule devient un aimant qui “inverse la pente” du champ où il se trouve (pour l’aplanir…) : il se forme un pôle nord du côté du pôle sud de l’aimant voisin (ou d’une particule de limaille voisine déjà aimantée), et un pôle sud du côté du pôle nord. Total : la limaille s’oriente en une chaîne nord-sud-nord-sud-nord-sud pour essayer de lier le pole nord au sud de l’aimant, tout en repoussant les autres limailles à côté si leurs poles nord/sud correspondent, ce qui fait ces jolies figures

Plus fort encore, certains matériaux sont : ils s’aimantent “dans le sens de la pente”, ce qui fait qu’ils font un pôle nord du côté nord de l’aimant, et un sud du côté sud. Total : il repoussent l’aimant (= se font repousser par lui) au point de planer au dessus :

Et là je vous ressors le truc qui tue : pas besoin d’énergie ! Cette plaque de carbone pyrolytique peut voler au dessus des aimants indéfiniment. Mais ce n’est pas un mouvement perpétuel, parce qu’il n’y a pas de mouvement ! C’est seulement quand quelque chose bouge que l’ joue un rôle. Pour une statique, pas besoin d’énergie.

D’ailleurs, quand vous posez un objet sur une table, il reste là sans consommer d’énergie, et pourtant il ne touche pas vraiment la table : les électrons des atomes de la surface de la table repoussent les électrons de la surface inférieure de votre objet . Et heureusement, sinon votre objet se souderait à la table…

Alors, pourquoi trouvez vous des aimants qui se repoussent plus étonnants qu’un objet posé sur une table ? Il n’y a aucune raison, c’est très similaire.

Mais vous allez me dire que quand vous lâchez une bille d’acier, elle bouge très vite vers l’aimant, encore plus vite que si vous la laissez tomber en fait, alors que là il y a du mouvement, alors qui fournit l’énergie cinétique de la bille ?

Ben, puisqu’elle était en dehors du trou (gravitationnel ou magnétique), elle avait une énergie potentielle par rapport au fond du trou, et c’est cette énergie potentielle qui est convertie en énergie cinétique quand elle tombe dans le trou. D’ailleurs c’est vous qui allez devoir dépenser de l’énergie pour ressortir la bille du trou, gravitationnel ou magnétique .

Pour finir rapidement:

Ce qui précède concerne en fait la , qui est au magnétisme ce que l’électrostatique est à l’électricité : le cas ultra simple ou rien ne bouge
Mais en fait, Faraday et Maxwell se sont aperçus que le magnétisme et l’électricité étaient liés et ont développé la théorie de l’ qui unifie les deux, et explique les ondes, et la lumière, et qu’en fait il n’y a besoin que d’un seul au lieu des deux susmentionnés.
Le est le photon est la de l’ . Elle correspond à un transfert d’énergie par rayonnement électromagnétique. C’est pour la découverte de ceci qu’Albert Einstein a reçu le prix Nobel en 1921, pas pour la relativité ! Mais pour la relativité il s’est beaucoup inspiré des travaux de Maxwell sur le champ électromagnétique, et son champ gravitationnel “unifie” l’espace et le temps (un tout petit peu) comme Maxwell a unifié magnétisme et électrostatique. Donc historiquement le champ “le plus simple” ci-dessus est celui qui a été défini proprement en dernier.
L’ se mesure en Tesla. Le calcul de la force (en Newton) magnétique qui attire un objet est TRES compliqué, car il dépend des caractéristiques du matériau, de sa taille, de sa forme. Il n’existe des formules que pour des cas tout simples et approximatifs. En pratique on doit avoir recours à des logiciels de calculs par éléments finis.
le n’est pas une particule, c’est un mot qui peut désigner plusieurs choses comme le moment magnétique de l’électron ou un .

Quelle est l'expression analytique de la force magnétique exercée par un aimant naturel sur un autre aimant naturel ?

Mon, 13 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Pas simple du tout, ça dépend de la forme des aimants, de leur orientation respective…

Il n’y a une formule analytique que pour des aimants assez éloignés l’un de l’autre pour qu’on puisse considérer des lignes de champ parallèles:

$F=\frac{3\mu_0 M_1 M_2}{2\pi d^4}$

où M1 M2 sont les moments magnétiques des deux aimants.

Notez la décroissance en puissance 4 de la distance d, puissance 3 si un des aimants est remplacé par un objet ferromagnetique.

Le fait que les aimants soient naturels ou artificiels ne change rien, pas plus que si ce sont des aimants permanents ou des électroaimants. Seul le champ magnétique compte.

Comme les aimants permanents rebâtissent leur champs magnétiques d’où vient l’énergie nécessaire pour le faire ?

Fri, 25 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

ils ne les “rebâtissent” jamais. L’énergie potentielle d’un champ magnétique est fournie lors de la fabrication de l’aimant, par un courant électrique dans un électroaimant par exemple. Ensuite le champ ne varie plus. Il peut être déformé par d’autres phénomènes magnétiques, mais ça ne modifie pas l’aimantation.

Vous pouvez voir ça comme le champ gravitationnel d’une masse. Une fois que la masse est formée, elle garde “son” champ. Ou elle déforme le champ existant d’une manière constante comme vous préférez, ça ne change rien.

De même un aimant génère une déformation constante du champ électromagnétique, et la ferraille et les autres aimants tombent dedans.

Les aimants ont-ils une durée de vie limitée ?

Mon, 27 May 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Pas si on ne les chauffe pas. L’aimantation diminue avec la température, mais à température ambiante elle est quasi éternelle.

(ajout suite à la demande d’ )

Cette relation est décrite par la qui considère l’ comme la somme (vectorielle) d’un grand nombre de plus ou moins alignés.

L’agitation thermique perturbe cet alignement, ce qui réduit l’aimantation, mais en cas de refroidissement ultérieur, l’aimantation revient (presque) à son niveau d’origine car les moments magnétiques se réalignent sur leurs voisins.

Mais si on chauffe un aimant au dessus de sa , les moments magnétiques sont orientés dans toutes les directions, et au refroidissement les moments magnétiques ne savent pas comment s’orienter : l’aimant est irrémédiablement désaimanté…

… à moins que ce refroidissement se produise dans un champ magnétique externe. C’est exactement ce qui se produit pour la naturelle qui s’oriente selon le champ magnétique terrestre lors de sa solidification, et lorsqu’on produit des aimants artificiels dans des champs magnétiques artificiels

Un aimant perd-il jamais son magnétisme ?

Wed, 15 May 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Les perdent leur aimantation définitivement si on les chauffe à leur , mais elle baisse déjà à des températures inférieures, typiquement autour de 80°C.

A température ambiante, un aimant conserve son aimantation de manière “quasiment illimitée”, pour ne pas dire “toujours “.

Si c’est l’objet de votre question, il faut bien comprendre qu’un aimant ne produit ni ne consomme aucune énergie. Quand il est collé contre un panneau ou repousse un autre aimant, la force est statique, ne “ ” pas, donc ne correspond à aucune énergie.

voir et