Champs-Magnetiques | Dr. Goulu

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 .

Existe il un matériau naturel ou composite qui soit capable de bloquer de champ magnétique comme le ferait une cage de Faraday pour le champ électrique ?

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

Réponse publiée

Oui, le est possible en utilisant des matériaux à forte susceptibilité magnétique, qui concentrent les lignes de champ magnétique de façon à ce qu’elles restent à l’intérieur du matériau.

Le est le matériau avec la plus forte susceptibilité magnétique (notée avec la lettre grecque $\mu$ mu). C’est un alliage de 77 % de , 15 % de , 5 % de et 3 % de (NiFe15Cu5Mo3)

Le et le , qui sont également des alliages composés principalement de et de , peuvent aussi être utilisés.

Pourquoi une feuille de papier ne bloque t elle pas le champ magnétique ?

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

Réponse publiée

Les propriétés magnétique d’un matériau sont liées aux couches électroniques de ses atomes et à sa structure moléculaire. Les matériaux les plus paramagnétiques sont des cristaux de métaux, le matériau le plus diamagnétique est

Les gaz, liquides et assemblages de molécules organiques compliquées dans tous les sens ont une très proche de 0.

Le papier est très légèrement (comme l’eau et le bois notamment, cf )

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.

Pourquoi le champ magnétique terrestre n'induit pas un courant dans tous les conducteurs métalliques de la planète ?

Sat, 23 Nov 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

C’est le cas, du moins dans les conducteurs métalliques en mouvement puisqu’il faut un déplacement du conducteur par rapport au champ ou une variation du champ pour induire un courant.

Cet exercice évalue la tension induite entre les extrémités des ailes d’un avion de 25 m d’envergure volant à 930km/h soit 258 m/s dans le champ magnétique terrestre de 0.00005 Tesla.

C’est facile à calculer, c’est le produit des 3 valeurs : 252580.00005=0.3225 Volts.

Seulement.

À quoi sert le champ magnétique terrestre ?

Mon, 28 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Les phénomènes naturels ne “servent” à rien. Ils sont. Ils existent et puis c’est tout.

La vie terrestre s’est développée en intégrant l’existence d’un champ magnétique. S’il n’y en avait pas eu, la vie aurait été différente, et peut-être même qu’il n’y en aurait pas ou plus.

Les réponses du genre “à nous protéger du vent solaire, nous montrer du même coup de magnifiques aurores polaires, et permettre à la vie d’exister sur Terre. " sont car elles supposent un but à ce qui existe.

La science est purement causale : nous existons parce qu’il existe des tas de choses dont un champ magnétique, les tas de choses n’existent pas pour que nous existions.

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.

Dans les expériences en laboratoire, les champs magnétiques pourraient-ils être suffisamment puissants pour amener un proton ou un neutron à sortir du noyau ?

Thu, 10 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Un Champ magnétique statique n’a aucune influence sur un proton immobile. Par contre la déviera des protons lancés à grande vitesse.

C’est le principe utilisé en , ou pour faire tourner en rond des hadrons (protons ou noyaux de plomb) dans le LHC par exemple.

Votre proposition serait que la Force de Lorentz soit assez forte pour arracher les protons du noyau et laisser les neutrons non chargés continuer tout droit ?

Je n’ai pas fait le calcul mais au pif je pense que nos plus forts aimants (45 Tesla) sont des milliards de fois trop faibles. Et ils ont la sale tendance à exploser sous la pression magnétique créée par leur propre .

Maintenant, près d’un , faudrait voir…

Le magnétisme s'est-il développé lors du Big Bang ou a-t-il été engendré par les galaxies elles-mêmes ?

Fri, 06 Sep 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Le a deux sources:

le porté par les particules élémentaires comme l’électron par exemple. Ceci date donc du Big Bang
le déplacement de charges électriques, tel qu’un . Dans la mesure où les électrons se déplacent aussi dès le BB, on pourrait dire que ça date aussi du BB, mais les gros champs magnétiques datent plutôt de la formation des premières étoiles, des millions d’années plus tard.

Pour les premiers aimants “solides”, il faut attendre encore quelques millions d’années que les supernova éjectent du fer et du nickel, qu’il forme des planètes, ce qui est arrivé grosso modo un milliard d’années après le BB.

Mais c’est du pipeau à côté des qui sont probablement apparus dès les premières supernova.

Les champs magnétiques sont-ils dangereux pour la santé ?

Mon, 01 Apr 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Ça dépend de leur intensité et de leur fréquence. Les normes existantes sont 100 à 1000 fois en dessous des valeurs pour lesquelles des effets biologiques ont été constatés. Avec des appareils respectant les nomes, le risque est trop faible pour pouvoir être détecté, pour ne pas dire nul.