Tout savoir sur les aimants : Types, champs et forces

Un aimant est une substance qui possède ou qui a acquis la propriété d'attirer le fer. Normalement, ce sont des tiges ou des aiguilles aimantées de forme géométrique régulière et allongée.

Types d'aimants

1. Aimants naturels : La magnétite est un produit naturel puissant qui possède la propriété d'attirer toutes les substances magnétiques. Sa propriété d'attirer les morceaux de fer est due à sa composition en oxyde magnétique de fer. Ces substances naturelles sont celles qui sont attirées par la magnétite.
2. Aimants artificiels permanents : Ce sont des substances magnétiques qui, en étant frottées avec de la magnétite, deviennent des aimants et conservent leurs propriétés d'attraction pendant une longue période.
3. Aimants temporaires : Ceux qui produisent un champ magnétique qui les traverse seulement lorsqu'un courant électrique les traverse. Un exemple est l'électro-aimant.

Interaction entre les pôles magnétiques

Les aimants de nom différent s'attirent, ceux du même nom se repoussent. Si un aimant se casse en plusieurs morceaux, chaque morceau se comporte comme un nouvel aimant, et possède son propre pôle nord et sud. Lorsqu'on approche un aimant ou une aiguille de boussole d'un aimant, le pôle sud de l'aiguille est orienté vers le pôle Nord en raison de l'attraction entre les deux. Il est impossible de séparer les pôles d'un aimant.

Champ magnétique

Le champ magnétique est la région de l'espace où la force agit sur une aiguille aimantée ou sur un aimant. Un aimant modifie l'espace autour de lui : de petites aiguilles magnétiques ou des morceaux de fer sont attirés par l'aimant, mais ne ressentent aucun effet en l'absence de l'aimant. Les champs magnétiques sont représentés par des lignes de force. Le champ est plus fort dans les régions proches des pôles.

Force de Lorentz

La force de Lorentz se manifeste lorsqu'une charge électrique en mouvement se déplace dans une zone où règne un champ magnétique. Outre les effets régis par la loi de Coulomb, elle est soumise à l'action d'une force. Supposons une charge Q, qui se déplace à une vitesse v dans un champ magnétique B. Ce champ génère une force F qui agit sur la charge Q, de sorte que nous pouvons évaluer la force par l'expression : F = QvB. Comme la force est le résultat d'un produit vectoriel, elle doit être perpendiculaire aux facteurs, c'est-à-dire au champ magnétique et à la vitesse. Étant perpendiculaire à la vitesse de la charge, elle modifie sa trajectoire, de sorte que la force ne travaille pas sur la charge, ce qui implique qu'il n'y a aucun changement d'énergie cinétique, et ne modifie pas la vitesse en module. La seule action qui se produit lorsque la particule entre dans le champ magnétique est une variation de la direction de la vitesse, le module restant le même.

Forces magnétiques

Force magnétique sur un conducteur rectiligne parcouru par un courant

Une charge se déplaçant dans la présence d'un aimant subit une force magnétique F_m qui dévie sa trajectoire. Puisque le courant est un mouvement continu de charges, un conducteur parcouru par un courant subit, par l'action d'un champ magnétique, l'effet combiné des forces magnétiques exercées sur les charges à l'intérieur. Si le conducteur est rectiligne et de longueur l, l'expression de la force magnétique devient : F = _mIBLsen θ où I est l'intensité, B l'intensité du champ et θ est l'angle avec le vecteur courant sur le champ. L'équation ci-dessus est connue sous le nom de loi de Laplace et peut être obtenue expérimentalement, ou déduite de l'expression F = _mIbl. Sen θ, la force magnétique sur une charge en mouvement. En admettant que le courant est stationnaire, c'est-à-dire un courant constant, et compte tenu de l'avance des charges et de l'égalité uniforme, on a : qv = I. Lpues dans un tel cas v = L / I = q / t ; de compensation de la variable t dans les deux équations et l'égalité resultaL / v = q / équivalent Iecuación à la précédente.

La direction et le sens de la force magnétique F_m sont obtenus en appliquant la règle de la main gauche, avec le pouce représentant la direction de la force magnétique F_m, l'index le champ magnétique B et le majeur le courant I.

Force magnétique sur une boucle rectangulaire

Une boucle rectangulaire parcourue par un courant, lorsqu'elle est placée à l'intérieur d'un champ magnétique, tel qu'il est produit par un aimant en fer à cheval, subit une série d'actions magnétiques qui produisent un mouvement de torsion ou de rotation, jusqu'à ce qu'elle soit disposée parallèlement à la direction du champ B (ou la direction des lignes de force). L'application de la loi de Laplace à l'un des segments verticaux de longueur donne lieu à l'expression M = Bissen où S est la surface de la boucle. En tournant, la boucle s'oriente parallèlement au champ, M devient nul et le couple moteur est nul, ce qui explique que cette approche est celle de l'équilibre.

Galvanomètre à bobine mobile

Le galvanomètre à bobine mobile est constitué d'une bobine située dans un champ magnétique. La bobine tourne en fonction du courant électrique et est équipée d'un ressort qui s'oppose à sa rotation. Lorsque la rotation de la bobine est équilibrée avec l'opposition exercée par le ressort, la bobine s'arrête à un certain angle, qui dépend de l'intensité du courant électrique.

Caractéristiques :

• Intensité maximale ou la valeur de l'intensité du courant électrique.
• Résistance interne.
• Deux utilités :
• Ampèremètre : utilisé pour mesurer directement l'intensité du courant.
• Voltmètre : On joint une résistance en série.

Champ magnétique dû à un courant rectiligne

La répétition de l'expérience de Hans Christian Oersted avec l'aide de documents en fer disposés sur une planche perpendiculaire au fil rectiligne, montre une structure de lignes résultant de l'intensité du champ magnétique, formant des cercles concentriques entourant le fil. Sa signification peut être liée au remplacement des dépôts actuels classiques par de petits compas. Dans ce cas, nous observons que le pôle nord de chaque compas, pointant toujours dans la direction du vecteur de champ B - correspond à l'indication des doigts restants de la main droite fermée autour du courant, lorsque le pouce pointe dans le sens de ce courant. C'est la règle de la main droite qui est représentée sur la figure ci-dessous et concerne le sens du courant dans le sens des lignes droites du champ magnétique B créé par lui. Des expériences plus détaillées montrent que l'intensité du champ B dépend des caractéristiques de l'environnement entourant le courant rectiligne, étant la plus grande, plus le courant I est grand et plus la distance r du fil est petite. Tout cela est contenu dans l'équation : B = μ .I/2.π.r où μ est une constante du milieu appelée la perméabilité magnétique. Dans le vide, sa valeur est μ₀= 4.π.10^-7 T·m/A.

Champ magnétique dû à une boucle circulaire

L'étude du spectre électromagnétique dû à un courant circulaire, avec des informations sur le sens du champ créé, montre que la résistance des lignes de champ à proximité autour de chaque partie de la boucle, comme s'il s'agissait de petites étendues rectilignes. Dans l'ensemble, le spectre électromagnétique résultant ressemble à celui d'un aimant droit avec des pôles nord et sud. La face nord d'un courant circulaire, considéré comme un aimant, est celle où les lignes de force sortent et le côté sud, où elles arrivent. La relation entre la polarité magnétique d'une bobine et le sens du courant qui la traverse est donnée par la règle de la main droite d'où elle tire ceci : un côté est le nord quand un observateur situé en face d'elle voit le courant circuler (classique) de droite à gauche et le sud dans le cas contraire. Les expériences sur les facteurs qui influent sur la valeur de l'intensité du champ B à l'intérieur de la boucle montrent qu'il dépend des propriétés du milieu environnant la boucle (comme en témoigne sa perméabilité magnétique μ) du courant I et du rayon R de la boucle, telle que donnée par l'équation suivante : B = μ .I/2.R

L'origine du magnétisme naturel

Le fait que les champs magnétiques produits par des aimants soient similaires à ceux produits par des courants électriques a conduit Ampère à expliquer le magnétisme en termes de courants électriques. Selon le physicien français, dans les matériaux existent des courants électriques microscopiques circulaires de résistance nulle et donc, à composition non limitée, chacun de ces courants produit un champ magnétique dont la somme de l'élémentaire explique toutes les propriétés magnétiques de l'aimantation des matériaux. L'aimantation du fer a été expliquée par Ampère de la manière suivante : dans ce type de matériau, le champ magnétique extérieur pourrait orienter parallèlement au champ les flux élémentaires de sorte qu'il disparaîtrait comme un aimant. De triés en fonction des connaissances actuelles sur la composition de la matière, les électrons dans les atomes se comportent effectivement comme des petits anneaux de pouvoir. Avec son mouvement orbital autour du noyau, chaque électron fait une sorte de rotation sur elle-même appelée spin, les deux peuvent contribuer au magnétisme de chaque atome et tous les atomes au magnétisme de la matière. Au moment de Ampère n'était pas au courant de l'existence de l'électron, ses courants circulaires hypothèse a été avancée dans les trois quarts de siècle à la théorie atomique moderne, il peut donc être considérée comme une grande avancée scientifique.

Phénomènes de champ magnétique

En soumettant la matière à un champ extérieur, on observe 3 phénomènes magnétiques :

1. Diamagnétisme : est une variation du rayon et de la vitesse de rotation des charges d'atomes, qui modifie le moment magnétique de ces derniers. Ce phénomène se produit dans tous les atomes, mais on le voit quand le nombre d'électrons est grand et fourni avec une symétrie telle que le moment magnétique de l'atome est nulle. Le champ magnétique à l'intérieur de ces corps est plus faible. Les matériaux diamagnétiques sont caractérisés comme dur ou quoi que ce soit aimantée.
2. Paramagnétisme : Ce phénomène se produit lorsque des substances dans l'atome d'un moment magnétique n'est pas nul, ce dans toutes les directions, de sorte que les substances inscrites comme non-magnétiques, mais en présence de un champ extérieur sont classés à renforcer l'action de cette situation et avoir une sensibilité > 1. Ce phénomène dépend de l'agitation thermique des molécules et donc la température des matériaux paramagnétiques sont faciles à magnétiser.
3. Ferromagnétisme : Les solides interatomiques sont assez grandes pour produire un moments atomiques parallèle un ensemble d'atomes suivante, qui visent à soumettre à un champ extérieur comme dans paramagnétisme.