Aimant en fer à cheval - L'aide pour l'école et la maison

Un jeune homme de Düsseldorf a découvert avec douleur que les aimants peuvent faire plus que simplement accrocher des listes de courses sur la porte du réfrigérateur : pour accrocher son vélo au plafond pendant l'hiver, il a commandé en ligne deux soi-disant super aimants. Cependant, en déballant les plaques métalliques pesant plusieurs kilos dans des emballages séparés, l'athlète amateur a sous-estimé les énormes forces d'attraction : sa main était coincée entre les aimants qui se rapprochaient les uns des autres, comme dans un étau.

Finalement, les pompiers ont dû arriver et utiliser la force physique, un maillet en caoutchouc et des cales en bois pour libérer l'homme de la pince magnétique. Ce n’est pas sans raison que les experts recommandent de se renseigner sur les possibilités et les risques avant de manipuler des aimants. Les aimants décoratifs en forme de fer à cheval semblent plutôt inoffensifs dans ce contexte.

Vous découvrirez ici pourquoi ces spécimens sont particulièrement adaptés à des expériences intéressantes et où vous pouvez les utiliser au quotidien.

Comment fonctionne un aimant en fer à cheval ?

Contrairement à un électroaimant, un aimant en fer à cheval est ce qu'on appelle un aimant permanent. En raison de sa composition matérielle, il génère en permanence un champ magnétique à l'intérieur et dans son voisinage immédiat. Comme n'importe quel aimant dans le monde, un aimant en fer à cheval possède deux pôles magnétiques. Les pôles nord et sud exercent une forte attraction gravitationnelle sur les corps constitués de matériaux ferromagnétiques tels que le fer, le cobalt et le nickel. Cette force est également connue sous le nom de force de Lorentz. La définition exacte de la force de Lorentz est: La force de Lorentz est la force agissant sur les porteurs de charge individuels se déplaçant dans un champ magnétique (force de Lorentz).

Ce phénomène est dû à la structure atomique des métaux. En raison du spin, le mouvement des électrons autour du noyau atomique, chaque particule de fer acquiert les propriétés d'un minuscule électroaimant. Chaque atome a ses pôles nord et sud.

Lorsque le fer entre en contact avec un aimant, ses blocs de construction s'alignent avec les homologues polaires de l'aimant. Ensuite, le pôle nord de chaque atome de fer se déplace vers le pôle sud de l'aimant et vice versa. L'effet est visible et évident sous la forme d'une attraction magnétique sur ces corps.

Que sont les lignes de champ magnétique ?

La direction dans laquelle s'exercent les forces d'un champ magnétique (force de Lorentz) est illustrée par les lignes de champ sur dessins schématiques que beaucoup de gens connaissent grâce aux cours de physique. Dans le sens de leurs flèches, ils représentent symboliquement le point où le pôle Nord d'une particule de fer imaginaire se déplacerait le long de l'aimant.

Qu'est-ce qui caractérise le champ magnétique d'un aimant en fer à cheval ?

Par rapport au champ magnétique d'un cylindre magnétique, les lignes de champ au voisinage d'un aimant en fer à cheval (en raison de sa forme en pont) dessinent une image beaucoup plus complexe. D'une part, ils se déplacent directement de l'intérieur du pôle Nord vers le pôle Sud opposé et génèrent un champ magnétique si homogène qu'aucun autre aimant de forme ne le possède. D'autre part, depuis l'extérieur du pôle Nord, les lignes de champ courent en arcs autour du fer à cheval vers l'extérieur du pôle Sud.
Ils ne se chevauchent jamais. Les zones plus fortes du champ magnétique sont indiquées dans l'illustration par une densité plus élevée de lignes de champ. Ceci s'applique également aux aimants en forme de pont. Avez-vous besoin d'aimants en fer à cheval puissants assortis ? Dans notre aimants scolaires vous trouverez les spécimens appropriés !

L'aimant en fer à cheval : Expériences à l'école et à la maison

Les aimants en fer à cheval sont prédestinés à la physique. Avec leur aide, les lois fondamentales du magnétisme peuvent être illustrées de manière ludique.

Aimant en fer à cheval : 1ère expérience : Rendre visibles les lignes de champ magnétique

En plus de l'aimant en fer à cheval, vous aurez besoin de fine limaille de fer pour cette expérience, comme celles produites lors du limage d'objets métalliques. L'expérience fonctionne comme suit:

• Étape 1 : Répartir la limaille de fer
  Étalez la limaille sur une surface lisse, comme un dessus de table ligné ou une feuille de papier.
  
  
• Étape 2 : Mettez l'aimant en fer à cheval en contact avec la limaille
  Si vous placez ensuite un aimant en fer à cheval au centre des puces, les particules de fer s'alignent le long des lignes de champ magnétique en raison de la polarité de leurs atomes. De cette manière, il est possible de rendre visible le parcours des lignes de champ et de mesurer l'extension du champ magnétique.

Les grands aimants en fer à cheval, dont les pôles sont codés par couleur, sont particulièrement adaptés à une telle expérience.

Aimant en fer à cheval : 2ème expérience : Magnétiser des objets

Les clous, les vis, les trombones et d'autres objets peuvent eux-mêmes être transformés en aimants à l'aide d'un aimant en fer à cheval (en forme de pont). Le principe sous-jacent repose également sur l'alignement magnétique des composants en fer contenus. Pour ce faire, suivez simplement les étapes ci-dessous:

• Étape 1: Passez le fer à cheval uniformément le long des objets métalliques
  Par exemple, faire glisser un aimant en fer à cheval de la tête à la pointe d'un clou encore et encore, en alignant régulièrement les pôles de ses atomes dans une direction. En conséquence, un pôle magnétique nord et sud se forme sur le clou. Vous pouvez facilement attirer des objets métalliques plus petits et plus légers comme un trombone avec ce nouvel aimant. Cependant, si vous laissez tomber le clou au sol, l'alignement des composants en fer sera désordonné, de sorte que la force magnétique de l'objet disparaît. 

• Étape 2: Démonstration de la création de nouveaux aimants avec leurs propres pôles nord et sud en les coupant
  Des morceaux de fil magnétisé peuvent également être utilisés pour simuler ce qui se passe lorsqu'un aimant se brise : Coupez le fil magnétisé en deux - entre pôles nord et sud de l'aimant, pour ainsi dire - et deux nouveaux aimants sont créés, chacun avec ses propres pôles. Il n'y a pas d'aimant unipolaire dans le monde.

Aimant en fer à cheval : 3ème expérience : Construire une boussole

Les enfants enthousiasmés par les activités de plein air et l'entraînement ludique à la survie adorent cette expérience. Procédez comme suit:

• Étape 1 : Préparez les fournitures

  Vous aurez besoin d'un bol en plastique rempli d'eau, d'un bouchon de liège, d'une aiguille et d'un aimant en fer à cheval.

• Étape 2 : Magnétiser l'aiguille

  Passez le pôle nord de l'aimant en fer à cheval du chas de l'aiguille à la pointe au moins vingt fois. Il est important de détacher l'aimant de l'aiguille une fois qu'il atteint la pointe et de le remettre en place à l'extrémité supérieure. De cette façon, les blocs de construction du métal de l'aiguille s'alignent régulièrement.

• Étape 3 : Fixez l'aiguille sur le disque en liège et placez-la à la surface de l'eau

  Fixée sur un disque de liège, posez l'aiguille à la surface de l'eau. En raison du champ magnétique terrestre, il s'aligne automatiquement dans une direction nord-sud.

Mais attention : Placez l'aimant en fer à cheval utilisé dans la construction hors de portée du compas de natation afin que son propre champ magnétique n'affecte pas l'aiguille.

L'aimant en fer à cheval : Foire aux questions

Nous avons rassemblé les questions les plus fréquemment posées sur les aimants en fer à cheval.

D'où vient le terme "aimant" ?

Le nom de tous les aimants artificiels dérive de la magnétite minérale naturellement magnétique. Ceci à son tour aurait été découvert à l'origine dans la région grecque de Magnésie. La version de l'historien antique Pline est différente: Selon lui, un berger nommé Magnes dans les montagnes turques d'Ida remarqua un jour que les clous de ses chaussures et la pointe métallique de sa canne collaient au sol contenant de la magnétite.

Quel est le plus fort : Un aimant en fer à cheval ou un aimant cylindrique ?

S'ils ont tous les deux la même taille, un aimant en fer à cheval aura une plus grande force de maintien ou adhérence qu'un aimant sur un cylindre. Contrairement au cylindre magnétique, qui ne peut jamais mettre les deux pôles en contact avec une pièce métallique en même temps, un aimant en fer à cheval agit sur son homologue métallique en raison de sa forme en pont avec les pôles nord et sud ensemble. De plus, la taille absolue d'un aimant est décisive pour sa force d'adhérence.

Enfin, la force de l'effet magnétique dépend notamment du matériau de l'aimant : les aimants dits en ferrite exercent des forces d'attraction relativement faibles et ne peuvent être utilisés que jusqu'à une température de fonctionnement de 250 °C. Les aimants en aluminium, nickel et cobalt (AlNiCo) sont plus résistants et peuvent être utilisés jusqu'à une température de fonctionnement de 500 °C. Le matériau est facile à traiter, vous pouvez donc obtenir des aimants AlNiCo dans de nombreuses formes imaginables - y compris des aimants en fer à cheval. Les aimants fabriqués à partir de néodyme de terre rare en combinaison avec du fer et du bore sont souvent appelés "super aimants" en raison de leur forte force d'adhérence ou de leurs forces magnétiques. Cependant, comme le néodyme est cassant, ils ne se présentent pas sous la forme d'un fer à cheval. En conséquence, il n'y a pas d'aimants en fer à cheval en néodyme.

À quoi sert un aimant en fer à cheval ?

Les aimants permanents sont utilisés par l'industrie dans le domaine de la mécanique, l'électronique et l'électromécanique; par exemple dans :

• Moteurs électriques
• Dynamo pour vélos
• Four à micro-ondes
• Eoliennes modernes

Dans le passé, les aimants en fer à cheval étaient souvent utilisés comme champs magnétiques dans les haut-parleurs radio. De grandes, elles peuvent soulever des ferrailles et des pièces métalliques ou des marchandises dangereuses ou aider à trier des objets métalliques en collecte séparée. Dans les écoles et les maisons privées, les aimants en fer à cheval (en forme de pont) permettent des expériences vives, peuvent être utilisés pour l'artisanat et le bricolage, ou pour collecter des corps métalliques et de petites pièces dans des tiroirs de bureau chaotiques, des boîtes à outils ou des boîtes à couture.

Où puis-je trouver de beaux et grands aimants en fer à cheval ?

Sur aimant-boutique.fr vous trouverez des aimants fer à cheval en ferrite et AlNicCo, ce dernier qui exerce naturellement la force magnétique la plus forte. Les grands spécimens, dont les pôles sont codés par couleur, sont particulièrement adaptés aux expériences d'apprentissage décrites. Bien sûr, nous avons également des super aimants ou des aimants en néodyme pour vous dans la boutique d'aimants.

Que signifie le pôle nord géographique et magnétique ?

Les mouvements de rotation du noyau liquide de la Terre créent un énorme champ magnétique à l'intérieur et autour de notre planète, comparable à celui d'un grand cylindre magnétique. Tout aimant sur terre s'aligne avec le cours de ce champ si vous l'accrochez lâchement à un morceau de ficelle, par exemple. Cependant, le pôle Nord géographique de notre planète, qui représente le point de croisement nord imaginaire de l'axe de rotation de la Terre, n'est pas congruent avec le pôle magnétique de l'Arctique. Le pôle magnétique est situé à quelques kilomètres du pôle géographique et se déplace jusqu'à 80 kilomètres par jour, en fonction de l'activité solaire. Confusément, le pôle magnétique de l'Arctique est un pôle sud magnétique. Cette dénomination a des raisons historiques. Lorsque les humains ont découvert pour la première fois qu'un pôle d'un aimant était orienté vers le nord, la convention est née d'appeler le côté correspondant de l'aimant le "pôle Nord". Ce n'est que plus tard qu'il est devenu clair que les pôles opposés s'attirent et que le pôle magnétique au nord de la terre doit donc être un pôle magnétique au sud. Pour éviter toute confusion, la science fait aujourd'hui référence aux "pôles magnétiques arctique et antarctique".

Conclusion : Les aimants en fer à cheval sont idéaux pour les cours scolaires

Le magnétisme est idéal pour intéresser les enfants à la science et pour démontrer, par exemple, la force de Lorentz sur les corps métalliques. Les matériaux qui s'attirent comme par magie et s'alignent sur des lignes de champ invisibles éveillent la curiosité pour les lois physiques en arrière-plan. Alors que les jeunes chercheurs adorent expérimenter, les plus grands sont particulièrement fascinés par l'utilisation pratique des aimants, que ce soit pour le bricolage, la récupération de matières dangereuses ou les fermoirs élégants sur des sacs de créateurs ou des bijoux en or. Profitez des avantages et commandez le bon aimant en fer à cheval ici !

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