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• Influence magnétique

Hystérèse

Qu'est-ce que l'hystérésis exactement ? – L'effet de l'hystérésis expliqué simplement

L'hystérésis (propriété de matériaux ferromagnétiques) est une illustration graphique de l'aimantation et de la rémanence. Ainsi, l'aimantation d'un matériau augmente sous l'application d'un champ magnétique externe et diminue après son retrait. Dans le cas des matériaux ferromagnétiques, toutefois, cela ne se fait pas si vite: la démagnétisation au cours de l'hystérésis s'effectue ici plus lentement dès que le champ magnétique est éteint. Lorsque le champ magnétique externe est complètement éteint, il reste une soi-disant rémanence avec des matériaux ferromagnétiques - il ne s'agit que d'une magnétisation résiduelle. Il est dirigé contre le champ magnétique externe appliqué une fois.

L'hystérésis est donc un phénomène physique qui décrit la non-proportionnalité entre l'évolution du champ magnétique externe et l'évolution de l'aimantation dans le matériau ferromagnétique. Il s’ensuit que l’aimantation d’un aimant à deux fois le champ magnétique ne le fait pas automatiquement doubler.

Comment visualiser l'hystérésis graphiquement?

Comme déjà mentionné, il faut visualiser l'hystérésis graphiquement à l'aide d'un système de coordonnées:

• L'axe des x représente le champ magnétique H
• L’axe des ordonnées représente la densité de flux magnétique B

Initialement, l’aimantation du matériau ferromagnétique augmente avec le champ magnétique externe - tant que le champ magnétique externe s’intensifie, il le fait aussi. Mais dès qu’elle s’affaiblit, l’aimantation diminue - mais pas aussi vite que le champ magnétique régulé à la baisse.

Cet effet d’hystérésis est responsable du fait qu’à la fin - c’est-à-dire lorsque le champ magnétique externe est complètement désactivé - une magnétisation résiduelle reste dans le matériau: la rémanence. La densité de flux magnétique dépend toujours de l'intensité du champ d'aimantation. À la fin, il y a deux courbes symétriques au point d'origine. Ils se rencontrent dans les premier et troisième quadrants du système de coordonnées et forment deux valeurs limites, que nous expliquerons plus en détail ultérieurement.

Que décrit la courbe d'hystérésis dans le domaine du magnétisme?

La courbe dite d'hystérésis dépend du matériau respectif. Il existe uniquement avec des matériaux ferromagnétiques:

• Si la distance entre les deux courbes est grande, cela indique un matériau magnétique dur.
• Une distance inférieure est appelée matériau magnétique doux.

Bien sûr, si un matériau n’est pas magnétisé et exposé à un champ magnétique externe, la courbe de densité de flux magnétique commencera naturellement à l’origine. Il monte jusqu'à l'un des coins cités et les professionnels l'appellent une nouvelle courbe. Cela a une propriété spéciale: il se rapproche d'une ligne droite. Cela signifie que la densité de flux magnétique et l'aimantation du matériau dans le champ magnétique externe sont approximativement linéaires.

À partir de ce contexte, on peut déduire la formule suivante (avec μ pour la perméabilité magnétique) pour calculer l’hystérésis:

À l’intérieur du matériau ferromagnétique, le champ magnétique est la somme de l’aimantation M et du champ magnétique externe H. Si un corps ferromagnétique déjà magnétisé est exposé à un champ magnétique opposé, son aimantation s’affaiblit initialement, mais il existe toujours. Ce n'est que pour une certaine intensité de champ du champ magnétique externe que le matériau ferromagnétique est démagnétisé, de sorte qu'il n'est plus magnétique à cette certaine limite - également appelée intensité de champ coercitif. Alors que le champ magnétique externe continue de gagner en intensité, l'aimantation du matériau finit par s'inverser - en fait, tout le processus d'aimantation, déjà expliqué ci-dessus, commence à nouveau. Cette fois, dans l'autre direction.

Une autre quantité intéressante que l’on peut tirer de la courbe d’hystérésis est l’énergie contenue dans l’aimant par unité de volume. Elle provient de la zone délimitée par la courbe d'hystérésis. Cette énergie est convertie en chaleur pendant le processus de magnétisation. Pour les matériaux magnétiquement doux, l'énergie est inférieure à celle des matériaux magnétiquement durs. Par conséquent, les matériaux magnétiquement durs sont moins sensibles aux influences externes. Ceux-ci incluent, par exemple:

• Champs magnétiques
• Chaleur
• Chocs mécaniques

Les matériaux magnétiques durs sont donc parfaitement adaptés à une utilisation comme aimant permanent. Les transformateurs, en revanche, sont faits de matériaux magnétiques doux. Dans un transformateur, le champ magnétique est constamment inversé. Enfin, cette aimantation changeante du matériau devrait consommer le moins d’énergie possible.

Contexte physique de l'hystérésis

On peut imaginer un matériau ferromagnétique une fois au niveau atomique. Chaque atome a des électrons et ils ont un spin électronique. Ces spins, à leur tour, représentent les moments magnétiques élémentaires de chaque substance ferromagnétique (par exemple, le fer). Fondamentalement, ils sont équivalents à l'aimant élémentaire bien connu, qui a toujours été dessiné dans la classe de physique sous forme de petites flèches. Au moyen d'un champ magnétique externe, ils s'alignent en fonction de cela et se stabilisent grâce à la soi-disant interaction d'échange.

Enfin, on comprend la signification des deux points d’angle (limites) de la courbe d’hystérésis: à ces deux points, les aimants élémentaires sont tous alignés en parallèle. Par conséquent, ils sont également appelés densité de flux de saturation. Afin de détruire l'alignement des aimants élémentaires, l'interaction d'échange doit être surmontée. Cela signifie que, pour démagnétiser à nouveau le matériau magnétisé, il nécessite une certaine quantité d'énergie, par exemple sous la forme d'un choc dur, d'une chaleur élevée ou d'un champ magnétique correspondant.