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Magnétisation
L’effet de la magnétisation est fondamental et se manifeste lorsqu’un objet est exposé à un champ magnétique. La magnétisation magnétise un matériau qui n'était pas magnétique auparavant. Une forte aimantation ne peut être réalisée qu'avec des substances ferromagnétiques, telles que le nickel, le fer ou le cobalt. Dans le matériau lui-même, l'alignement parallèle de tous les aimants élémentaires garantit l'aimantation. Ils s'alignent avec le champ magnétique externe. Des coups durs, des champs polarisés de manière opposée ou des températures élevées peuvent détruire l'aimantation. On parle alors d'une démagnétisation. La magnétisation elle-même crée un champ magnétique dans la matière. Ceci est superposé au champ magnétique externe. En principe, les substances se distinguent selon trois propriétés différentes: diamagnétique, ferromagnétique et paramagnétique.
Paramagnétisme, diamagnétisme et ferromagnétisme
Ensuite, nous parlons de paramagnétisme lorsque l'aimantation est rectifiée au champ magnétique externe. Il en va de même pour les corps ferromagnétiques: l'aimantation est également rectifiée ici en dehors du champ magnétique. Contrairement au paramagnétique, cette orientation est beaucoup plus stable. La raison en est une interaction spéciale appelée interaction d'échange. Pour le matériau diamagnétique, l’aimantation est dirigée contre le champ magnétique externe. Surtout avec des matériaux ferromagnétiques tels que le cobalt ou le fer, une forte aimantation est observée.
Expérience - recréez la magnétisation à la maison
Cette expérience nécessite un aimant et un objet ferreux, tels qu'une paire de ciseaux, une broche ou une fourchette. Lorsque l'aimant attire l'objet correspondant, il s'agit d'un article avec des propriétés ou des composants ferromagnétiques. Le début réel de l’expérience commence par l’exposition de l’objet ferreux au champ magnétique de l’aimant. Le champ magnétique doit être constant et ne pas changer. Après le retrait de l'aimant, il peut être démontré que les objets contenant du fer, tels que les ciseaux ou les cuillères, sont désormais eux-mêmes magnétiques. Par exemple, des broches magnétisées vont coller aux ciseaux. Cette aimantation restante s'appelle la rémanence.
Perméabilité magnétique
À propos de la dite perméabilité magnétique µ, l’aimantation M, qui se fixe à son tour dans un champ magnétique externe déterminé.
Pour comprendre cette formule, il est important de connaître les différents effets. Simplifiée, la perméabilité µ indique la force avec laquelle le champ magnétique H change lorsqu'un champ magnétique externe et l'influence de la matière sont appliqués. Les règles suivantes s'appliquent:
La formule ci-dessus (1) est donnée pour la raison que le champ magnétique H est la somme de la magnétisation du corps et du champ magnétique externe. Exemple: La perméabilité µ du vide étant égale à 1, l'aimantation M = 0. Les différentes propriétés mentionnées ci-dessus peuvent être fixées sur la perméabilité µ: Pour les substances paramagnétiques, la perméabilité µ est légèrement supérieure à 1, l'aimantation est donc positive ou rectifié. Pour les substances diamagnétiques, la perméabilité µ est inférieure à 1, donc l’aimantation est négative et donc opposée au champ appliqué de manière externe. Pour les supraconducteurs, la perméabilité µ est égale à 0. Nous savons également pourquoi les supraconducteurs flottent: il n'y a pas de champ à l'intérieur du supraconducteur, car la magnétisation du supraconducteur est dirigée à l'opposé du champ externe et de magnitude égale. On trouve de grandes valeurs de perméabilité pour les aimants ferromagnétiques: La perméabilité μ peut aller jusqu'à 10 000 pour le fer, pour les métaux spéciaux, appelés amorphes, même jusqu'à 150 000. La magnétisation de grand μ et d’un champ magnétique externe H est approximativement égale au produit de μ et du champ magnétique externe:
La magnétisation expliquée plus en détail
Les électrons sont la raison principale de l’effet de magnétisation. Pour comprendre les phrases suivantes, il est utile d’imaginer dans l’esprit l’arrangement atomique d’un matériau, c’est-à-dire les atomes avec leurs noyaux et électrons.
Comme nous le savons, les électrons se déplacent dans un champ magnétique changeant ou dérivent lorsqu'ils se déplacent dans un champ constant (mot-clé force de Lorentz). Lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué, les mouvements des électrons dans les gaines atomiques sont intéressants. Cela provoque ce qu'on appelle le diamagnétisme. Il existe une règle dite de Lenz, qui stipule que ces courants neutralisent la cause par leur direction. Maintenant, explique également pourquoi la magnétisation dans le matériau est dirigée contre le champ extérieur.
Cependant, le diamagnétisme de la substance peut être superposé à des propriétés plus fortes telles que le paramagnétisme ou le ferromagnétisme. La raison en est le spin de chaque électron. Ce spin a des propriétés magnétiques: ce sont les aimants élémentaires du matériau. Un spin a un moment magnétique fixe. Le chevauchement se produit généralement lorsque le nombre d'électrons est impair. Car deux spins opposés dans la totalité ne peuvent pas se chevaucher: il reste un spin qui peut s’aligner sur le champ magnétique externe. L'aimantation est donc dirigée contre le champ externe.
Les ferromagnétiques stabilisent cet alignement des spins électroniques grâce à l'interaction d'échange susmentionnée. Ainsi, un matériau ferromagnétique reste significativement magnétique même après élimination du champ magnétique externe. La rémanence peut non seulement être mesurée, mais aussi subjectivement observée. Les matériaux paramagnétiques - par exemple l’aluminium en fusion - ou les aimants paramagnétiques ne sont plus magnétiques au moment où le champ magnétique externe est supprimé. En conséquence, aucune rémanence ne peut être observée ici. La démagnétisation par la chaleur, un champ magnétique opposé ou par de forts chocs peut être attribuée au fait que ces effets mélangent à nouveau les spins des électrons ou les aimants élémentaires alignés. Surtout lorsqu'il est chauffé, la magnétisation se produit à une certaine température. Ce seuil de température est appelé température de Curie.