• Santoprene ®
• Aimants Samarium Cobalt

Saturation magnétique

L’aimantation maximale d’un matériau est appelée aimantation à saturation. Le fond est initialement proportionnel à la force magnétique croissante du champ magnétique dans le cas de l'aimantation d'un corps ferromagnétique. Cependant, à partir d'un certain point de temps, cette aimantation augmente de plus en plus lentement jusqu'à atteindre un point final, la saturation magnétique. C'est la raison pour laquelle les aimants permanents ont une intensité de champ magnétique limitée - par conséquent, il n'y a pas d'aimants d'une force arbitraire.

Explication physique de l'aimantation et de la saturation du champ magnétique

La tentative d’augmentation de la magnétisation après avoir atteint la saturation magnétique entraîne le comportement suivant: Le matériau se comporte comme si le champ magnétique externe était augmenté dans le vide. L'aimantation peut être observée dans ce contexte, en particulier dans les matériaux ferromagnétiques: La densité de flux magnétique augmente très rapidement dès que le matériau ferromagnétique est introduit dans un champ magnétique externe. L'explication physique de ceci est la rotation des électrons. Ceux-ci s'alignent dans le ferromagnétique après le champ magnétique appliqué de manière externe. Avec l'aimantation croissante, de plus en plus de ces moments dits magnétiques (effet du spin de l'électron) s'alignent parallèlement au champ magnétique. Ce processus s'appelle également polarisation magnétique. En raison de l'alignement lui-même, le champ extérieur est renforcé. Il s'agit dans ce cas d'une forte augmentation de la densité de flux magnétique et du champ magnétique au voisinage du ferromagnétique. Logiquement, ce processus n'a lieu que lorsque tous les moments magnétiques existants sont alignés.

Une fois que cela est fait, la saturation magnétique est atteinte. Désormais, le champ magnétique externe du ferromagnétique ne peut plus être amplifié, même s'il est encore augmenté de l'extérieur. La densité de flux de ce champ se comporte désormais comme si le champ magnétique était amplifié dans le vide. Il n'y a donc pas d'amplification par le ferromagnétique - après tout, plus aucun spin d'électrons ne peut être aligné.

L'expérience montre la saturation magnétique

Cette expérience nécessite une bobine avec un noyau de fer et un densimètre à flux magnétique (comme une sonde de Hall) et une source de tension ajustable. Dans l'expérience, on mesure toujours la densité de flux magnétique directement au noyau de fer avec des courants variables. Il s'avère que la densité de flux magnétique augmente initialement de manière très significative avec une augmentation du courant électrique à travers la bobine de fer. Si le courant ou le courant est doublé, la densité de flux magnétique double également. Cependant, à un moment donné, il y a une augmentation plus lente. Enfin, la saturation magnétique du noyau de fer est atteinte (pour le fer à une densité de flux maximale de 2 Tesla). La perméabilité magnétique du matériau ferromagnétique diminue pendant l'effet de saturation jusqu'à ce qu'il approche de l'unité. Cela signifie que la conductivité magnétique du matériau ferromagnétique est égale à celle du vide - confirmant ainsi les affirmations précédentes selon lesquelles le champ magnétique du ferromagnétique se comporte comme un champ magnétique dans le vide après saturation.

Rémanence et saturation magnétique

Comme déjà expliqué, la saturation maximale est atteinte lorsque tous les spins atomiques sont alignés sur le champ magnétique. L'aimantation du matériau ne peut plus continuer à augmenter, raison pour laquelle, après extinction du champ magnétique externe, il s'agit de l'état de l'aimantation maximale restante possible. La magnétisation restante est essentiellement appelée rémanence.

Importance dans la technologie

La saturation magnétique entraîne de nombreux inconvénients dans les applications techniques. Un exemple est les transformateurs. Ceux-ci convertissent la tension en fonction d'un champ magnétique changeant à travers deux bobines qui ont le même noyau de fer. Tant que le courant dans le circuit primaire du transformateur est très faible, le transformateur fonctionne avec un rendement élevé car la magnétisation avec le courant est dans la plage proportionnelle. Cependant, si le courant devient trop élevé, l'efficacité diminuera à mesure que la plage d'aimantation à saturation sera atteinte. L'efficacité du transformateur diminue également. On peut contrecarrer cet effet en réduisant un intervalle d'air dans le noyau de fer. La saturation magnétique se produit alors plus tard, car la densité du flux magnétique augmente plus lentement - après tout, la résistance magnétique de l'entrefer est beaucoup plus élevée que celle du noyau de fer. Cela augmente l'efficacité. Dans la plupart des transformateurs, cependant, un tel entrefer peut être supprimé. Un contre-exemple serait ce qu'on appelle les transformateurs à courant élevé. Celles-ci peuvent être connues grâce aux cours de physique: le professeur essaie généralement de faire briller un clou ou un autre objet métallique en forme de tige avec un courant élevé.