Ferromagnétisme
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Le ferromagnétisme est la propriété qu'ont certains corps de s'aimanter très fortement sous l'effet d'un champ magnétique extérieur, et pour certains (les aimants, matériaux magnétiques durs) de garder une aimantation importante même après le disparition du champ extérieur. Cette propriété résulte du couplage collectif des spins entre centre métallique d'un matériau ou d'un complexe de métaux de transitions, le moment de tous les spins étant orientés de la même façon au sein de la substance. la suceptibilité magnétique
χ=(aimentation M)/(champ magnétique H)
celle ci étant plus élevée a basse température,quant cette la température augment les moments magnétique deviennent de moin en moin ordonné, diminuant ainsi la suceptibilité magnétique jusqu'à la température de Curie
χ=Cm/T
où Cm est la constante de Curie et T la température, au dela de cette température l'odre deviendra paramagnétique et l'aimentation deviendra nulle
Sommaire |
Corps ferromagnétiques
Pour l'usage industriel, seul le Fer, le Cobalt et le Nickel sont ferromagnétiques. Certaines terres rares (Lanthanides dans la classifiation périodique) sont également ferromagnétiques à basse température.
En ce qui concerne les alliages, la situation est très complexe : Certains alliages de Fer et de Nickel ne le sont pas alors que l'alliage d'Heussler, constitué uniquement de métaux non ferromagnétiques (61 % Cu, 24 %Mn, 15 % Al), est ferromagnétique.
Enfin, il faut ajouter les ferrites dont la composition est de la forme (MO ; Fe2O3) ou M est un métal divalent et dont le représentant le plus ancien est la magnétite Fe3O4 (FeO ; Fe2O3) du nom de la ville de Magnésie, en Asie Mineure.
Courbe de première aimantation
Cycles d'hystéresis
Lorsque l'on a magnétisé un échantillon de matériau jusqu'à la saturation et que l'on fait décroître l'excitation H, on constate que B décroît également mais en suivant une courbe différente qui se situe au dessus de la courbe de première aimantation. Ceci est le fait d'un retard à la désaimantation. On dit qu'il y a hystéresis
- Lorsque H est ramené à 0, il subsiste un champ magnétique Br appelé champ rémanent (du latin remanere, rester).
Pour annuler ce champ rémanent, il est nécessaire d'inverser le courant dans le solénoïde, c’est-à-dire d'imposer à H une valeur négative. Le champ magnétique s'annule alors pour une valeur de l'excitation Hc appelée excitation coercitive.
Matériaux magnétiques doux
Ce sont en général des matériaux doux mécaniquement.
Ces matériaux ont des cycles très étroits : l'excitation coercitive ne dépassse pas 100 A.m- 1. Ils possèdent une grande perméabilité
Quelques exemples :
- SuperMalloy (Fer, Nickel, Molybdène, ...) : Hc = 0,16 A.m- 1 ; Br = 1,2 T (l'un des plus doux).
- Fer + 3 % de Silicium, grains orientés : Hc = 8 A.m- 1 ; Br = 1,0 T
Les matériaux magnétiques doux sont utilisés pour réaliser des électroaimants (leur aimantation doit pouvoir facilement être annulée) ou des circuits magnétiques fonctionnant en régime alternatif (machines électriques, transformateurs), car ce phénomène d'hystérésis est responsable de pertes d'énergie.
Matériaux magnétiques durs
Contrairement aux précédents, les cycles sont extrêmement larges : plusieurs centaines de kA.m- 1. Il est impossible de les dessiner dans un même repère que les précédents.
Certains de ces matériaux à base de terres rares (alliages samarium-Cobalt ou Néodyme-Fer-Bore), ne se désaimantent pas, même lorsqu'on annule le champ magnétique interne (l'excitation vaut alors HcB). Pour annuler (en fait inverser) l'aimantation, il est nécessaire de fournir une excitation magnétique que l'on appelle HcM : excitation de désaimantation irréversible.
L'application de ces matériaux est la réalisation d'aimants permanents de très forte puisssance.
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