MAGNÉTISME
Le ferromagnétisme
Dans certaines substances (Fe, Co, Ni, SmCo5, TbFe2, Nd2Fe14B, Fe3O4 ou magnétite, Fe5Gd3O12, par exemple), l' aimantation sous champ magnétique faible peut prendre des valeurs importantes, de l'ordre de 105 à 106 ampères par mètre, plusieurs milliers de fois plus grandes que celles des corps diamagnétiques ou paramagnétiques. De plus, cette aimantation est une fonction très compliquée du champ magnétique appliqué, de la température et aussi de l'histoire magnétique de l'échantillon, c'est-à-dire des champs magnétiques antérieurs successifs qui ont agi sur lui. C'est ce qu'on appelle le ferromagnétisme.
L'hystérésis
Aimantation et hystérésis d'un corps ferromagnétique
Encyclopædia Universalis France
Lorsqu'un corps ferromagnétique à l'état vierge, c'est-à-dire qui n'a jamais été aimanté, est soumis à un champ magnétique croissant, son aimantation M commence par croître, selon la courbe de première aimantation (AB, ). Dans la région initiale, l'aimantation obéit à une loi parabolique : M = aH + bH2, où a est la susceptibilité initiale, qui décrit une variation réversible de l'aimantation, tandis que le terme bH2 est associé à une variation irréversible. Lorsque le champ prend des valeurs élevées, M tend vers une limite Ms appelée aimantation à saturation.
Lorsqu'on fait décroître ensuite le champ jusqu'à une valeur négative très élevée, l'aimantation décrit la courbe C jusqu'à la valeur limite − Ms. Puis, en faisant croître à nouveau le champ, elle décrit la courbe D, symétrique de C par rapport à l'origine 0. On obtient un cycle d'hystérésis. L'aire du cycle mesure l'énergie à dépenser pour le décrire, énergie qui est dissipée sous forme de chaleur dans l'échantillon.
Le cycle est caractérisé par les valeurs + Mr, − Mr de l'aimantation rémanente que conserve le corps dans un champ nul et par les valeurs − Hc, + Hc du champ, dit coercitif, qu'il faut appliquer pour annuler l'aimantation. À la température ambiante, Ms est voisin de 1,71 MA . m-1 pour le fer et de 0,48 MA . m-1 pour le nickel. L'aimantation rémanente Mr vaut généralement entre 0,5 Ms et 0,8 Ms. Quant au champ coercitif Hc, il est extraordinairement variable, de quelques dixièmes d'ampère par mètre pour du fer très pur jusqu'à plusieurs centaines de milliers d'ampères par mètre pour certains alliages (PtCo, SmCo5, Nd2Fe14B).
On s'intéresse aussi quelquefois à la susceptibilité maximale χm, égale au maximum de M/H, ou à la susceptibilité différentielle χd = dM/dH. Dans les applications à l'électrotechnique, c'est plutôt l'induction B = μ0(H + M) qui est la quantité intéressante, ainsi que la perméabilitérelative μr = 1 + χ = B/μ0H. La perméabilité relative maximale μrm = 1 + χm est de l'ordre de 10 000 pour le fer doux et peut être encore beaucoup plus élevée dans certains alliages cristallisés tels que les permalloys (alliages à base de fer et de nickel) ou certains matériaux amorphes (verres métalliques à base de cobalt, de fer, de silicium et de bore, par exemple). On qualifie de doux un matériau qui présente une très forte perméabilité sous champ faible et une très faible hystérésis, tandis qu'un matériau dur se caractérise par un champ coercitif élevé.
Désaimantation
Encyclopædia Universalis France
Le cycle d'hystérésis décrit plus haut est un cycle limite, car ses deux extrémités correspondent à des champs très élevés, mais on peut décrire aussi des cycles partiels. Si l'on s'arrête par exemple en E et si l'on fait croître le champ, l'aimantation décrit la courbe F. En particulier, lorsqu'on soumet l'échantillon à un champ alternatif lentement décroissant jusqu'à zéro à partir d'une valeur initiale grande par rapport à Hc, l'aimantation[...]
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Écrit par
- Damien GIGNOUX : docteur ès-sciences physiques, directeur de recherche au C.N.R.S.
- Étienne de LACHEISSERIE : ingénieur I.S.E.P., docteur ès sciences, directeur de recherche au C.N.R.S.
- Louis NÉEL : Prix Nobel de physique, professeur à l'Institut national polytechnique de Nancy et à l'université de Nancy
Classification
Médias
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Louis Néel
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Enregistrement numérique : écriture et lecture
Encyclopædia Universalis France
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