Aimants permanents. Champ magnétique des aimants permanents. Le champ magnétique terrestre. Un champ magnétique. Propriétés du champ magnétique
Qu'est-ce qu'un aimant permanent
Un produit ferromagnétique capable de conserver une magnétisation résiduelle importante après le retrait de la couche externe. champ magnétique, est appelé un aimant permanent. Les aimants permanents sont fabriqués à partir de divers métaux, tels que le cobalt, le fer, le nickel, des alliages de terres rares (pour les aimants en néodyme), ainsi que de minéraux naturels tels que les magnétites.
Champ d'application aimants permanents aujourd'hui est très large, mais leur objectif est fondamentalement le même partout - en tant que source d'un champ magnétique constant sans apport d'électricité. Ainsi, un aimant est un corps qui possède le sien.
Le mot « aimant » lui-même vient de l'expression grecque, qui se traduit par « pierre de magnésie », d'après le nom de la ville asiatique où des gisements de magnétite ont été découverts dans l'Antiquité : minerai de fer magnétique. D'un point de vue physique, l'aimant élémentaire est un électron, et les propriétés magnétiques des aimants sont généralement déterminées par les moments magnétiques des électrons qui composent le matériau magnétisé.
Les caractéristiques de la section démagnétisante du matériau à partir duquel l'aimant permanent est fabriqué déterminent les propriétés d'un aimant permanent particulier : plus la force coercitive Hc est élevée et plus l'induction magnétique résiduelle Br est élevée, plus l'aimant est fort et stable.
La force coercitive (traduit littéralement du latin - « force de maintien ») est ce qui est nécessaire à la démagnétisation complète d'une substance ferro- ou ferrimagnétique. Ainsi, plus la force coercitive d’un aimant particulier est grande, plus il est résistant aux facteurs démagnétisants.
L'unité de force coercitive est l'Ampère/mètre. A, comme on le sait, est une quantité vectorielle, qui est une force caractéristique du champ magnétique. La valeur caractéristique de l'induction magnétique résiduelle des aimants permanents est d'environ 1 Tesla.
Types et propriétés des aimants permanents
Ferrite
Les aimants en ferrite, bien que fragiles, ont une bonne résistance à la corrosion, ce qui en fait les plus courants à bas prix. Ces aimants sont fabriqués à partir d’un alliage d’oxyde de fer avec de la ferrite de baryum ou de strontium. Cette composition permet au matériau de conserver ses propriétés magnétiques sur une large plage de températures - de -30°C à +270°C.
Les produits magnétiques sous forme d'anneaux, de barres et de fers à cheval en ferrite sont largement utilisés tant dans l'industrie que dans la vie quotidienne, dans la technologie et l'électronique. Ils sont utilisés dans les systèmes acoustiques, les générateurs, etc. Dans l'industrie automobile, les aimants en ferrite sont utilisés dans les démarreurs, les lève-vitres, les systèmes de refroidissement et les ventilateurs.
Les aimants en ferrite ont une force coercitive d'environ 200 kA/m et une induction magnétique résiduelle d'environ 0,4 Tesla. En moyenne, un aimant en ferrite peut durer de 10 à 30 ans.
Alnico (aluminium-nickel-cobalt)
Les aimants permanents à base d'un alliage d'aluminium, de nickel et de cobalt se caractérisent par une résistance à la température et une stabilité inégalées : ils sont capables de conserver leurs propriétés magnétiques à des températures allant jusqu'à +550°C, bien que leur caractéristique de coercivité soit relativement faible. Sous l’influence d’un champ magnétique relativement faible, ces aimants perdront leurs propriétés magnétiques d’origine.
Jugez par vous-même : une force coercitive typique est d'environ 50 kA/m avec une magnétisation résiduelle d'environ 0,7 Tesla. Cependant, malgré cette caractéristique, les aimants alnico sont indispensables pour certaines recherches scientifiques.
Les teneurs typiques des alliages alnico hautement magnétiques vont de 7 à 10 % d'aluminium, de 12 à 15 % de nickel, de 18 à 40 % de cobalt et de 3 à 4 % de cuivre.
Plus il y a de cobalt, plus l'induction de saturation et l'énergie magnétique de l'alliage sont élevées. Des additifs sous forme de 2 à 8 % de titane et seulement 1 % de niobium permettent d'obtenir une force coercitive plus élevée - jusqu'à 145 kA/m. L'ajout de 0,5 à 1 % de silicium assure des propriétés magnétiques isotropes.
Samariacées
Si vous avez besoin d'une résistance exceptionnelle à la corrosion, à l'oxydation et à des températures allant jusqu'à +350°C, alors un alliage magnétique de samarium et de cobalt est ce qu'il vous faut.
En termes de coût, les aimants au samarium-cobalt sont plus chers que les aimants au néodyme en raison du métal plus rare et plus cher - le cobalt. Il est toutefois conseillé de les utiliser s'il est nécessaire d'avoir dimensions minimales et le poids des produits finaux.
Ceci est le plus approprié dans vaisseau spatial, équipements aéronautiques et informatiques, moteurs électriques miniatures et accouplements magnétiques, dans les instruments et appareils portables (montres, écouteurs, téléphones portables etc.)
En raison de leur résistance particulière à la corrosion, les aimants au samarium sont utilisés dans évolutions stratégiques et applications militaires. Moteurs électriques, générateurs, systèmes de levage, véhicules automobiles – aimant puissant en alliage samarium-cobalt idéal pour environnements agressifs et des conditions d'exploitation difficiles. La force coercitive est d'environ 700 kA/m avec une induction magnétique résiduelle d'environ 1 Tesla.
Néodyme
Les aimants en néodyme sont aujourd'hui très demandés et semblent être les plus prometteurs. L'alliage néodyme-fer-bore permet de créer des super-aimants pour diverses applications, des loquets et jouets aux puissantes machines de levage.
Une force coercitive élevée de l'ordre de 1000 kA/m et une aimantation résiduelle de l'ordre de 1,1 Tesla permettent de conserver l'aimant pendant de nombreuses années ; sur 10 ans, un aimant néodyme ne perd que 1% de son aimantation si sa température est inférieure ; les conditions de fonctionnement ne dépassent pas +80°C (pour certaines marques jusqu'à +200°C). Ainsi, les aimants en néodyme n'ont que deux inconvénients : la fragilité et la faible température de fonctionnement.
La poudre magnétique avec le composant liant forme un matériau doux, flexible et aimant léger. Des composants de liaison tels que le vinyle, le caoutchouc, le plastique ou l'acrylique permettent d'obtenir des aimants de formes et de tailles variées.
La force magnétique, bien sûr, est inférieure au matériau magnétique pur, mais de telles solutions sont parfois nécessaires pour atteindre certains objectifs inhabituels pour les aimants : dans la production de produits publicitaires, dans la fabrication d'autocollants amovibles sur les voitures, ainsi que dans la fabrication de divers produits de papeterie et de souvenirs.
Comme les pôles des aimants, ils se repoussent et, contrairement aux pôles, ils s'attirent. L'interaction des aimants s'explique par le fait que tout aimant possède un champ magnétique et que ces champs magnétiques interagissent les uns avec les autres. Quelle est, par exemple, la raison de la magnétisation du fer ?
Selon l'hypothèse du scientifique français Ampère, il existe des courants électriques élémentaires (courants Ampère) à l'intérieur de la matière, qui se forment à la suite du mouvement des électrons autour des noyaux des atomes et autour de leur propre axe.
Lorsque les électrons se déplacent, des champs magnétiques élémentaires apparaissent. Et si un morceau de fer est amené dans un champ magnétique externe, alors tous les champs magnétiques élémentaires de ce fer sont orientés de manière égale dans le champ magnétique externe, formant ainsi le propre champ magnétique du morceau de fer. Ainsi, si le champ magnétique externe appliqué était suffisamment puissant, après l’avoir éteint, un morceau de fer deviendra un aimant permanent.
Connaître la forme et l'aimantation d'un aimant permanent permet de le remplacer pour les calculs par un système équivalent de courants électriques magnétisants. Un tel remplacement est possible à la fois lors du calcul des caractéristiques du champ magnétique et lors du calcul des forces agissant sur l'aimant à partir du champ externe. A titre d'exemple, calculons la force d'interaction entre deux aimants permanents.
Supposons que les aimants aient la forme de cylindres minces, leurs rayons seront notés r1 et r2, leurs épaisseurs seront h1, h2, les axes des aimants coïncident, la distance entre les aimants sera notée z, et nous supposerons qu'il est nettement plus grand que les dimensions des aimants.
L'émergence de la force d'interaction entre les aimants est expliquée façon traditionnelle: Un aimant crée un champ magnétique qui affecte le deuxième aimant.
Pour calculer la force d'interaction, remplaçons mentalement les aimants à magnétisation uniforme J1 et J2 par des courants circulaires circulant le long de la surface latérale des cylindres. Nous exprimerons les intensités de ces courants à travers la magnétisation des aimants, et leurs rayons seront considérés comme égaux aux rayons des aimants.
Décomposons le vecteur induction B du champ magnétique créé par le premier aimant à l'emplacement du second en deux composantes : axiale, dirigée le long de l'axe de l'aimant, et radiale, perpendiculaire à celui-ci.
Pour calculer la force totale agissant sur l'anneau, il est nécessaire de la diviser mentalement en petits éléments IΔl et de résumer les forces agissant sur chacun de ces éléments.
A l'aide de la règle de gauche, il est facile de montrer que la composante axiale du champ magnétique conduit à l'apparition de forces Ampère tendant à étirer (ou comprimer) l'anneau - la somme vectorielle de ces forces est nulle.
La présence d'une composante radiale du champ conduit à l'émergence de forces Ampère dirigées le long de l'axe des aimants, c'est-à-dire à leur attraction ou leur répulsion. Il reste à calculer les forces Ampère - ce seront les forces d'interaction entre deux aimants.
Sujet : Champ magnétique
Préparé par : Baygarashev D.M.
Vérifié par : Gabdullina A.T.
Un champ magnétique
Si deux conducteurs parallèles sont connectés à une source de courant de manière à ce qu'un courant électrique les traverse, alors, selon la direction du courant qui les traverse, les conducteurs se repoussent ou s'attirent.
Une explication de ce phénomène est possible à partir de la position de l'émergence d'un type particulier de matière autour des conducteurs - un champ magnétique.
Les forces avec lesquelles interagissent les conducteurs porteurs de courant sont appelées magnétique.
Un champ magnétique- Ce type particulier matière dont la spécificité est l'effet sur une charge électrique en mouvement, des conducteurs porteurs de courant, des corps à moment magnétique, avec une force dépendant du vecteur vitesse de charge, du sens du courant dans le conducteur et du sens du moment magnétique du corps.
L’histoire du magnétisme remonte aux temps anciens, aux anciennes civilisations d’Asie Mineure. C'est sur le territoire de l'Asie Mineure, en Magnésie, qu'ils trouvèrent rocher, dont les échantillons étaient attirés les uns vers les autres. En fonction du nom de la zone, ces échantillons ont commencé à être appelés « aimants ». Tout aimant en forme de barre ou de fer à cheval a deux extrémités appelées pôles ; C'est à cet endroit que ses propriétés magnétiques sont les plus prononcées. Si vous accrochez un aimant à une ficelle, un pôle pointera toujours vers le nord. La boussole est basée sur ce principe. Le pôle nord d’un aimant suspendu est appelé pôle nord (N) de l’aimant. Le pôle opposé est appelé pôle sud (S).
Les pôles magnétiques interagissent les uns avec les autres : des pôles semblables se repoussent et des pôles différents s'attirent. Concept similaire champ électrique, entourant une charge électrique, introduisent l'idée d'un champ magnétique autour d'un aimant.
En 1820, Oersted (1777-1851) a découvert qu'une aiguille magnétique située à côté d'un conducteur électrique est déviée lorsque le courant traverse le conducteur, c'est-à-dire qu'un champ magnétique est créé autour du conducteur porteur de courant. Si nous prenons un cadre avec du courant, alors le champ magnétique externe interagit avec le champ magnétique du cadre et a un effet d'orientation sur celui-ci, c'est-à-dire qu'il existe une position du cadre à laquelle le champ magnétique externe a un effet de rotation maximal sur lui. , et il existe une position où la force de couple est nulle.
Le champ magnétique en tout point peut être caractérisé par le vecteur B, appelé vecteur d'induction magnétique ou induction magnétiqueà ce point.
L'induction magnétique B est un vecteur quantité physique, qui est la force caractéristique du champ magnétique en un point. Il est égal au rapport du moment mécanique maximum des forces agissant sur un cadre avec un courant placé dans un champ uniforme au produit de l'intensité du courant dans le cadre et sa surface :
La direction du vecteur induction magnétique B est considérée comme la direction de la normale positive au cadre, qui est liée au courant dans le cadre par la règle de la vis droite, avec un couple mécanique égal à zéro.
De la même manière que les lignes d’intensité du champ électrique ont été représentées, les lignes d’induction du champ magnétique sont représentées. La ligne de champ magnétique est une ligne imaginaire dont la tangente coïncide avec la direction B en un point.
Les directions du champ magnétique en un point donné peuvent également être définies comme la direction qui indique
le pôle nord de l'aiguille de la boussole placée à cet endroit. On pense que les lignes de champ magnétique sont dirigées du pôle nord vers le sud.
La direction des lignes d'induction magnétique du champ magnétique créé par un courant électrique qui traverse un conducteur droit est déterminée par la règle de la vrille ou de la vis à droite. La direction des lignes d'induction magnétique est prise comme étant le sens de rotation de la tête de vis, ce qui assurerait son mouvement de translation dans le sens courant électrique(Fig. 59).
où n01 = 4 Pi 10 -7 Vs/(A·m). - constante magnétique, R - distance, I - intensité du courant dans le conducteur.
Contrairement aux lignes de champ électrostatique, qui commencent par une charge positive et se terminent par une charge négative, les lignes de champ magnétique sont toujours fermées. Aucune charge magnétique similaire à une charge électrique n’a été détectée.
Un tesla (1 T) est considéré comme unité d'induction - l'induction d'un champ magnétique aussi uniforme dans lequel un couple mécanique maximum de 1 N m agit sur un cadre d'une superficie de 1 m2, à travers lequel un courant de 1 A coule.
L'induction du champ magnétique peut également être déterminée par la force agissant sur un conducteur porteur de courant dans un champ magnétique.
Un conducteur porteur de courant placé dans un champ magnétique est soumis à une force ampère dont l'amplitude est déterminée par l'expression suivante :
où I est l'intensité du courant dans le conducteur, je- la longueur du conducteur, B est la grandeur du vecteur d'induction magnétique et est l'angle entre le vecteur et la direction du courant.
La direction de la force Ampère peut être déterminée par la règle de la main gauche : on place la paume de la main gauche de manière à ce que les lignes d'induction magnétique entrent dans la paume, on place quatre doigts dans le sens du courant dans le conducteur, puis le courbé pouce montre la direction de la force Ampère.
En tenant compte du fait que I = q 0 nSv, et en substituant cette expression dans (3.21), nous obtenons F = q 0 nSh/B sin un. Le nombre de particules (N) dans un volume donné d'un conducteur est N = nSl, alors F = q 0 NvB sin un.
Déterminons la force exercée par le champ magnétique sur une particule chargée individuelle se déplaçant dans un champ magnétique :
Cette force est appelée force de Lorentz (1853-1928). La direction de la force de Lorentz peut être déterminée par la règle de la main gauche : on place la paume de la main gauche de manière à ce que les lignes d'induction magnétique pénètrent dans la paume, quatre doigts montrent la direction de déplacement de la charge positive, le grand le doigt plié montre la direction de la force de Lorentz.
La force d'interaction entre deux conducteurs parallèles transportant des courants I 1 et I 2 est égale à :
Où je- partie d'un conducteur située dans un champ magnétique. Si les courants sont dans le même sens, alors les conducteurs s'attirent (Fig. 60), s'ils sont dans le sens opposé, ils se repoussent. Les forces agissant sur chaque conducteur sont de même ampleur et de direction opposée. La formule (3.22) est fondamentale pour déterminer l'unité de courant 1 ampère (1 A).
Les propriétés magnétiques d'une substance sont caractérisées par une grandeur physique scalaire - la perméabilité magnétique, qui montre combien de fois l'induction B du champ magnétique dans une substance qui remplit complètement le champ diffère en ampleur de l'induction B 0 du champ magnétique dans un aspirateur:
Selon leurs propriétés magnétiques, toutes les substances sont divisées en diamagnétique, paramagnétique Et ferromagnétique.
Considérons la nature des propriétés magnétiques des substances.
Les électrons dans la coquille des atomes d’une substance se déplacent sur différentes orbites. Pour simplifier, on considère que ces orbites sont circulaires, et chaque électron en orbite autour d’un noyau atomique peut être considéré comme un courant électrique circulaire. Chaque électron, comme un courant circulaire, crée un champ magnétique, que nous appelons orbital. De plus, un électron dans un atome possède son propre champ magnétique, appelé champ de spin.
Si, lorsqu'il est introduit dans un champ magnétique externe avec induction B 0, une induction B est créée à l'intérieur de la substance< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).
DANS diamagnétique Dans les matériaux, en l'absence de champ magnétique externe, les champs magnétiques des électrons sont compensés et lorsqu'ils sont introduits dans un champ magnétique, l'induction du champ magnétique de l'atome devient dirigée contre le champ externe. Le matériau diamagnétique est poussé hors du champ magnétique externe.
U paramagnétique matériaux, l'induction magnétique des électrons dans les atomes n'est pas complètement compensée et l'atome dans son ensemble s'avère être comme un petit aimant permanent. Habituellement, dans une substance, tous ces petits aimants sont orientés de manière aléatoire et l'induction magnétique totale de tous leurs champs est nulle. Si vous placez un para-aimant dans un champ magnétique externe, alors tous les petits aimants - les atomes tourneront dans le champ magnétique externe comme les aiguilles d'une boussole et le champ magnétique dans la substance augmentera ( n >= 1).
Ferromagnétique sont les matériaux dans lesquels n" 1. Dans les matériaux ferromagnétiques, ce qu'on appelle des domaines sont créés, des régions macroscopiques d'aimantation spontanée.
Dans différents domaines, les inductions de champ magnétique ont des directions différentes (Fig. 61) et dans un grand cristal
se compensent mutuellement. Lorsqu'un échantillon ferromagnétique est introduit dans un champ magnétique externe, les limites des domaines individuels se déplacent de sorte que le volume des domaines orientés le long du champ externe augmente.
Avec une augmentation de l'induction du champ externe B 0, l'induction magnétique de la substance magnétisée augmente. A certaines valeurs de B 0, l'induction cesse d'augmenter fortement. Ce phénomène est appelé saturation magnétique.
Un trait caractéristique des matériaux ferromagnétiques est le phénomène d'hystérésis, qui consiste en la dépendance ambiguë de l'induction dans le matériau à l'induction du champ magnétique externe lorsqu'il change.
La boucle d'hystérésis magnétique est une courbe fermée (cdc`d`c), exprimant la dépendance de l'induction dans le matériau à l'amplitude de l'induction du champ extérieur avec une évolution périodique assez lente de ce dernier (Fig. 62).
La boucle d'hystérésis est caractérisée par les valeurs suivantes : B s, Br, B c. B s - valeur maximale de l'induction matérielle à B 0s ; In r est l'induction résiduelle, égale à la valeur d'induction dans le matériau lorsque l'induction du champ magnétique externe diminue de B 0s à zéro ; -B c et B c - force coercitive - une valeur égale à l'induction du champ magnétique externe nécessaire pour faire passer l'induction dans le matériau de résiduelle à zéro.
Pour chaque ferromagnétique il existe une température (point de Curie (J. Curie, 1859-1906), au-dessus de laquelle le ferromagnétique perd ses propriétés ferromagnétiques.
Il existe deux manières d'amener un ferromagnétique magnétisé dans un état démagnétisé : a) chauffer au-dessus du point de Curie et refroidir ; b) magnétiser le matériau avec un champ magnétique alternatif d'amplitude lentement décroissante.
Les ferromagnétiques à faible induction résiduelle et force coercitive sont appelés magnétiques doux. Ils trouvent une application dans les appareils où les ferromagnétiques doivent souvent être remagnétisés (noyaux de transformateurs, générateurs, etc.).
Des ferromagnétiques magnétiquement durs, dotés d’une force coercitive élevée, sont utilisés pour fabriquer des aimants permanents.
Tout le monde est habitué depuis longtemps à un objet tel qu'un aimant. Nous ne voyons rien de spécial en lui. On l'associe généralement à des cours de physique ou à des démonstrations sous forme d'astuces sur les propriétés d'un aimant pour les enfants d'âge préscolaire. Et personne ne pense rarement au nombre d’aimants qui nous entourent. Vie courante. Il y en a des dizaines dans n'importe quel appartement. Un aimant est présent dans chaque haut-parleur, magnétophone, rasoir électrique et montre. Même un pot de clous est comme ça.
Quoi d'autre?
Nous, les gens, ne faisons pas exception. Grâce aux biocourants circulant dans le corps, il existe un motif invisible autour de nous. les lignes électriques. La planète Terre est un énorme aimant. Et la boule de plasma du soleil est encore plus grandiose. Les dimensions des galaxies et des nébuleuses, incompréhensibles pour l'esprit humain, permettent rarement l'idée que toutes celles-ci sont aussi des aimants.
La science moderne nécessite la création de nouveaux aimants grands et super puissants, dont les domaines d'application sont liés à fusion thermonucléaire, génération d'énergie électrique, accélération de particules chargées dans les synchrotrons, récupération de navires coulés. Créer un champ extrêmement puissant est l’une des tâches de la physique moderne.
Clarifions les concepts
Un champ magnétique est une force agissant sur des corps chargés en mouvement. Il « ne fonctionne pas » avec les objets fixes (ou gratuits) et constitue l'une des formes Champ électromagnétique, qui existe comme un concept plus général.
Si des corps peuvent créer un champ magnétique autour d’eux et ressentir eux-mêmes la force de son influence, ils sont appelés aimants. C'est-à-dire que ces objets sont magnétisés (ont le moment correspondant).
Différents matériaux réagissent différemment aux champs externes. Ceux qui affaiblissent son action en interne sont appelés paramagnétiques, et ceux qui la renforcent sont appelés diamagnétiques. Certains matériaux ont la propriété d’amplifier par mille leur champ magnétique externe. Il s'agit de ferromagnétiques (cobalt, nickel avec fer, gadolinium, ainsi que des composés et alliages des métaux mentionnés). Ceux d'entre eux qui, lorsqu'ils sont exposés à un champ externe puissant, acquièrent eux-mêmes des propriétés magnétiques sont appelés magnétiques durs. D'autres, capables de se comporter comme des aimants uniquement sous l'influence directe du champ et cessant de l'être lorsqu'il disparaît, sont magnétiques doux.
Un peu d'histoire
Les gens étudient les propriétés des aimants permanents depuis des temps très anciens. Ils sont mentionnés dans les travaux des scientifiques La Grèce ancienne dès 600 avant JC. Des aimants naturels (d’origine naturelle) peuvent être trouvés dans les gisements de minerai magnétique. Le plus célèbre des grands aimants naturels est conservé à l'Université de Tartu. Il pèse 13 kilogrammes et la charge pouvant être soulevée avec son aide est de 40 kg.
L'humanité a appris à créer des aimants artificiels à l'aide de divers ferromagnétiques. La valeur des poudres (à base de cobalt, de fer, etc.) réside dans leur capacité à supporter une charge pesant 5 000 fois son propre poids. Les spécimens artificiels peuvent être permanents (obtenus à partir d'électro-aimants ayant un noyau dont le matériau est du fer magnétique doux. Le champ de tension qu'ils contiennent résulte du passage du courant électrique à travers les fils de l'enroulement qui entourent le noyau.
Le premier livre sérieux contenant des tentatives recherche scientifique propriétés d'un aimant - l'ouvrage du médecin londonien Gilbert, publié en 1600. Cet ouvrage contient l’ensemble des informations disponibles à l’époque concernant le magnétisme et l’électricité, ainsi que les expériences de l’auteur.
L'homme essaie d'adapter n'importe lequel des phénomènes existants à Vie pratique. Bien entendu, l’aimant ne faisait pas exception.
Comment les aimants sont-ils utilisés ?
Quelles propriétés des aimants l’humanité a-t-elle adoptées ? Son champ d'application est si large que nous avons l'occasion d'aborder brièvement les principaux appareils et domaines d'application de ce merveilleux article.
Une boussole est un appareil bien connu pour déterminer des directions au sol. Grâce à lui, les routes des avions et des navires sont tracées, transport terrestre, objectifs de circulation piétonne. Ces instruments peuvent être magnétiques (type pointeur), utilisés par les touristes et les topographes, ou non magnétiques (radio et hydrocompas).
Les premières boussoles ont été fabriquées au XIe siècle et étaient utilisées pour la navigation. Leur action repose sur la rotation libre dans un plan horizontal d'une longue aiguille en matériau magnétique, équilibrée sur un axe. Une extrémité est toujours tournée vers le sud, l’autre vers le nord. De cette façon, vous pouvez toujours connaître avec précision les principales directions concernant les points cardinaux.
Zones principales
Les domaines dans lesquels les propriétés des aimants ont trouvé leur principale application sont l'ingénierie radio et électrique, la fabrication d'instruments, l'automatisation et la télémécanique. On en fabrique des relais, des circuits magnétiques, etc. En 1820, on découvre la propriété d'un conducteur chargé de courant d'influencer l'aiguille d'un aimant, le forçant à tourner. Dans le même temps, une autre découverte a été faite : une paire de conducteurs parallèles, à travers lesquels passe un courant de même direction, ont la propriété de s'attirer mutuellement.
Grâce à cela, une hypothèse a été faite sur la raison des propriétés de l'aimant. Tous ces phénomènes surviennent en relation avec les courants, y compris ceux circulant à l’intérieur des matériaux magnétiques. Les idées scientifiques modernes coïncident complètement avec cette hypothèse.
À propos des moteurs et des générateurs
Sur cette base, de nombreuses variétés de moteurs électriques et de générateurs électriques ont été créées, c'est-à-dire des machines de type rotatif dont le principe de fonctionnement repose sur la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique (on parle de générateurs) ou en énergie électrique. en énergie mécanique (on parle de moteurs). Tout générateur fonctionne sur le principe de l'induction électromagnétique, c'est-à-dire que la CEM (force électromotrice) se produit dans un fil qui se déplace dans un champ magnétique. Un moteur électrique fonctionne sur la base du phénomène de force apparaissant dans un fil porteur de courant placé dans un champ transversal.
En utilisant la force d'interaction du champ avec le courant qui traverse les spires de leurs pièces mobiles, des dispositifs appelés magnétoélectriques fonctionnent. Un compteur électrique à induction agit comme un nouveau moteur électrique à courant alternatif puissant à deux enroulements. Un disque conducteur situé entre les enroulements est soumis à une rotation selon un couple dont la force est proportionnelle à la consommation électrique.
Et dans la vie de tous les jours ?
Equipé d'une batterie miniature, électrique montre-bracelet familier à tout le monde. Grâce à l'utilisation d'une paire d'aimants, d'une paire d'inductances et d'un transistor, leur conception est bien plus simple en termes de nombre de pièces disponibles que celle d'une montre mécanique.
Les serrures sont de plus en plus utilisées type électromagnétique ou de telles serrures à cylindre équipées d'éléments magnétiques. La clé et la serrure sont équipées d'un cadran combiné. Lorsque la bonne clé est insérée dans le trou de serrure, position souhaitée les éléments internes de la serrure magnétique sont attirés, ce qui permet son ouverture.
L'action des aimants est à la base de la conception de dynamomètres et de galvanomètres (un appareil très sensible permettant de mesurer de faibles courants). Les propriétés des aimants ont trouvé des applications dans la production d'abrasifs. C'est le nom donné aux particules pointues, petites et très dures, qui sont les plus nécessaires aux traitements mécaniques (meulage, polissage, dégrossissage). Divers articles et matériaux. Lors de leur fabrication, le ferrosilicium nécessaire au mélange se dépose en partie au fond des fours, et est partiellement introduit dans la composition de l'abrasif. Des aimants sont nécessaires pour le retirer de là.
Sciences et communication
Grâce aux propriétés magnétiques des substances, la science a la possibilité d'étudier la structure d'une grande variété de corps. On ne peut citer que la magnétochimie ou (une méthode de détection des défauts en étudiant la distorsion du champ magnétique dans certaines zones des produits).
Ils sont également utilisés dans la production d'équipements à ultra-haute fréquence, de systèmes de communication radio (à des fins militaires et commerciales), lors de traitements thermiques, tant à domicile qu'à l'intérieur. Industrie alimentaire produits (tout le monde connaît micro-ondes). Il est presque impossible de lister dans un seul article tous les problèmes les plus complexes. appareils techniques et les domaines d'application où les propriétés magnétiques des substances sont utilisées aujourd'hui.
Domaine médical
Le domaine du diagnostic et de la thérapie médicale ne fait pas exception. Grâce aux accélérateurs linéaires d'électrons générant des rayons X, la thérapie tumorale est réalisée dans des cyclotrons ou des synchrotrons, qui présentent des avantages par rapport aux rayons X en termes de directionnalité locale et une efficacité accrue dans le traitement des tumeurs oculaires et cérébrales.
Quant à la science biologique, même avant le milieu du siècle dernier, les fonctions vitales de l'organisme n'étaient en aucun cas liées à l'existence de champs magnétiques. La littérature scientifique s'est parfois enrichie de rapports isolés sur l'un ou l'autre de leurs effets médicaux. Mais depuis les années soixante, les publications sur les propriétés biologiques des aimants affluent en avalanche.
Avant et maintenant
Cependant, des tentatives pour traiter les gens avec ce médicament ont été faites par des alchimistes au 16ème siècle. Il y a eu de nombreuses tentatives réussies pour guérir les maux de dents, troubles nerveux, l'insomnie et de nombreux problèmes les organes internes. Il semble que l'aimant ait trouvé son utilisation en médecine au plus tard en navigation.
Au cours du dernier demi-siècle, les bracelets magnétiques ont été largement utilisés, très appréciés des patients souffrant d'hypertension artérielle. Les scientifiques croyaient sérieusement à la capacité d’un aimant à augmenter la résistance du corps humain. À l’aide d’appareils électromagnétiques, ils ont appris à mesurer la vitesse du flux sanguin, à prélever des échantillons ou à administrer les médicaments nécessaires à partir de capsules.
Un aimant est utilisé pour éliminer les petites particules métalliques qui pénètrent dans les yeux. Le travail des capteurs électriques repose sur son action (chacun d'entre nous connaît la procédure de réalisation d'un électrocardiogramme). De nos jours, la collaboration entre physiciens et biologistes pour étudier les mécanismes profonds d'influence sur corps humain Le champ magnétique devient de plus en plus restreint et nécessaire.
Aimant néodyme : propriétés et applications
Les aimants en néodyme sont considérés comme ayant le plus grand impact sur la santé humaine. Ils sont constitués de néodyme, de fer et de bore. Formule chimique le leur est NdFeB. Le principal avantage d'un tel aimant est considéré comme la forte influence de son champ à une distance relativement élevée. petite taille. Ainsi, le poids d'un aimant d'une force de 200 gauss est d'environ 1 g. À titre de comparaison, un aimant en fer de force égale a un poids environ 10 fois supérieur.
Un autre avantage incontestable des aimants mentionnés est leur bonne stabilité et leur capacité à être préservés. qualités nécessaires pour des centaines d'années. Au cours d'un siècle, un aimant ne perd ses propriétés que de 1 %.
Comment sont-ils traités exactement avec un aimant en néodyme ?
Avec son aide, ils améliorent la circulation sanguine, stabilisent la tension artérielle et combattent les migraines.
Les propriétés des aimants en néodyme ont commencé à être utilisées à des fins thérapeutiques il y a environ 2 000 ans. Des mentions de ce type de thérapie se trouvent dans des manuscrits de la Chine ancienne. Ils étaient ensuite traités en appliquant des pierres magnétisées sur le corps humain.
La thérapie existait également sous la forme de leur fixation au corps. La légende prétend que excellente santé et Cléopâtre devait sa beauté surnaturelle au port constant d'un bandage magnétique sur la tête. Au Xe siècle, des scientifiques persans ont décrit en détail les effets bénéfiques des propriétés des aimants en néodyme sur le corps humain en cas d'élimination de l'inflammation et des spasmes musculaires. Sur la base des preuves survivantes de cette époque, on peut juger de leur utilisation pour augmenter la force musculaire, la solidité des os et réduire les douleurs articulaires.
De tous les maux...
La preuve de l'efficacité de cet effet a été publiée en 1530 par le célèbre médecin suisse Paracelse. Dans ses écrits, le médecin décrit les propriétés magiques d’un aimant capable de stimuler les pouvoirs du corps et de provoquer l’auto-guérison. À cette époque, un grand nombre de maladies commençaient à être vaincues à l'aide d'un aimant.
L'automédication avec ce remède s'est généralisée aux États-Unis dans les années d'après-guerre (1861-1865), alors qu'il y avait une pénurie catégorique de médicaments. Il était utilisé à la fois comme médicament et comme analgésique.
Depuis le 20ème siècle propriétés médicales l'aimant a reçu une justification scientifique. En 1976, le médecin japonais Nikagawa introduit le concept de syndrome de déficience du champ magnétique. La recherche a établi ses symptômes exacts. Ils consistent en une faiblesse, une fatigue, une diminution des performances et des troubles du sommeil. Il existe également des migraines, des douleurs articulaires et vertébrales, des problèmes digestifs et systèmes cardiovasculaires sous forme d'hypotension ou d'hypertension. Le syndrome concerne à la fois le domaine de la gynécologie et les modifications cutanées. L'utilisation de la thérapie magnétique peut normaliser avec succès ces conditions.
La science ne reste pas immobile
Les scientifiques continuent d'expérimenter les champs magnétiques. Des expériences sont menées aussi bien sur des animaux et des oiseaux que sur des bactéries. Les conditions d'un champ magnétique affaibli réduisent le succès des processus métaboliques chez les oiseaux et les souris expérimentaux ; les bactéries cessent brusquement de se reproduire. En cas de déficience prolongée du champ, les tissus vivants subissent des changements irréversibles.
Il s'agit de lutter contre tous ces phénomènes et contre les nombreux phénomènes qu'ils provoquent. conséquences négatives La thérapie magnétique en tant que telle est utilisée. Il semble qu'actuellement tout fonctionnalités bénéfiques les aimants n’ont pas encore été suffisamment étudiés. Les médecins ont devant eux de nombreuses découvertes intéressantes et de nouveaux développements.
Détermination du champ magnétique. Ses sources
Définition
Un champ magnétique est l'une des formes d'un champ électromagnétique qui agit uniquement sur les corps en mouvement porteurs d'une charge électrique ou sur les corps magnétisés, quel que soit leur mouvement.
Les sources de ce champ sont des courants électriques constants, des charges électriques en mouvement (corps et particules), des corps magnétisés, des champs électriques alternatifs. Les sources de champ magnétique constant sont les courants continus.
Propriétés du champ magnétique
À une époque où l’étude des phénomènes magnétiques venait tout juste de commencer, les chercheurs portaient une attention particulière au fait que les barreaux aimantés contiennent des pôles. En eux, les propriétés magnétiques se sont manifestées particulièrement clairement. En même temps, il était clairement visible que les pôles de l'aimant étaient différents. Les pôles opposés sont attirés et les pôles semblables sont repoussés. Gilbert a proposé l'idée de l'existence de « charges magnétiques ». Ces idées ont été soutenues et développées par Coulomb. Sur la base des expériences de Coulomb, la force caractéristique d'un champ magnétique est devenue la force avec laquelle le champ magnétique agit sur une charge magnétique égale à l'unité. Coulomb a attiré l'attention sur les différences significatives entre les phénomènes d'électricité et de magnétisme. La différence est déjà évidente dans le fait que les charges électriques peuvent être séparées et obtenir des corps avec un excès de charges positives ou négatives, alors qu'il est impossible de séparer les pôles nord et sud d'un aimant et d'obtenir un corps avec un seul pôle. De l'impossibilité de diviser un aimant en exclusivement « nord » ou « sud », Coulomb a décidé que ces deux types de charges sont indissociables dans chaque particule élémentaire de la substance magnétisante. Ainsi, il a été reconnu que chaque particule de matière - un atome, une molécule ou un groupe d'entre eux - est quelque chose comme un micro-aimant à deux pôles. Dans ce cas, l'aimantation d'un corps est le processus d'orientation de ses aimants élémentaires sous l'influence d'un champ magnétique externe (analogue à la polarisation des diélectriques).
L'interaction des courants est réalisée grâce aux champs magnétiques. Oersted a découvert que le champ magnétique est excité par le courant et a un effet d'orientation sur l'aiguille magnétique. Oersted avait un conducteur porteur de courant situé au-dessus d'une aiguille magnétique, qui pouvait tourner. Lorsque le courant circulait dans le conducteur, la flèche devenait perpendiculaire au fil. Un changement de direction du courant provoquait une réorientation de l’aiguille. De l'expérience d'Oersted, il résulte que le champ magnétique a une direction et doit être caractérisé par une quantité vectorielle. Cette quantité a été appelée induction magnétique et notée : $\overrightarrow(B).$ $\overrightarrow(B)$ est similaire au vecteur de force du champ électrique ($\overrightarrow(E)$). L'analogue du vecteur de déplacement $\overrightarrow(D)\ $pour le champ magnétique est devenu le vecteur $\overrightarrow(H)$ - appelé vecteur d'intensité du champ magnétique.
Un champ magnétique n’affecte qu’une charge électrique en mouvement. Un champ magnétique est généré par le déplacement de charges électriques.
Champ magnétique d'une charge en mouvement. Champ magnétique d'une bobine avec courant. Principe de superposition
Le champ magnétique d’une charge électrique qui se déplace à vitesse constante a la forme :
\[\overrightarrow(B)=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(r)\right])(r^3)\left (1\droite),\]
où $(\mu )_0=4\pi \cdot (10)^(-7)\frac(H)(m)(in\SI)$ est la constante magnétique, $\overrightarrow(v)$ est la vitesse mouvement de la charge, $\overrightarrow(r)$ est le rayon vecteur qui détermine l'emplacement de la charge, q est l'ampleur de la charge, $\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(r)\right]$ est le produit vectoriel.
Induction magnétique d'un élément avec courant dans le système SI :
où $\ \overrightarrow(r)$ est le rayon vecteur tracé depuis l'élément courant jusqu'au point considéré, $\overrightarrow(dl)$ est l'élément du conducteur avec courant (la direction du courant est précisée), $ \vartheta$ est l'angle entre $ \overrightarrow(dl)$ et $\overrightarrow(r)$. La direction du vecteur $\overrightarrow(dB)$ est perpendiculaire au plan dans lequel se trouvent $\overrightarrow(dl)$ et $\overrightarrow(r)$. Déterminé par la bonne règle de vis.
Pour un champ magnétique, le principe de superposition est valable :
\[\overrightarrow(B)=\sum((\overrightarrow(B))_i\left(3\right),)\]
où $(\overrightarrow(B))_i$ sont des champs individuels générés par des charges en mouvement, $\overrightarrow(B)$ est l'induction totale du champ magnétique.
Exemple 1
Tâche : Trouver le rapport des forces d'interaction magnétique et coulombienne de deux électrons qui se déplacent avec les mêmes vitesses $v$ en parallèle. La distance entre les particules est constante.
\[\overrightarrow(F_m)=q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(B)\right]\left(1.1\right).\]
Le champ qui crée le deuxième électron en mouvement est égal à :
\[\overrightarrow(B)=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(r)\right])(r^3)\left (1.2\droite).\]
Soit la distance entre les électrons égale à $a=r\ (constante)$. On utilise la propriété algébrique produit vectoriel(Identité de Lagrange ($\left[\overrightarrow(a)\left[\overrightarrow(b)\overrightarrow(c)\right]\right]=\overrightarrow(b)\left(\overrightarrow(a)\overrightarrow(c )\right)-\overrightarrow(c)\left(\overrightarrow(a)\overrightarrow(b)\right)$))
\[(\overrightarrow(F))_m=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2)(a^3)\left[\overrightarrow(v)\left[\overrightarrow (v)\overrightarrow(a)\right]\right]=\left(\overrightarrow(v)\left(\overrightarrow(v)\overrightarrow(a)\right)-\overrightarrow(a)\left(\overrightarrow (v)\overrightarrow(v)\right)\right)=-\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2\overrightarrow(a)v^2)(a^3) \ ,\]
$\overrightarrow(v)\left(\overrightarrow(v)\overrightarrow(a)\right)=0$, puisque $\overrightarrow(v\bot )\overrightarrow(a)$.
Module de force $F_m=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2v^2)(a^2),\ $where $q=q_e=1.6\cdot 10^( -19 )Kl$.
Le module de la force coulombienne, qui agit sur un électron, dans le champ est égal à :
Trouvons le rapport des forces $\frac(F_m)(F_q)$ :
\[\frac(F_m)(F_q)=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2v^2)(a^2):\frac(q^2)((4 \pi (\varepsilon )_0a)^2)=(\mu )_0((\varepsilon )_0v)^2.\]
Réponse : $\frac(F_m)(F_q)=(\mu )_0((\varepsilon )_0v)^2.$
Exemple 2
Tâche : Un courant en forme de cercle de rayon R circule le long d'une bobine D.C. force I. Trouvez l’induction magnétique au centre du cercle.
Sélectionnons une section élémentaire sur le conducteur porteur de courant (Fig. 1) comme base pour résoudre le problème, nous utilisons la formule d'induction pour un élément de bobine porteur de courant :
où $\ \overrightarrow(r)$ est le rayon vecteur tracé depuis l'élément courant jusqu'au point considéré, $\overrightarrow(dl)$ est l'élément du conducteur avec courant (la direction du courant est précisée), $ \vartheta$ est l'angle entre $ \overrightarrow(dl)$ et $\overrightarrow(r)$. Basé sur la fig. 1 $\vartheta=90()^\circ $, donc (2.1) sera simplifié, en plus, la distance du centre du cercle (le point où l'on recherche le champ magnétique) de l'élément conducteur avec courant est constant et égal au rayon de virage (R), on a donc :
Tous les éléments actuels généreront des champs magnétiques dirigés le long de l’axe x. Cela signifie que le vecteur d'induction du champ magnétique résultant peut être trouvé comme la somme des projections des vecteurs individuels$\ \ \overrightarrow(dB).$ Ensuite, selon le principe de superposition, l'induction totale du champ magnétique peut être obtenue en passant à l'intégrale :
En remplaçant (2.2) dans (2.3), on obtient :
Réponse : $B$=$\frac((\mu )_0)(2)\frac(I)(R).$
Pour comprendre ce qu’est une caractéristique d’un champ magnétique, il faut définir de nombreux phénomènes. Dans le même temps, vous devez vous rappeler à l'avance comment et pourquoi cela apparaît. Découvrez quelle est la force caractéristique d’un champ magnétique. Il est important qu’un tel champ puisse se produire non seulement dans les aimants. À cet égard, il ne serait pas inutile de mentionner les caractéristiques du champ magnétique terrestre.
L'émergence du domaine
Il faut d’abord décrire l’émergence du domaine. Ensuite, vous pouvez décrire le champ magnétique et ses caractéristiques. Il apparaît lors du mouvement de particules chargées. Peut affecter en particulier les conducteurs sous tension. L'interaction entre un champ magnétique et des charges en mouvement, ou des conducteurs à travers lesquels circule le courant, se produit en raison de forces appelées électromagnétiques.
L'intensité ou la force caractéristique d'un champ magnétique en un certain point spatial est déterminée par induction magnétique. Ce dernier est désigné par le symbole B.
Représentation graphique du champ
Le champ magnétique et ses caractéristiques peuvent être représentés sous forme graphique à l'aide de lignes d'induction. Cette définition fait référence à des lignes dont les tangentes en tout point coïncideront avec la direction du vecteur induction magnétique.
Ces lignes entrent dans les caractéristiques du champ magnétique et servent à déterminer sa direction et son intensité. Plus l’intensité du champ magnétique est élevée, plus ces lignes seront tracées.
Que sont les lignes magnétiques
Les lignes magnétiques dans les conducteurs de courant droits ont la forme d'un cercle concentrique dont le centre est situé sur l'axe du conducteur donné. La direction des lignes magnétiques à proximité des conducteurs porteurs de courant est déterminée par la règle de la vrille, qui ressemble à ceci : si la vrille est positionnée de manière à être vissée dans le conducteur dans le sens du courant, alors le sens de rotation de la poignée correspond à la direction des lignes magnétiques.
Dans une bobine avec courant, la direction du champ magnétique sera également déterminée par la règle de la vrille. Il est également nécessaire de faire tourner la poignée dans le sens du courant dans les tours du solénoïde. La direction des lignes d'induction magnétique correspondra à la direction du mouvement de translation de la vrille.
C'est la principale caractéristique d'un champ magnétique.
Créé par un seul courant, dans des conditions égales, l'intensité du champ variera dans différents milieux en raison des différentes propriétés magnétiques de ces substances. Les propriétés magnétiques du milieu sont caractérisées par une perméabilité magnétique absolue. Elle se mesure en Henry par mètre (g/m).
Les caractéristiques du champ magnétique incluent la perméabilité magnétique absolue du vide, appelée constante magnétique. La valeur qui détermine combien de fois la perméabilité magnétique absolue du milieu différera de la constante est appelée perméabilité magnétique relative.
Perméabilité magnétique des substances
Il s'agit d'une quantité sans dimension. Les substances dont la valeur de perméabilité est inférieure à un sont appelées diamagnétiques. Dans ces substances, le champ sera plus faible que dans le vide. Ces propriétés sont présentes dans l’hydrogène, l’eau, le quartz, l’argent, etc.
Les milieux dont la perméabilité magnétique dépasse l'unité sont appelés paramagnétiques. Dans ces substances, le champ sera plus fort que dans le vide. Ces environnements et substances comprennent l'air, l'aluminium, l'oxygène et le platine.
Dans le cas de substances paramagnétiques et diamagnétiques, la valeur de la perméabilité magnétique ne dépendra pas de la tension du champ magnétisant externe. Cela signifie que la quantité est constante pour une certaine substance.
Un groupe spécial comprend les ferromagnétiques. Pour ces substances, la perméabilité magnétique atteindra plusieurs milliers ou plus. Ces substances, qui ont la propriété de s'aimanter et de renforcer un champ magnétique, sont largement utilisées en électrotechnique.
Intensité du champ
Pour déterminer les caractéristiques d'un champ magnétique, une valeur appelée intensité du champ magnétique peut être utilisée avec le vecteur d'induction magnétique. Ce terme détermine l'intensité du champ magnétique externe. La direction du champ magnétique dans un milieu avec propriétés identiques dans toutes les directions, le vecteur d'intensité coïncidera avec le vecteur d'induction magnétique au point du champ.
La force des ferromagnétiques s'explique par la présence en eux de petites pièces arbitrairement magnétisées, qui peuvent être représentées sous la forme de petits aimants.
Sans champ magnétique, une substance ferromagnétique peut ne pas avoir de propriétés magnétiques prononcées, car les champs des domaines acquièrent des orientations différentes et leur champ magnétique total est nul.
Selon la principale caractéristique du champ magnétique, si un ferromagnétique est placé dans un champ magnétique externe, par exemple dans une bobine avec du courant, alors sous l'influence du champ externe, les domaines tourneront dans la direction du champ externe. De plus, le champ magnétique au niveau de la bobine augmentera et l’induction magnétique augmentera. Si le champ externe est suffisamment faible, seule une partie de tous les domaines se retournera, dont les champs magnétiques sont proches de la direction du champ externe. À mesure que l'intensité du champ externe augmente, le nombre de domaines en rotation augmentera et, à une certaine valeur de la tension du champ externe, presque toutes les pièces tourneront de sorte que les champs magnétiques soient situés dans la direction du champ externe. Cette condition appelée saturation magnétique.
Relation entre l'induction magnétique et la tension
La relation entre l'induction magnétique d'une substance ferromagnétique et l'intensité du champ externe peut être représentée à l'aide d'un graphique appelé courbe de magnétisation. Au point où la courbe se courbe, le taux d’augmentation de l’induction magnétique diminue. Après la flexion, là où la tension atteint une certaine valeur, la saturation se produit et la courbe s'élève légèrement, prenant progressivement la forme d'une ligne droite. Dans cette zone, l'induction continue de croître, mais plutôt lentement et uniquement en raison d'une augmentation de l'intensité du champ externe.
La dépendance graphique des données de l'indicateur n'est pas directe, ce qui signifie que leur rapport n'est pas constant et que la perméabilité magnétique du matériau n'est pas un indicateur constant, mais dépend du champ externe.
Modifications des propriétés magnétiques des matériaux
Lorsque l'intensité du courant est augmentée jusqu'à saturation complète dans une bobine à noyau ferromagnétique puis diminuée, la courbe de magnétisation ne coïncidera pas avec la courbe de démagnétisation. Avec une intensité nulle, l'induction magnétique n'aura pas la même valeur, mais acquerra un certain indicateur appelé induction magnétique résiduelle. La situation dans laquelle l’induction magnétique est en retard sur la force magnétisante est appelée hystérésis.
Pour démagnétiser complètement le noyau ferromagnétique de la bobine, il est nécessaire de donner un courant inverse qui créera la tension nécessaire. Différentes substances ferromagnétiques nécessitent un morceau de différentes longueurs. Plus il est grand, plus la quantité d'énergie nécessaire à la démagnétisation est importante. La valeur à laquelle se produit une démagnétisation complète du matériau est appelée force coercitive.
Avec une nouvelle augmentation du courant dans la bobine, l'induction augmentera à nouveau jusqu'à saturation, mais avec une direction différente des lignes magnétiques. Lors d'une démagnétisation dans le sens opposé, une induction résiduelle sera obtenue. Le phénomène du magnétisme résiduel est utilisé pour créer des aimants permanents à partir de substances ayant un indice de magnétisme résiduel élevé. Les noyaux des machines et appareils électriques sont créés à partir de substances capables de se remagnétiser.
Règle de la main gauche
La force affectant un conducteur porteur de courant a une direction déterminée par la règle de la main gauche : lorsque la paume de la main vierge est positionnée de telle manière que les lignes magnétiques y pénètrent et que quatre doigts sont étendus dans le sens du courant dans le conducteur, le pouce plié indiquera la direction de la force. Cette force est perpendiculaire au vecteur induction et au courant.
Un conducteur porteur de courant se déplaçant dans un champ magnétique est considéré comme un prototype de moteur électrique qui transforme l'énergie électrique en énergie mécanique.
Règle de la main droite
Lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ magnétique, une force électromotrice est induite en son sein, qui a une valeur proportionnelle à l'induction magnétique, à la longueur du conducteur impliqué et à la vitesse de son déplacement. Cette dépendance est appelée induction électromagnétique. Lors de la détermination de la direction de la force électromotrice induite dans un conducteur, utilisez la règle main droite: lorsque la main droite est positionnée de la même manière que dans l'exemple avec la gauche, les lignes magnétiques entrent dans la paume, et le pouce indique la direction du mouvement du conducteur, les doigts étendus indiqueront la direction de l'EMF induit. Un conducteur se déplaçant dans un flux magnétique sous l'influence d'une force mécanique externe est l'exemple le plus simple d'un générateur électrique dans lequel l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique.
Cela peut être formulé différemment : dans une boucle fermée, une FEM est induite ; pour tout changement du flux magnétique couvert par cette boucle, la FEM dans la boucle est numériquement égale au taux de variation du flux magnétique qui couvre cette boucle.
Ce formulaire fournit un indicateur EMF moyen et indique la dépendance de l'EMF non pas au flux magnétique, mais au taux de son changement.
La loi de Lenz
Il faut aussi rappeler la loi de Lenz : le courant induit lorsque le champ magnétique traversant le circuit change, son champ magnétique empêche ce changement. Si les spires d'une bobine sont traversées par des flux magnétiques de différentes amplitudes, alors la FEM induite dans toute la bobine est égale à la somme des EDE dans les différentes spires. La somme des flux magnétiques des différentes spires de la bobine est appelée liaison de flux. L'unité de mesure de cette grandeur, ainsi que du flux magnétique, est Weber.
Lorsque le courant électrique dans le circuit change, le flux magnétique qu’il crée change également. Dans ce cas, selon la loi de l’induction électromagnétique, une force électromotrice est induite à l’intérieur du conducteur. Il apparaît en relation avec un changement de courant dans le conducteur, c'est pourquoi ce phénomène est appelé auto-induction, et la FEM induite dans le conducteur est appelée FEM d'auto-induction.
Liaison de flux et Flux magnétique dépendent non seulement de l'intensité du courant, mais également de la taille et de la forme d'un conducteur donné, ainsi que de la perméabilité magnétique de la substance environnante.
Inductance du conducteur
Le facteur de proportionnalité est appelé inductance du conducteur. Il fait référence à la capacité d’un conducteur à créer une liaison de flux lorsque l’électricité le traverse. C'est l'un des principaux paramètres des circuits électriques. Pour certains circuits, l'inductance est une valeur constante. Cela dépendra de la taille du circuit, de sa configuration et de la perméabilité magnétique du milieu. Dans ce cas, l'intensité du courant dans le circuit et le flux magnétique n'auront pas d'importance.
Les définitions et phénomènes ci-dessus fournissent une explication de ce qu'est un champ magnétique. Les principales caractéristiques du champ magnétique sont également données, à l'aide desquelles ce phénomène peut être défini.