Aimant - Définition
Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des propriétés particulières comme d'exercer une force d'attraction sur tout matériau ferromagnétique.
Applications des aimants
- Tout barreau aimanté s'oriente naturellement dans la direction nord-sud suivant les lignes du champ magnétique terrestre, pour peu qu'on lui laisse un axe de rotation libre de toutes contraintes. Cette propriété est utilisée dans la fabrication des boussoles.
- Les aimants sont très utilisés pour la réalisation de machines à courant continu ou de machines synchrones.
- L'existence de champ magnétique en l'absence de courant est mise à profit pour la réalisation de capteurs, par exemple des capteurs de proximité.
- Les aimants sont aussi utilisés dans la conception de sources dipolaires afin de produire des plasmas micro-onde. Il faut cependant que celui-ci permette de vérifier les conditions de couplage RCE (Résonance Cyclotronique Electronique) soit 0.0875 Tesla pour un champ électrique tournant de 2.45 GHz. En général les aimants utilisés sont en Samarium Cobalt.
Caractéristiques des aimants
Les aimants contiennent presque systématiquement des atomes d'au moins un des éléments chimiques suivants : fer, cobalt ou nickel, ou de la famille des Lanthanides (terres rares). Les aimants naturels sont des oxydes mixtes de Fer II et de Fer III de la famille des ferrites (oxyde mixtes d'un métal divalent et de Fer III). Ce sont des matériaux magnétiques durs (à cycle d'hystérésis large).
- Le champ rémanent est le champ magnétique existant dans le matériau en l'absence de courant.
- L'excitation coercitive de démagnétisation est l'excitation (champ magnétique créé par des courants circulant autour du matériau) qu'il faut produire pour démagnétiser ce matériau.
- La température de Curie : température pour laquelle le matériau perd (irréversiblement) son aimantation.
| Matériaux | Br en Tesla | Hc en kA/m | T° de Curie en °C | Remarques diverses |
|---|---|---|---|---|
| ferrites | 0,2 à 0,4 | 200 | 300 | les moins chers |
| Alnico | 1,2 | 50 | 750 à 850 | se démagnétisent trop facilement |
| Samarium cobalt | 0,5 | 800 | 700 à 800 | prix élevé à cause du cobalt |
| Néodyme fer bore | 1,3 | 1500 | 310 | prix en baisse (brevets), sujet à l'oxydation |
Calcul de la force de contact exercée par un aimant
Si l'on connaît l'intensité du champ magnétique
Ce travail s'est transformé en énergie du champ magnétique dans le volume créé entre l'aimant et le fer. La densité d'énergie due au champ magnétique est :
Ici
Le volume de l'espace créé entre l'aimant et le fer est égal à
On déduit la valeur de la force de contact :
Pour un aimant de 2,54 cm (1 pouce) de diamètre et produisant un champ égal à 1 tesla dans le circuit magnétique formé avec la pièce métallique au contact de laquelle il se trouve, la force obtenue est de 202 newtons, c'est-à-dire environ égale au poids de 20 kilogrammes.
