Feromagnetique

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  • Publié le : 20 juin 2011
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Terminale STI

Milieux ferro ou ferrimagnétiques

Milieux ferro ou ferrimagnétiques
Ce chapitre permet de comprendre un aspect du fonctionnement des machines tournantes et des transformateurs.

1 Définitions
Corps ferromagnétiques : corps cristallins pouvant être aimantés (Fe, Gd, Fe3C). L’aimantation peut être grande et reste permanente en l’absence de champ extérieur. Corpsferrimagnétiques : cristaux (les ferrites) dont les propriétés magnétiques se situent entre celles des antiferromagnétiques (qui ne peuvent être aimantés) et les ferromagnétiques. Excitation ou champ magnétique H (A.m-1): le champ magnétique H est crée dans le vide par toute charge électrique en mouvement ou par un aimant permanent. Le champ magnétique r H ne dépend que de la source.
r r Induction magnétiqueB (en Tesla, T):ren présence de matière, le champ H induit dans cette matière une polarisation magnétique J (une orientation et une agitation des molécules ou r des atomes de la matière) dons les effets s’ajoutentrà ceux de H et on est conduit à définir un r r r nouveau vecteur, l’induction magnétique B = μ0 .H + J = μ0 .μr .H .
r r

r L’induction magnétique B dépend de la source et du point demesure.

r r B = μ 0 .μ r . H

Perméabilité du vide : μ0 = 4. .10-7 H.m-1. Perméabilité relative (par rapport au vide) : μr (sans dimension - μr peut varier en fonction de paramètre telle que la température.). Perméabilité : μ = μ0.μr (H.m-1). Bien que les vrais termes sont ceux utilisés ci-dessus, on rencontre souvent les appellations suivantes: r • B , champ magnétique, champ d’inductionmagnétique, densité de flux magnétique, intensité de l’induction magnétique. r • B = B , intensité de l’induction magnétique. r • H = H , intensité du champ magnétique.

2 Expérimentations
2.1 Lignes de champs
Un champ magnétique uniforme est crée à l’aide de deux aimants. En présence d’un élément ferromagnétique les lignes de champ se concentrent pour passer à travers le milieu ferromagnétique.20/5/98 © Claude Divoux, 1999 1/5

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Explication : sous l’effet de B, le corps ferromagnétique subit une aimantation et crée un champ magnétique qui s’ajoute au premier. Le champ total est donc plus intense autour du corps ferromagnétique.

2.2 Mesure de l induction magnétique
Une bobine est parcourue par un courant de 1 A. Sans noyauferromagnétique, l’intensité de l’induction magnétique est de 4 mT, avec le noyau ferromagnétique elle est de 40 mT. Pour le mêmes raisons qu’au §2.1, B est 10x plus intense avec le noyau. Remarque : H est le même pour les deux mesures. On peut déterminer une valeur approchée de la perméabilité relative du noyau ferromagnétique.
H= B0 et B = μ 0 μr H = μ r B0 μ0

μr =

B 40 = = 10 B0 4

3Courbe de première aimantation, cycle d hystérésis
Ces courbes montrent comment un corps ferromagnétique réagit à l’excitation magnétique H. Courbe de première aimantation : courbe B = f(H) lorsque le corps ferromagnétique ne possède aucune aimantation. Cycle d’hystérésis : courbe B = f(H) lorsque le corps ferromagnétique possède une déjà une aimantation.

20/5/98 © Claude Divoux, 1999

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• Zone linéaire : dans cette zone, B = μ.H avec μ constante. C’est cette zone qui est généralement exploitée pour les transformateurs et les machines tournantes. • Saturation du milieu ferromagnétique : lorsque H devient trop grand, B ne varie presque plus. Le matériau magnétique est dit saturé. On a toujours B = μ.H, mais μ n’est plus constant.• Champ rémanent Br : champ qui subsiste lorsque H = 0 (i1 = 0). • Excitation coercitive Hc : excitation H nécessaire pour annuler le champ rémanent Br. • Hystérésis : c’est le dédoublement de la caractéristique B(H) du matériau magnétique. Donc B dépend non seulement de H, mais aussi de l’aimantation antérieure. Les substances ferromagnétiques sont douées de mémoire.
Remarque : hystérésis =...
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