Aimant permanent : Comment ça marche?

Explication simplifiée

Un aimant permanent est appelé 'aimant permanent' parce que son magnétisme est 'constamment présent', car il génère son propre champ magnétique constant.

Chaque aimant permanent génère un champ magnétique, comme tout autre aimant, qui circule autour de l'aimant selon un schéma différent.

Tout comme si on couperait la planète Terre à son équateur, nous retrouverions un pôle Nord et un pôle Sud.

La taille du champ magnétique est liée à la taille de l'aimant et à sa force. La façon la plus simple de voir un champ magnétique généré par un aimant permanent est de disperser les garnitures de fer autour d'un barreau aimanté, qui sont rapidement orientés le long des lignes de champ.

Chaque aimant permanent a deux pôles, appelés Nord et Sud. Des pôles similaires se repoussent tandis que des pôles opposés s'attirent.

Il faut beaucoup d'efforts pour maintenir les pôles répulsifs d'un aimant ensemble, tandis qu'un effort est nécessaire pour retirer les pôles d'attraction.

Explication plus avancée avec faits scientifiques

(Crédit à : Wikipedia)

Matériaux ferromagnétiques

Le fer, le cobalt et le nickel sont trois types d'éléments ferromagnétiques qui constituent les éléments de base d'un aimant.

Les matériaux ferromagnétiques ont des électrons non appariés dans leurs atomes. Ces électrons tournent toujours et créent leur propre champ magnétique.

Lois de la physique

Un atome est constitué d'un certain nombre d'électrons chargés négativement, en orbite autour d'un noyau chargé positivement. Ces électrons possèdent également une quantité appelée spin, qui est à peu près analogue à une toupie. La combinaison des mouvements orbitaux et de spin s'appelle le moment cinétique de l'électron. Le moment angulaire est peut-être plus facilement compris dans le cas de la Terre : la Terre tourne autour d'un axe central, ce qui signifie qu'elle a un moment angulaire autour de cet axe. Les planètes ont également un moment angulaire lorsqu'elles tournent autour du soleil.

Maintenant, le moment angulaire d'un électron est une quantité vectorielle, ce qui signifie qu'il a une direction. Le mouvement de l'électron produit un courant, qui à son tour génère un petit champ magnétique dans la direction donnée par le moment cinétique. Ainsi un atome peut se comporter comme un dipôle, c'est-à-dire « deux pôles ». La direction du moment angulaire orbital et de spin de l'électron détermine la direction du champ magnétique pour l'électron et l'atome entier, lui donnant ainsi les pôles « nord » et « sud ». Différents atomes ont des arrangements différents d'électrons dans leurs orbites et ont donc des moments angulaires et des propriétés dipolaires différents.

Un matériau ferromagnétique est composé de nombreux aimants microscopiques appelés domaines. Chaque domaine est une région de l'aimant, constituée de nombreux dipôles atomiques, tous pointant dans la même direction. Un fort champ magnétique va aligner les domaines d'un ferromagnétique, ou en d'autres termes, le magnétiser. Une fois le champ magnétique supprimé, les domaines resteront alignés, créant un aimant permanent. Cet effet est connu sous le nom d'hystérésis.

Peu de matériaux sont réellement ferromagnétiques ; cependant, toutes les substances ont une nature diamagnétique. Le diamagnétisme signifie que les molécules d'une substance s'aligneront sur un champ magnétique externe. Le champ magnétique externe induit des courants dans le matériau, qui à leur tour entraînent un champ magnétique interne dans la direction opposée. Cet effet est généralement assez faible et disparaît lorsque le champ magnétique externe est supprimé.

Certains matériaux sont paramagnétiques. C'est le cas lorsque les mouvements orbitaux et de spin des électrons dans un matériau ne s'annulent pas complètement, de sorte que les atomes individuels agissent comme des dipôles magnétiques. Ces dipôles sont orientés au hasard, mais s'aligneront sur un champ magnétique externe. Cependant, lorsque le champ est supprimé, le matériau n'est plus magnétisé. Encore une fois, cet effet est généralement faible. Ni les matériaux diamagnétiques ni paramagnétiques ne présentent de domaines magnétiques.

Le comportement atomique des matériaux magnétiques est en réalité considérablement plus compliqué que cela, car il repose sur la théorie de la mécanique quantique. La mécanique quantique est la théorie de la physique utilisée pour décrire le comportement de minuscules particules telles que les électrons ; comme la théorie électromagnétique, elle est complexe et implique des mathématiques avancées.

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