Rémanence

Qu'est-ce que la rémanence magnétique exactement ? - Définition

Le terme rémanence magnétique, ou densité de flux rémanent, décrit la magnétisation d'un matériau ferromagnétique après que le champ magnétique externe a été épuisé . Cela signifie un certain magnétisme résiduel ou une magnétisation résiduelle d'un matériau.

La densité de flux magnétique indique la force de la rémanence magnétique. Elle est mesurée en unités de Gauss ou de Tesla, avec l'affectation suivante : 10 000 Gauss = 1 Tesla

Un exemple de matériau ferromagnétique à rémanence élevée est le fer. Il peut être magnétisé lorsqu'il est exposé à un champ magnétique pendant une certaine période. La rémanence renseigne donc sur la force de cette aimantation. La rémanence maximale peut être déterminée à l'aide d'une courbe d'hystérésis : elle est différente pour chaque matériau. La rémanence est particulièrement forte dans les matériaux ferromagnétiques. Le champ magnétique du matériau est dirigé dans la direction opposée au champ extérieur.

Matériaux ferromagnétiques rémanents

Les trois éléments qui présentent des propriétés ferromagnétiques à température ambiante sont :

Nickel
Cobalt
Fer

Outre ces éléments, il existe également divers alliages et composés aux propriétés ferromagnétiques. Certains éléments ne deviennent ferromagnétiques qu'à très basse température, par exemple les éléments dits supraconducteurs. Les matériaux aux propriétés ferromagnétiques présentent un effet de rémanence très fort après la désactivation du champ magnétique externe ou de la magnétisation (contrairement aux paramagnétiques, par exemple).

Rémanence dans la vie quotidienne

Des vestiges peuvent également être observés dans la vie quotidienne : Si, par exemple, vous exposez une paire de ciseaux ou une épingle à un champ magnétique puissant, les objets sont attirés par les objets contenant du fer. Une épingle à aimantation rémanente peut, par exemple, coller sur un radiateur ou servir de base à une boussole maison.

Boussole magnétique DIY par remanence

Les matériaux suivants sont nécessaires :

une épingle aimantée
un fragment de polystyrène
un bol d'eau

Placez maintenant simplement la broche aimantée sur le morceau de polystyrène et laissez-la flotter dans l’eau. Il s'alignera désormais automatiquement sur le champ magnétique terrestre - à condition qu'il n'y ait pas d'autres champs magnétiques influents - et fonctionnera ainsi comme une boussole.

Principes physiques de la rémanence

Nous savons qu’une substance est composée de différents atomes. Dans les métaux, ils se combinent pour former un réseau. Chaque atome a à son tour :

Noyaux atomiques constitués de protons
Neutrons, si nécessaire
Une coquille composée d'électrons

La rotation comme clé de la rémanence magnétique : l'électrospin

Les électrons ont ce qu'on appelle le spin électronique. Ceci est responsable des propriétés magnétiques. La rémanence est donc directement liée à ce spin. Dans les cours de physique, l'aimantation est représentée par de petites flèches en matériau ferromagnétique. Ils s'alignent et forment un champ magnétique. Les petites flèches représentent donc les aimants élémentaires. En fait, ce ne sont rien d’autre que les spins des électrons. Sans champ magnétique externe, ils n’ont aucun ordre et sont en mouvement constant. Comme pour tout corps, le mouvement des atomes augmente à des températures plus élevées. Un matériau ferromagnétique est donc normalement non magnétique par nature - après tout, les pôles des nombreux spins des électrons élémentaires ou des aimants pointent dans toutes les directions possibles, qui changent également constamment.

Du chaos à l'ordre magnétique

État naturel : Sans champ magnétique externe, les spins des électrons sont désordonnés.
État naturel : Sans champ magnétique externe, les spins des électrons sont désordonnés
Effet de rémanence : l'alignement reste même après la suppression du champ magnétique, si la température n'est pas trop élevée

Rôle de l'interaction d'échange

Interaction d’échange – concevable comme le niveau d’énergie le plus bas possible entre les spins électroniques respectifs. Par conséquent, le matériau conserve ses propriétés magnétiques même après le retrait de l’aimant.

L'alignement parallèle des spins est maintenu/li>
Un pôle magnétique permanent nord et sud est créé

Comment la rémanence peut-elle être inversée ?

Si l'aimant est exposé aux conditions suivantes, il est possible que la rémanence disparaisse :

Impact mécanique : en raison de fortes vibrations
Stress thermique : en raison de la forte chaleur
Contre-force magnétique : en raison de champs magnétiques opposés

La température de Curie comme point critique

Pour une démagnétisation complète par la chaleur, la température de Curie spécifique du matériau doit être atteinte :

Nickel : 358 °C
Fer : 768 °C
Cobalt : 1127 °C

Toutefois, dans le cas de chocs, il n’existe pas de seuil exact pour la disparition complète du reliquat.

Bases énergétiques de la démagnétisation

Fondamentalement, les aimants doivent être alimentés en énergie pour les démagnétiser. Pourquoi ? Eh bien, vous pouvez imaginer qu’une certaine quantité d’énergie est stockée dans un aimant grâce à l’alignement des spins individuels des électrons. Cela peut être spécifié par la densité d'énergie magnétique.

Qualité de l'aimant et sa détermination

La quantité de produit énergétique et le température de fonctionnement maximale est le facteur déterminant pour la qualité de l'aimant. Ceci est indiqué par le produit énergétique suivi d'une combinaison de lettres pour la qualité, par exemple "N" pour 80 °C.

Plus la qualité est élevée ;

plus la force magnétique est grande
plus le reste résultant est grand

Hystérésis et magnétisation

La courbe d'hystérésis montre qu'il n'y a pas de proportionnalité stricte entre l'aimantation d'un matériau ferromagnétique et la variation du champ magnétique externe. Ceci explique pourquoi la rémanence persiste même après la suppression du champ magnétique externe.