Qu'est-ce que l'imagerie?

La magnétisation, également appelée magnétisation ou polarisation magnétique, est la densité des moments dipolaires magnétiques induits dans un matériau magnétique placé à proximité d'un aimant.

Les effets magnétiques d'un matériau peuvent également être induits en faisant passer un courant électrique à travers le matériau.

L'effet magnétique est causé par le mouvement des électrons dans les atomes, ou le spin des électrons ou des noyaux (Magnétisation et intensité magnétique, 2016).

En termes simples, il s’agit de la conversion d’un matériau (généralement du fer) en un aimant. Le nom aimantation dérive du mot français aimantation qui se traduit par aimant.

Lorsqu'elle est placée dans un champ non homogène, la matière est attirée ou repoussée dans la direction du gradient du champ. Cette propriété est décrite par la susceptibilité magnétique de la matière et dépend du degré d'aimantation de la matière dans le champ.

La magnétisation dépend de la taille des moments dipolaires des atomes d'une substance et du degré d'alignement des moments dipolaires.

Certains matériaux, tels que le fer, présentent de très fortes propriétés magnétiques, dues à l'alignement des moments magnétiques de leurs atomes dans certaines petites régions appelées domaines.

Dans des conditions normales, différents domaines ont des champs qui s'annulent, mais ils peuvent également être alignés pour produire des champs magnétiques extrêmement importants.

Plusieurs alliages, tels que le NdFeB (un alliage de néodyme, de fer et de bore), maintiennent leurs domaines alignés et sont utilisés pour fabriquer des aimants permanents.

Le fort champ magnétique produit par un aimant typique de ce matériau d'une épaisseur de trois millimètres est comparable à un électro-aimant constitué d'une boucle de cuivre transportant un courant de plusieurs milliers d'ampères. En comparaison, le courant dans une ampoule typique est de 0, 5 ampères.

Puisque l'alignement des domaines d'un matériau produit un aimant, la désorganisation de l'alignement ordonné détruit les propriétés magnétiques du matériau.

L'agitation thermique résultant du chauffage d'un aimant à une température élevée détruit ses propriétés magnétiques (Edwin Kashy, 2017).

Définition et caractéristiques de la magnétisation

La magnétisation ou la magnétisation M d'un diélectrique est définie par:

Où N est le nombre de dipôles magnétiques par unité de volume et µ le moment magnétique dipolaire par dipôle (Griffiths, 1998). La magnétisation peut également être écrite comme:

Où β est la magnétisabilité.

L'aimantation a pour effet d'induire des densités de courant jointes dans un matériau

Et un courant de surface joint sur sa surface

Où l'unité est-elle dirigée vers l'extérieur normal (Weisstein, 2007).

Pourquoi certains matériaux peuvent-ils être magnétisés alors que d'autres ne le peuvent pas?

Les propriétés magnétiques des matériaux sont associées à l'appariement des spins dans leurs atomes ou molécules. C'est un phénomène de mécanique quantique.

Des éléments tels que le nickel, le fer, le cobalt et certaines des terres rares (dysprosium, gadolinium) présentent un comportement magnétique unique appelé ferromagnétisme, le fer étant l'exemple le plus courant et le plus dramatique.

Ces matériaux ferromagnétiques présentent un phénomène d’ordre à longue portée au niveau atomique qui entraîne l’alignement parallèle des spins d’électrons non appariés dans une région appelée le domaine.

Dans le domaine, le champ magnétique est intense, mais dans un échantillon global, le matériau ne sera normalement pas magnétisé car les nombreux domaines seront orientés de manière aléatoire les uns par rapport aux autres.

Le ferromagnétisme se manifeste par le fait qu'un petit champ magnétique imposé de l'extérieur, par exemple par un solénoïde, peut amener les domaines magnétiques à s'aligner les uns aux autres et que le matériau est magnétisé.

Le champ de commande magnétique sera alors augmenté d’un facteur important, normalement exprimé en tant que perméabilité relative du matériau. Il existe de nombreuses applications pratiques des matériaux ferromagnétiques, tels que l'électroaimant (ferromagnétisme, SF).

Depuis 1950, et en particulier depuis 1960, il a été découvert que plusieurs composés à liaison ionique sont ferromagnétiques, dont certains sont des isolants électriques. D'autres ont une conductivité de magnitude typique des semi-conducteurs.

Au-dessus du point de Curie (également appelé température de Curie), l’aimantation spontanée du matériau ferromagnétique disparaît et devient paramagnétique (c’est-à-dire qu’elle reste faiblement magnétique).

Cela est dû au fait que l’énergie thermique est suffisante pour surmonter les efforts d’alignement interne du matériau.

Les températures de Curie pour certains matériaux ferromagnétiques importants sont les suivantes: fer, 1043 K; Cobalt, 1394 K; Nickel, 631 K; Et gadolinium, 293 K (Encyclopædia Britannica, 2014).

Les matériaux qui n'ont pas de propriétés magnétiques sont appelés diamagnétiques. En effet, ils présentent un appariement de spin dans leurs orbitales atomiques ou leurs orbitales moléculaires.

Façons de magnétiser un matériau

1- Frottez un métal avec un puissant aimant

1. Rassemblez le matériel nécessaire. Pour magnétiser le métal avec cette méthode, vous n'avez besoin que d'un aimant puissant et d'un morceau de métal avec une teneur en fer connue. Les métaux sans fer ne seront pas magnétiques.
2. Identifiez le pôle nord de l'aimant. Chaque aimant a deux pôles, un nord et un sud. Le pôle nord est le côté négatif, tandis que le pôle sud est le côté positif. Certains aimants ont les pôles étiquetés directement sur eux.
3. Frottez le pôle nord du centre du métal à la fin. Avec une pression ferme, passez l'aimant rapidement à travers le morceau de métal. Le fait de frotter l'aimant à travers le métal aide les atomes de fer à s'aligner dans une direction. Caresser le métal à plusieurs reprises donne aux atomes plus de possibilités de s'aligner.
4. Testez le magnétisme. Touchez le métal contre un tas de clips ou essayez de le coller sur votre réfrigérateur. Si les clips collent ou restent dans le réfrigérateur, le métal est suffisamment magnétisé. Si le métal ne magnétise pas, continuez à frotter l'aimant dans le même sens à travers le métal.
5. Continuez à frotter l'aimant contre l'objet pour augmenter le magnétisme. Assurez-vous de frotter l'aimant dans le même sens à chaque fois. Après dix coups, revérifier le magnétisme. Répétez l'opération jusqu'à ce que l'aimant soit suffisamment puissant pour ramasser les clips. Si on le frotte dans le sens opposé avec le pôle Nord, cela va vraiment démagnétiser le métal (Comment magnétiser le métal, SF).

2- Créer un électroaimant

1. Pour fabriquer un électro-aimant, vous aurez besoin d'un fil de cuivre isolé, d'une pièce de métal avec une teneur en fer connue, d'une batterie de 12 volts (ou d'une autre source d'alimentation CC), de séparateurs de fil et de coupeurs électriques, ainsi que de ruban isolant.
2. Enroulez le fil isolé autour de la pièce de métal. Prenez le fil et laissez une queue d'environ un pouce, enroulez le fil autour du métal quelques dizaines de fois. Plus la bobine est enveloppée, plus l'aimant sera puissant. Laissez une queue à l'autre bout du fil également.
3. Retirez les extrémités du fil de cuivre. À l’aide des déchiqueteuses, retirez au moins ¼ ​​de pouce à ½ pouce des deux extrémités du fil. Le cuivre doit être exposé de manière à pouvoir entrer en contact avec la source d'alimentation et à fournir de l'électricité au système.
4. Connectez les câbles à la batterie. Prenez un bout de fil dénudé et enroulez-le autour de la borne négative de la batterie. À l’aide d’un ruban isolant, fixez-le et assurez-vous que le fil métallique touche le fil de la borne. Avec l’autre câble, enroulez-le et fixez-le autour de la borne positive de la batterie.
5. Testez le magnétisme. Lorsque la batterie est correctement connectée, elle fournit un courant électrique qui aligne les atomes de fer en créant des pôles magnétiques. Cela conduit au métal qui est magnétisé. Touchez le métal contre certains clips et voyez si vous pouvez les ramasser (Ludic Science, 2015).