Qu'est-ce que l'imagerie?

Le magnétisation, également appelée aimantation ou polarisation magnétique, est la densité des moments dipolaires magnétiques induits dans un matériau magnétique lorsqu'ils sont placés près 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 par le spin des électrons ou des noyaux (Magnétisation et intensité magnétique, 2016).

D'un point de vue simple, il s'agit de convertir un matériau (généralement du fer) en un aimant. La magnétisation du nom 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 de magnétisation de la matière sur le terrain.

La magnétisation dépend de la taille des moments dipolaires des atomes dans 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, des domaines différents 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 servent à fabriquer des aimants permanents.

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

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

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

Définition et caractéristiques de la magnétisation

L'aimantation ou l'aimantation M d'un diélectrique est définie par:

                         (1)

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 aussi être écrite comme:

                        (2)

Où β est la magnétisabilité.

L'effet de l'aimantation est d'induire des densités de courant jointes dans un matériau

                    (3)

Et un ruisseau de surface joint à sa surface

                    (4)

Où est l'unité qui pointe 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 leurs 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 de classement à longue distance au niveau atomique qui entraîne l'alignement parallèle des spins des 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 pas normalement 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 entraîner l'alignement des domaines magnétiques et que le matériau est magnétisé.

Le champ d'entraînement magnétique sera alors augmenté d'un facteur important qui s'exprime normalement par une perméabilité relative du matériau. Il existe de nombreuses applications pratiques des matériaux ferromagnétiques, tels que l'électroaimant (Ferromagnetism, S.F.).

Depuis 1950, et particulièrement 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 grandeur 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 reste faiblement magnétique).

Cela se produit parce que l'énergie thermique est suffisante pour surmonter les forces 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 le gadolinium, 293 K (Encyclopædia Britannica, 2014).

Les matériaux sans propriétés magnétiques sont appelés diamagnétiques.C’est parce qu’ils présentent une paire de spin dans leurs orbitales atomiques ou leurs orbitales moléculaires.

Façons de magnétiser un matériau

1- Frottez un métal avec un aimant puissant

1. Rassemblez les matériaux nécessaires. Pour magnétiser le métal avec cette méthode, vous n'avez besoin que d'un aimant puissant et d'un morceau de métal à teneur en fer connue. Les métaux sans fer ne seront pas magnétiques.
2. Identifier le pôle Nord de l'aimant. Chaque aimant a deux pôles, un pôle nord et un pôle 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 jusqu'à la fin. Avec une pression ferme, faites passer l'aimant 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. À plusieurs reprises, caresser le métal donne aux atomes plus de possibilités de s'aligner.
4. Essayez le magnétisme. Touchez le métal contre un tas de clips ou essayez de le coller sur votre réfrigérateur. Si les clips restent collés ou restent dans le réfrigérateur, le métal est suffisamment magnétisé. Si le métal ne magnétise pas, continuez de 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, revérifiez le magnétisme. Répétez jusqu'à ce que l'aimant soit assez fort pour ramasser les clips. Si on le frotte dans la direction opposée avec le pôle Nord, il va vraiment démagnétiser le métal (How to Magnetize Metal, S.F.).

2- Créer un électroaimant

1. Pour fabriquer un électro-aimant, vous aurez besoin d'un fil de cuivre isolé, d'un morceau de métal à teneur en fer connue, d'une batterie de 12 volts (ou d'une autre source d'alimentation en courant continu), de séparateurs de fil et de ruban isolant.
2. Enroulez le fil isolé autour du morceau 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 s'enroule, plus l'aimant sera fort. Laissez également une queue à l'autre extrémité du fil.
3. Retirez les extrémités du fil de cuivre. En utilisant les déchiqueteuses, retirez au moins ¼ ​​pouce à ½ pouce des deux extrémités du fil. Le cuivre doit être exposé de sorte qu'il puisse entrer en contact avec la source d'alimentation et 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 métal du câble touche le fil du terminal. Avec l'autre câble, enveloppez-le et fixez-le autour de la borne positive de la batterie.
5. Essayez le magnétisme. Lorsque la batterie est correctement connectée, elle fournit un courant électrique qui fait que les atomes de fer s'alignent pour créer des pôles magnétiques. Cela conduit au métal qui est magnétisé. Touchez le métal contre des clips et voyez si vous pouvez les ramasser (Ludic Science, 2015).

Références

1. Edwin Kashy, S. B. (2017, 25 janvier). Magnétisme. Récupéré de britannica.com.
2. Encyclopædia Britannica. (2014, 2 mars). Ferromagnétisme. Récupéré de britannica.com.
3. Ferromagnétisme. (S.F.). Récupéré de hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
4. Griffiths, D. J. (1998). Introduction à l'électrodynamique, 3ème éd ... Falaises d'Englewood, New Jersey: Prentice-Hall.
5. Comment magnétiser le métal. (S.F.). Récupéré de wikihow.com.
6. Science Ludique (2015, 8 mai). Magnétisation avec électricité. Récupéré de youtube.
7. Magnétisation et intensité magnétique. (6 octobre 2016). Récupéré de byjus.com.
8. Weisstein, E. W. (2007). Magnétisation. Récupéré de scienceworld.wolfram.com.