Depuis près de 3 000 années, les matériaux magnétiques font partie du quotidien de l’humanité. Ces derniers correspondent à l'origine des aimants. C’est en Asie mineure et en Chine notamment que les aimants ont été découverts. Plus tard, des études ont permis de constater que le champ magnétique est spécialement produit par une charge électrique. Toutefois, le mystère demeure en ce qui concerne les matières qui ont tendance à s’attirer où se repousser. Tous les secrets cachés depuis toutes ces années sont révélés dans ce dossier.
À la base, il faut comprendre que le magnétisme est un concept qui peut être pris en compte d'un point de vue général ou d'un point de vue scientifique. De façon générale, un matériau est considéré comme étant magnétique lorsqu’il dispose d’une force d’attirance avec d’autres corps. Scientifiquement par contre, les matériaux magnétiques sont considérés comme des corps qui présentent des réactions physiques suite au mouvement de charges électriques.
D’après l’expérience œrsted, il est prouvé qu’un fil rectiligne qui laisse circuler du courant électrique en son sein peut faire bouger l’aiguille d’une boussole. Bien que de nombreux corps puissent présenter des caractéristiques magnétiques, il faut souligner qu’il est indispensable que le champ magnétique dans lequel ils se trouvent soit intense.
À l’instar du courant électrique, il n’est envisageable de ne constater que les effets du magnétisme. Ainsi, vous ne pouvez pas voir à vue d’œil les lignes de force qui gravitent. Alors, le phénomène du SPIN représente en réalité la rotation des électrons sur eux-mêmes dans un atome.
L’or et l’argent sont des matériaux qui sont utilisés tous les jours à travers le monde. Que ce soit à travers des bijoux ou des pièces de monnaie, l’or et l’argent sont des matières qui n’échappent pas à l’attention. Cependant, en ce qui concerne la question de savoir s’il s’agit ou non de matériaux ferromagnétiques, la réponse est négative. En effet, il faut remarquer que les aimants n’attirent pas l’or et l’argent. Ce sont plutôt des matériaux diamagnétiques. Comme il est possible de le remarquer, ces corps sont légèrement repoussés par les aimants. Toutefois, à titre exceptionnel, il peut arriver qu’un lingot d’or soit attiré par un aimant. Ce cas de figure est typiquement envisageable si le lingot est contaminé par des métaux ferromagnétiques.
Comme l’or et l’argent, l’aluminium ne fait pas partie des matériaux ferromagnétiques. Il s’agit plutôt d’un corps paramagnétique. En d’autres termes, sa capacité d’attraction envers un aimant est faible. Parfois même, il arrive de penser que l’aluminium ne saurait en aucun cas être attiré par des aimants.
De toute évidence, le cuivre n’est pas fortement attiré par les aimants. Le constat le plus général, c’est une très faible répulsion. Il appartient donc à la famille des matériaux diamagnétiques, tout comme l’or et l’argent.
L’acier inoxydable étant une mixture de plusieurs corps, il ne peut être qualifié de ferromagnétique ou non à première vue. Lorsqu’il présente des caractéristiques ferromagnétiques, on parle d’acier ferritique. Dans le cas contraire, il s’agit d’un acier austénitique.
Il existe trois grandes familles de matériaux magnétiques : les matériaux ferromagnétiques, les matériaux paramagnétiques et les matériaux diamagnétiques. Pour facilement les distinguer, il suffit de prendre en considération le champ magnétique de leurs atomes respectifs. Aussi, il faut s’en tenir au moment magnétique d’une parcelle de corps disposant d’un grand nombre d’atomes.
Au nombre des matériaux magnétiques, il y a la catégorie des options ferromagnétique. Leur caractéristique principale, c’est qu’elles peuvent être fortement magnétisées. Dans les faits, leur niveau de magnétisation s’accorde avec le champ magnétisant. À titre d’exemples, on peut considérer le fer, l’acier, le nickel et le cobalt comme des matériaux ferromagnétiques.
À l’intérieur de chacun de ces matériaux, on peut constater au microscope optique de petits domaines qui ont tendance à s’aligner. Ils deviennent donc fortement attirants, car lesdits domaines se dirigent dans le sens du champ magnétique extérieur. L’autre détail important à savoir en ce qui concerne les matériaux ferromagnétiques, c’est qu’ils peuvent rester aimantés sur une longue durée. Cela est principalement dû au phénomène de l'Hystérésis magnétique.
D’un autre côté, on a les matériaux paramagnétiques qui ont une capacité d’aimantation faible dans le champ magnétisant. Ils cessent d’être des aimants lorsque le champ magnétisant est écarté. Dans cette catégorie, il y a par exemple, la platine, l’aluminium et le manganèse. De façon plus simple, les matériaux paramagnétiques deviennent aimantés seulement s’ils sont sous l’effet d'un champ magnétique extérieur. Leur capacité à s’attacher est très faible, car ce sont les conditions de l’environnement qui les rendent.
Le troisième type de matériau magnétique est qualifié de diamagnétique. En effet, les corps appartenant à cette catégorie ont une très faible capacité à s’aimanter, surtout dans le sens opposé au champ magnétisant. L’or, l’argent, le cuivre et le zinc sont considérés comme des matériaux diamagnétiques. Pour cette famille de matériaux ferromagnétiques, on peut tout de suite remarquer que le champ magnétique externe les repousses et ils en font de même. Finalement, c’est une réaction de répulsion qui est observée.
De coutume, les deux termes sont utilisés pour désigner la même chose, ce qui est complètement erroné. Il existe bel et bien une nuance entre un matériau magnétique et un autre ferromagnétique. Alors, pour établir la différence entre les deux termes, un corps est qualifié de « ferromagnétique » si un aimant parvient à y adhérer. Par contre, on parle de matériau magnétique lorsque celui-ci se comporte comme une surface aimantée.
Pour mieux comprendre la notion de moment magnétique atomique, il faut considérer chaque famille de corps ferromagnétiques. Dans le cas des matériaux diamagnétiques, le moment magnétique est nul. Ce qui n’est pas le cas chez les matériaux paramagnétiques. Cependant, il faut remarquer que les moments de l’ensemble des atomes sont nuls pour cette catégorie.
Au niveau du champ magnétique, on peut tout de suite savoir qu’il s’agit de l’environnement qui se trouve autour d’un aimant permanent. Il est même possible de représenter le champ magnétique d’un aimant en recourant à des lignes de force magnétiques qui sont semblables aux segments de forces électroniques. La particularité ici, c’est que les lignes dont il s’agit pour le champ magnétique ne partent pas d’un point. Elles sont plutôt représentées par des boucles.
En tout premier lieu, le ferromagnétisme servait à identifier des matériaux qui ont la capacité d’attirer des aimants. Autrement dit, un objet est considéré comme ferromagnétique lorsqu’il présente des propriétés magnétiques. Pour que les conditions soient réunies, il est tout aussi indispensable que le matériau ne se trouve pas dans un champ magnétique externe.
Désormais, une définition encore plus stricte du ferromagnétisme est utilisée. Un matériau est qualifié de ferromagnétique si seulement tous les spins magnétiques qui composent son environnement participent à l’aimantation. Par contre, lorsqu’une partie des spins ne participent pas à l’aimantation, il ne s’agit plus d’un matériau ferromagnétique, mais plutôt « ferromagnétique ».
Au nombre des grands travaux scientifiques ayant marqué l’étude des propriétés ferromagnétiques, il y a les expériences d'Aleksandr Stoletov. C’est d’ailleurs à ce dernier que nous devons la courbe de Stoletov qui permet de déterminer la perméabilité magnétique d’un matériau ferromagnétique.
Avant toute chose, il faut préciser que les matériaux ferromagnétiques doux ont une facilité à s’aimanter lorsqu’ils se trouvent dans un champ magnétique extérieur. La toute première particularité qui les distingue de la catégorie des corps ferromagnétiques durs, c’est qu’il n’est pas nécessaire d’exercer une grande force pour empêcher ou créer l’aimantation. Les éléments composant les matériaux ferromagnétiques doux sont entre autres : le fer, le nickel, le magnésium, le silicium, le cobalt. Somme toute, on peut considérer les matériaux amorphes et les matériaux polycristallins comme des corps ferromagnétiques doux.
Dans la seconde catégorie, c’est-à-dire celle des matériaux ferromagnétiques durs, il faut remarquer que les corps ont une facilité à s’aimanter naturellement. La particularité ici, c’est qu’un champ magnétique extérieur n’est pas requis. Pour la petite information, le cycle d’hystérésis est relativement aplati et allongé sur l’axe des abscisses chez les matériaux ferromagnétiques durs. Par contre, lorsqu’ils sont doux, ledit cycle est fin et s’étend vers le haut.
Au nombre des matériaux ferromagnétiques les plus connus, il y a :
En dehors de cette catégorie qui est connue pour être très attirante, il y a une autre famille de matériaux ferromagnétiques qui ont une capacité d’attraction faible. Il s’agit des métaux tels que :
Pour que cette catégorie de matériaux présente des réactions physiques d’attraction, il faut nécessairement que les conditions extérieures soient propices.
Tout d’abord, la température a un impact considérable sur l’ordre magnétique. La température maximale au bout de laquelle un matériau ferromagnétique devient paramagnétique est surnommée : La température de Curie (Tc). Au fur et à mesure que la température augmente, l’entropie ou encore l’agitation thermique empêche les tendances ferromagnétiques des deux pôles du matériau de s’aligner.
En d’autres termes, lorsque la température de Curie est atteinte, le système ferromagnétique du matériau n’arrive plus à maintenir ses propriétés habituelles. Votre matériau ne parvient donc plus à attirer un aimant. Par contre, lorsque la température n’atteint pas le seuil, il est facile de constater une rupture de la symétrie spontanée.
La toute première chose à savoir sur l’antiferromagnétisme, c’est qu’il s’agit d’une réaction qui se produit quand deux électrons du même matériau fusionnent. Généralement, ladite réaction entraîne la formation d’un ensemble de particules de charges contraires. Mieux, l’antiferromagnétisme indique la présence de domaines magnétiques dans un matériau, ceux-ci sont particulièrement alignés dans des sens opposés. En d’autres termes, l’antiferromagnétisme est tout l'inverse du ferromagnétisme.
L’autre particularité de l’antiferromagnétisme, c’est qu’il peut être constaté uniquement dans les matériaux ayant des domaines magnétiques alignés dans des sens opposés. Il faut tout simplement garder à l’esprit que l’antiferromagnétisme engendre un moment magnétique net nul en raison de l’opposition des directions.
Pour conclure, les matériaux ferromagnétiques se déclinent en deux familles essentielles : les corps ferromagnétiques doux et les corps ferromagnétiques durs. Chacune de ces sous-catégories présente des propriétés spécifiques. Néanmoins, il existe d’autres familles de matériaux qui présentent des réactions lorsqu’ils se trouvent dans un environnement magnétique. On distingue entre autres les matériaux diamagnétiques et les matériaux paramagnétiques. On peut donc comprendre ici que les matériaux ferromagnétiques forment des aimants. En fonction du type de matériau, l'aimant est plus ou moins puissant sur des supports métalliques.
Un autre sujet susceptible de vous plaire :
Le monde de l’aimant et des solutions magnétiques est parfois peu accessible pour une personne non initiée. Si notre page ne vous a pas apporté toutes les réponses souhaitées, ou si vous préférez qu’un expert réponde directement à vos questions, vous pouvez :