Rappels de physique : les milieux magnétiques
Introduction
Les matériaux qui présentent un intérêt technologique dans une application de type électromagnétique, sont ceux qui, dans un environnement convenable, peuvent acquérir une aimantation suffisamment grande (de l'ordre du Tesla).
Propriétés des matériaux
Seuls quelques matériaux possèdent une structure électronique favorable. Ils ont en commun au moins trois qualités :
- leurs atomes sont porteurs de moments magnétiques : éléments de transition (Fe, Ni, Co...) ou éléments terre-rare (Nd, Sm, Gd, Dy...)
- les moments magnétiques d'atomes voisins tendent à s'orienter parallèlement les uns aux autres : on parle de composés ferromagnétiques, ferrimagnétique ou anti ferromagnétiques.
- les interactions sont assez fortes pour résister à l'agitation thermique; en fait, il existe toujours une température limite, la température de Curie, à partir de laquelle le désordre des moments magnétiques prévaut brutalement.
Loi d'aimantation
- La polarisation magnétique à saturation Js correspond à un alignement de tous les moments magnétiques atomiques aussi parfait que possible à la température considérée.
- Le champ coercitif Hc est lié à l'anisotropie magnéto cristalline.
Matériaux doux et matériaux durs : définition
Dans certains matériaux à faible anisotropie, les moments magnétiques tournent facilement et il suffit d'appliquer un champ d'excitation même très petit pour modifier localement l'aimantation : on parle de matériaux magnétiques doux.
Au contraire, si l'anisotropie est très importante, les moments se trouvent bloqués dans les directions de facile aimantation et ils restent insensibles à l'action d'un champ magnétique extérieur ; on parle de matériaux magnétiques durs.
Les lois d'aimantation de ces matériaux sont présentées ci-dessous.
| Matériau magnétique dur (aimant) | Matériau magnétique doux |
|---|---|
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 |
| Champ coercitif < 1000 A/m | Champ coercitif > 1000 A/m |
Matériaux doux et matériaux durs
- Les alliages magnétiques doux sont utilisés, dans la plupart de leurs applications, en régime alternatif. On décrit en permanence le cycle d'hystérésis et on a intérêt à avoir un champ coercitif aussi réduit que possible pour minimiser les pertes.
- Les alliages magnétiques durs sont utilisés pour créer des champs magnétiques statiques. Une fois aimantés, on désire qu'ils conservent l'aimantation acquise quelles que soient les influences extérieures. Ils fonctionnent donc d'autant mieux que leur champ coercitif est élevé.