Ferromagnétisme
150571
31389134
2008-07-07T21:45:50Z
Kyle the bot
120752
robot Ajoute: [[eo:Feromagneta substanco]]
Le '''ferromagnétisme''' est la propriété qu'ont certains corps de s'aimanter très fortement sous l'effet d'un [[champ magnétique]] extérieur, et pour certains (les [[aimant]]s, matériaux magnétiques durs) de garder une aimantation importante même après la disparition du champ extérieur.
Cette propriété résulte du couplage collectif des [[spin]]s entre centres métalliques d'un matériau ou d'un complexe de [[métal de transition|métaux de transition]], les moments de tous les spins étant orientés de la même façon au sein d'un même [[domaine de Weiss]].
==Susceptibilité magnétique et champ magnétique==
{{Article détaillé|Susceptibilité magnétique|champ magnétique}}
Un matériau ferromagnétique plongé dans un champ magnétique génére un nouveau champ magnétique au sein de celui-ci. Ce phénomène est plus communément appelé [[aimantation]].
Le champ généré par l'aimantation s'ajoute au champ initial, et c'est la somme des deux qui est observée. Dans un tel cas, le terme de champ magnétique désigne le champ total, et le champ initial prend le nom d'[[excitation magnétique]].
En d'autre termes, on est parfois amené à distinguer le champ initial, l'excitation magnétique, notée '''H''', du champ total, noté '''B''', reliés l'un à l'autre par :
:<math>\mathbf B = \mu_0 \left( \mathbf H + \mathbf M \right)</math>
avec ''μ<sub>0</sub>'' la [[perméabilité magnétique]] du vide et '''M''' l'[[aimantation]] du milieu.
Pour un matériau ferromagnétique, la susceptibilité magnétique <math>\chi = \lim_{\mathbf{B} \to 0} \frac {d \mathbf{M}}{d\mathbf{H}}\,</math> est très élevée.<br />
L'aimantation est une fonction dépendant de nombreux paramètres, comme la [[température]], le [[champ magnétique]], et même des champs magnétiques appliqués précédemment (cycle d'Hystérésis).
[[Image:Dominios.png|600px|thumb|center|Schéma représentant l'évolution des [[domaine de Weiss|domaines de Weiss]] avec un champ magnétique extérieur croissant]]
== Influence de la température ==
{{Article détaillé|Loi de Curie}}
Quand la [[température]] augmente, les [[Moment magnétique|moments magnétiques]] deviennent de moins en moins ordonnés, diminuant ainsi la [[susceptibilité magnétique]] totale jusqu'à la [[température de Curie]].
La susceptibilité des matériaux ferromagnétiques varie avec la température selon une loi de la forme :
:<math>\chi = \frac {C_m}{T}\,</math>
où <math>C_m\,</math> est la [[constante de Curie]] et <math>T \,</math> la température.
Au delà de sa température de Curie propre, le matériau (re)devient [[paramagnétique]] et l'aimantation résultante est quasi nulle.
==Courbe de première aimantation==
Lorsqu'un corps est aimanté pour la première fois, son aimantation croit selon sa courbe de ''première saturation'' jusqu'a sa valeur de saturation.
[[Image:1ere_aimantation.jpg|center]]
Pour les faibles valeurs de l'aimantation '''M''' la courbe d'aimantation suit une fonction de la forme :
:<math>\mathbf M = \chi \mathbf H + \xi \mathbf{H^2} </math>
où <math>\chi \mathbf H \text{ et } \xi \mathbf{H^2} </math> décrivent respectivement les variations réversible et irreversible de l'aimantation.
==Cycles d'hystérésis==
Lorsque l'on a magnétisé un échantillon de matériau jusqu'à la saturation et que l'on fait décroître l'excitation '''H''', on constate que '''B''' décroît également mais en suivant une courbe différente qui se situe au dessus de la courbe de première aimantation. Ceci est le fait d'un ''retard'' à la désaimantation. On dit qu'il y a '''[[hystérésis]]'''
*Lorsque '''H''' est ramené à 0, il subsiste un champ magnétique ''B<sub>r</sub>'' appelé ''champ rémanent''<ref>du latin ''remanere'', rester.</ref>.
Pour annuler ce champ rémanent, il est nécessaire d'inverser le courant dans le [[solénoïde]], c’est-à-dire d'imposer à '''H''' une valeur négative. Le champ magnétique s'annule alors pour une valeur de l'excitation ''H<sub>c</sub>'' appelée ''excitation coercitive''.
===Matériaux magnétiques doux===
[[Image:Cycle_matériaux_doux.jpg|center]]
Ce sont en général des matériaux doux mécaniquement. Ces matériaux ont des cycles très étroits : l'excitation coercitive ne dépasse pas 100 A.m{{exp|-1}}. Ils possèdent une grande perméabilité
Quelques exemples :
*SuperMalloy (fer, nickel, [[molybdène]], etc.) : ''H{{ind|c}}'' = 0,16 A.m{{exp|-1}} ; ''B{{ind|r}}'' = 1,2 T (l'un des plus doux).
*Fer + 3 % de Silicium, grains orientés : ''H{{ind|c}}'' = 8 A.m{{exp|-1}} ; ''B{{ind|r}}'' = 1,0 T
*Certains [[alliage métallique amorphe|alliages métalliques amorphes]] à base de fer.
Les matériaux magnétiques doux sont utilisés pour réaliser des [[électroaimant]]s (leur aimantation doit pouvoir facilement être annulée) ou des circuits magnétiques fonctionnant en régime alternatif (machines électriques, transformateurs), car ce phénomène d'hystérésis est responsable de pertes d'énergie.
===Matériaux magnétiques durs===
Contrairement aux précédents, les cycles sont extrêmement larges : plusieurs centaines de kA.m{{exp|-1}}. Il est impossible de les dessiner dans un même repère que les précédents.
[[Image:Cycle_matériaux_durs.jpg|center]]
Certains de ces matériaux à base de terres rares (alliages [[samarium]]-cobalt ou [[néodyme]]-fer-[[bore]]), ne se désaimantent pas, même lorsqu'on annule le champ magnétique interne (l'excitation vaut alors ''H<sub>cB</sub>''). Pour annuler (en fait inverser) l'aimantation, il est nécessaire de fournir une excitation magnétique que l'on appelle ''H{{ind|cM}}'' : excitation de désaimantation irréversible.
L'application de ces matériaux est la réalisation d'[[aimant]]s permanents de très forte puissance.
==Corps ferromagnétiques==
Pour l'usage industriel, seul le [[fer]], le [[cobalt]] et le [[nickel]] sont ferromagnétiques. Certaines terres rares ([[Lanthanide]]s dans la classification périodique) sont également ferromagnétiques à basse température.<br />
En ce qui concerne les alliages, la situation est très complexe : Certains alliages de fer et de nickel ne le sont pas alors que l'alliage d'Heusler, constitué uniquement de métaux non ferromagnétiques (61% Cu, 24% Mn, 15% Al), est ferromagnétique.<br />
Enfin, il faut ajouter les [[ferrite]]s dont la composition est de la forme (MO ; {{fchim|Fe|2|O|3}}) ou M est un métal divalent et dont le représentant le plus ancien est la magnétite {{fchim|Fe|3|O|4}} (FeO ; {{fchim|Fe|2|O|3}}) du nom de la ville de [[Magnésie]], en [[Asie Mineure]].
== Voir aussi ==
* [[Paroi de Bloch]]
== Références ==
* {{Physique de l'état solide (Charles Kittel)}}
* L. P. Lévy, ''Magnétisme et Supraconductivité'' (EDP Sciences)
* {{Landau|tome 8}}
* {{Ashcroft-Mermin}}
== Notes==
{{références|colonnes = 1}}
{{électromagnétisme}}
{{portail physique}}
[[Catégorie:Magnétisme]]
[[ar:مغناطيسية حديدية]]
[[ca:Ferromagnetisme]]
[[cs:Ferromagnetismus]]
[[da:Ferromagnetisme]]
[[de:Ferromagnetismus]]
[[en:Ferromagnetism]]
[[eo:Feromagneta substanco]]
[[es:Ferromagnetismo]]
[[fi:Ferromagnetismi]]
[[he:פרומגנטיות]]
[[it:Ferromagnetismo]]
[[ja:強磁性]]
[[ko:강자성]]
[[ms:Keferomagnetan]]
[[nl:Ferromagnetisme]]
[[no:Ferromagnetisme]]
[[pl:Ferromagnetyzm]]
[[pt:Ferromagnetismo]]
[[ru:Ферромагнетики]]
[[sk:Feromagnetizmus]]
[[sl:Feromagnetizem]]
[[sv:Ferromagnetism]]
[[tr:Feromıknatıslık]]
[[uk:Феромагнетики]]
[[vi:Sắt từ]]
[[zh:铁磁性]]