Aimant

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limaille de fer qui ont orient??es dans le champ magn??tique produit par un aimant

Les lignes magn??tiques d'un terrain sol??no??de qui sont similaires ?? un barreau aimant?? comme illustr?? ci-dessus avec la limaille de fer

Un aimant est un mat??riau ou un objet qui produit un champ magn??tique. Un moyen de low-tech pour d??tecter un champ magn??tique est de disperser la limaille de fer et d'observer leur mod??le, comme dans la figure d'accompagnement. Un aimant "dur" ou "permanent" est une qui reste magn??tis??, comme un aimant utilis?? pour contenir des notes sur une porte du r??frig??rateur. Aimants permanents se produisent naturellement dans certaines roches , en particulier magn??tite, mais sont maintenant plus commun??ment fabriqu??. Un aimant "soft" ou "impermanent" est celui qui perd sa m??moire des aimantations pr??c??dentes. Mat??riaux magn??tiques ??doux?? sont souvent utilis??s dans des ??lectro-aimants afin d'am??liorer (souvent des centaines ou des milliers de fois) le champ magn??tique d'un fil qui porte un et le courant ??lectrique est enroul?? autour de l'aimant; le champ de l'aimant "soft" augmente avec le courant.

Deux mesures des propri??t??s magn??tiques d'un mat??riau sont son moment magn??tique et son aimantation. Mat??riau sans un moment magn??tique permanent peut, en pr??sence de champs magn??tiques, ??tre attir?? ( paramagn??tique), ou repouss??s ( diamagn??tique). Liquid oxyg??ne est paramagn??tique; graphite est diamagn??tique. Paramagn??tiques ont tendance ?? intensifier le champ magn??tique dans leur voisinage, alors que diamagn??tiques ont tendance ?? l'affaiblir. Aimants "soft", qui sont fortement attir??s par les champs magn??tiques, peuvent ??tre consid??r??s comme fortement paramagn??tique; supraconducteurs , qui sont fortement repouss??s par des champs magn??tiques, peuvent ??tre consid??r??s comme fortement diamagn??tique.

Contexte sur la physique du magn??tisme et des aimants

Les effets du magn??tisme.

Champ magn??tique

Le champ magn??tique (B g??n??ralement d??sign??) est un champ de vecteurs (?? savoir un vecteur ?? chaque point de l'espace), avec une direction et une amplitude qui, en Unit??s SI est teslas. (B peut ??galement d??pendre du temps.) Son orientation peut ??tre obtenue ?? partir de l'orientation d'un aiguille boussole. Sa magnitude (??galement appel?? la force) est proportionnelle ?? la force avec l'aiguille de la boussole se oriente le long de cette direction.

Moment magn??tique

Moment magn??tique d'un aimant (aussi appel?? moment de dip??le magn??tique, et μ habituellement not??e) est un vecteur qui caract??rise l'ensemble des propri??t??s magn??tiques de l'aimant. Pour une barre aimant??e, la direction des points de moment magn??tique du p??le sud de l'aimant ?? son p??le nord et l'ampleur concerne la force et ?? quelle distance ces p??les sont.

Un aimant ?? la fois produit son propre champ magn??tique et il r??pond ?? des champs magn??tiques. La force du champ magn??tique qu'il produit est en tout point proportionnelle ?? l'amplitude de son moment magn??tique donn??. De plus, lorsque l'aimant est plac?? dans un champ magn??tique ??externe?? produite par une source diff??rente, il est soumis ?? une couple tendant ?? orienter le moment magn??tique parall??le au champ. La quantit?? de ce couple est proportionnel ?? la fois au moment magn??tique et le champ ??externe??. Un aimant peut ??galement ??tre soumis ?? une force d'entra??nement en une direction ou l'autre, selon les positions et orientations de l'aimant et la source. Si le champ est uniforme dans l'espace de l'aimant est soumis ?? aucune force nette, m??me se il est soumis ?? un couple.

Un fil sous la forme d'un cercle de la zone A et la r??alisation courant I est un aimant, avec un moment magn??tique de grandeur ??gale ?? IA.

Magn??tisation

L'aimantation d'un objet est la valeur locale de son moment magn??tique par unit?? de volume, g??n??ralement d??sign??e par M, avec des unit??s A / m. Ce est un champ de vecteurs, plut??t que de simplement un vecteur (comme le moment magn??tique), parce que les diff??rentes sections d'un barreau aimant?? sont g??n??ralement aimant?? avec diff??rentes directions et des forces (par exemple, en raison de domaines, voir ci-dessous). Un bon barreau magn??tique peut avoir un moment magn??tique d'amplitude 0,1 A ?? m?? et un volume de 1 cm?? ou 0,000001 m??, et par cons??quent une amplitude d'aimantation moyenne est de 100 000 A / m. Le fer peut avoir une aimantation de l'ordre de un million A / m.

Les p??les magn??tiques

Bien que de nombreuses fins, il est commode de penser ?? un aimant comme ayant nord distincte et p??les magn??tiques sud, le concept de p??les ne doit pas ??tre pris ?? la lettre: ce est simplement une fa??on de se r??f??rer aux deux extr??mit??s diff??rentes d'un aimant. L'aimant lui-m??me peut ??tre homog??ne; il n'y a pas "nord" distincte ou particules "sud" dans des camps oppos??s, et aucune Monop??le magn??tique n'a encore ??t?? observ??. Si une barre aimant??e est bris?? en deux, dans une tentative pour s??parer les p??les nord et sud, le r??sultat sera deux barreaux aimant??s, dont chacun a ?? la fois un p??le nord et sud.

L'approche p??le magn??tique est utilis?? par la plupart des professionnels magneticians, de ceux qui con??oivent m??moire magn??tique ?? ceux qui con??oivent aimants de grande envergure. Si la distribution de p??le magn??tique est connu, puis ?? l'ext??rieur de l'aimant le mod??le p??le donne le champ magn??tique exactement. Simplement en compl??tant le champ mod??le perche avec un terme proportionnel ?? l'aimantation (voir Unit??s et calculs, ci-dessous) le champ magn??tique ?? l'int??rieur de l'aimant est donn??e exactement. Ce mod??le p??le est aussi appel?? le ??mod??le Gilbert" d'un dip??le magn??tique.

Un autre mod??le est le " Amp??re Model ", o?? tous aimantation est due ?? l'effet macroscopique microscopique de" courants li??s ", appel??s aussi" courants mis en oeuvre ". Pour un barreau aimant?? uniform??ment aimant?? dans la forme d'un cylindre, avec des p??les r??partis uniform??ment sur ses extr??mit??s, l'effet net des courants microscopiques li?? est de faire se comportent aimant comme se il y est une feuille macroscopique du courant circulant autour du cylindre, avec la direction locale de l'??coulement normal ?? l'axe du cylindre. (Etant donn?? que racler la couche ext??rieure d'un aimant ne sera pas d??truire ses propri??t??s magn??tiques, il existe subtilit??s associ??es ?? ce mod??le ainsi qu'avec le poteau mod??le. Ce qui se passe ce est que vous avez seulement gratt?? un nombre relativement faible d'atomes, dont les courants borne ne contribuent pas beaucoup au moment magn??tique net.) Une R??gle de la main droite en raison de Amp??re nous raconte comment les courants circulent, pour un moment magn??tique donn??. Aligner le pouce de la main droite le long de la moment magn??tique, et avec cette main saisir le cylindre. Vos doigts seront ensuite pointer dans la direction du flux de courant. Comme indiqu?? ci-dessus, le champ magn??tique donn?? par l'approche et l'approche amp??rienne Gilbert sont identiques ?? l'ext??rieur tous les aimants, et deviennent identiques au sein de tous les aimants apr??s la Gilbert ??champ?? est compl??t??. Il est g??n??ralement difficile de trouver les courants mis en oeuvre sur la surface d'un aimant, alors il est souvent plus facile de trouver les p??les efficaces pour le m??me aimant. Pour une extr??mit?? (p??le) d'un aimant permanent ?? l'ext??rieur d'un aimant "soft", l'image p??le de l'aimant "soft" a elle r??pond avec un p??le de l'image de signe oppos?? au p??le appliqu??e; on peut aussi trouver les courants mis en oeuvre sur la surface de l'aimant "soft".

Pole conventions de nommage

Le p??le nord de l'aimant est le p??le qui (lorsque l'aimant est suspendu librement) pointe vers le p??le nord magn??tique (dans le nord du Canada). Depuis p??les oppos??s (nord et sud) attirent alors comme des poteaux (au nord et au nord ou au sud et au sud) repousser, pr??sente nord g??ographique de la Terre est donc fait son sud magn??tique. Confondre la situation, le champ magn??tique de la Terre ?? l'occasion se renverse.

Afin d'??viter cette confusion, les termes positifs et n??gatifs p??les sont parfois utilis??s au lieu du nord et au sud, respectivement.

En pratique, pour dire quel p??le d'un aimant est au nord et qui se trouve au sud, il ne est pas n??cessaire d'utiliser le champ magn??tique de la terre du tout. Par exemple, une m??thode d'??talonnage serait de le comparer ?? un ??lectroaimant, dont les p??les peuvent ??tre identifi??s par l'interm??diaire du R??gle de la main droite.

Les descriptions des comportements magn??tiques

Il ya beaucoup de formes de comportement magn??tique, et tous les mat??riaux pr??sentent au moins l'un d'eux. Aimants varient tant dans la permanence de leur aimantation, et dans la force et l'orientation du champ magn??tique qu'ils cr??ent. Cette section d??crit, qualitativement, les principaux types de comportement magn??tique que les mat??riaux peuvent montrer. La physique sous-jacents chacun de ces comportements sont d??crits dans la section suivante ci-dessous, et peuvent ??galement ??tre trouv??s plus en d??tail dans les articles respectifs.

Plus couramment trouv??s dans des trombones, paramagn??tisme est expos??e dans substances qui ne produisent pas de champs par eux-m??mes, mais qui, lorsqu'il est expos?? ?? un champ magn??tique, de renforcer ce domaine en devenant eux-m??mes magn??tis??s, et donc obtenir attir?? ?? ce domaine. Un bon exemple de ce comportement peut ??tre trouv?? dans un seau d'ongles - si vous prenez un seul clou, vous pouvez vous attendre que d'autres ongles ne suivront pas. Cependant, vous pouvez appliquer un champ magn??tique intense dans le seau, ramasser un clou, et de constater que beaucoup viendront avec elle.

Non scientifique d??nomm?? ??non-magn??tique, ' diamagn??tiques font r??ellement pr??senter un comportement magn??tique - juste pour de tr??s petites grandeurs. En fait, des mat??riaux diamagn??tiques, lorsqu'il est expos?? ?? un champ magn??tique, se magn??tiser (l??g??rement) dans la direction oppos??e, se (l??g??rement) repouss??es du champ appliqu??. Les supraconducteurs sont fortement diamagn??tique.

Ferromagn??tique et mat??riaux ferromagn??tiques sont la perception ??populaire?? d'un aimant. Ces mat??riaux peuvent conserver leur propre aimantation; Un exemple courant est un aimant de r??frig??rateur traditionnel. (La diff??rence entre les mat??riaux ferro- et ferrimagn??tiques est li??e ?? leur structure microscopique, comme expliqu?? ci-dessous.)

Physique des comportements magn??tiques

Vue d'ensemble

Magn??tisme, ?? sa racine, provient de deux sources:

Les courants ??lectriques, ou plus g??n??ralement le d??placement de charges ??lectriques , cr??ent des champs magn??tiques (voir les ??quations de Maxwell ).
Beaucoup les particules ont une valeur non nulle "intrins??que" (ou " spin ??) des moments magn??tiques. (Tout comme chaque particule, de par sa nature, a une certaine masse et la charge , chacun a un certain moment magn??tique, ??ventuellement z??ro).

Dans les mat??riaux magn??tiques, les plus importantes sources d'aimantation sont, plus pr??cis??ment, les ??lectrons mouvement angulaire orbitale autour de la " noyau, et le moment magn??tique intrins??que des ??lectrons (voir Electron moment de dip??le magn??tique). Les autres sources potentielles de magn??tisme sont beaucoup moins importantes: Par exemple, le les moments magn??tiques nucl??aires du noyaux dans le mat??riau sont typiquement des milliers de fois plus petit que les moments magn??tiques des ??lectrons, de sorte qu'ils sont n??gligeables dans le contexte de l'aimantation de mat??riaux. (Les moments magn??tiques nucl??aires sont importantes dans d'autres contextes, en particulier dans R??sonance magn??tique nucl??aire (RMN) et Imagerie par r??sonance magn??tique (IRM).)

Ordinairement, les ??lectrons dans un mat??riau innombrables sont agenc??s de telle sorte que leurs moments magn??tiques (?? la fois intrins??ques et orbitales) se annulent. Cela est d??, dans une certaine mesure, aux ??lectrons en combinaison avec des paires oppos??es moments magn??tiques intrins??ques (?? la suite de la Principe d'exclusion de Pauli; voir Configuration ??lectronique), ou combiner en "remplie sous-couches "avec z??ro mouvement orbital net; dans les deux cas, l'accord d'??lectrons est de mani??re ?? annuler exactement les moments magn??tiques de chaque ??lectron En outre, m??me lorsque le. configuration d'??lectrons est telle qu'il y ait des ??lectrons non appari??s et / ou de sous-couches non remplies, il est souvent le cas que les diff??rents ??lectrons dans le solide contribueront moments magn??tiques qui pointent dans diff??rentes directions al??atoires, de sorte que le mat??riau ne sera pas magn??tique.

Cependant, parfois, (soit spontan??ment, soit en raison d'un champ magn??tique externe appliqu??e) chacun des moments magn??tiques ??lectronique sera, en moyenne, align??s. Ensuite, le mat??riau peut produire un champ magn??tique total net, qui peut potentiellement ??tre tr??s forte.

Le comportement magn??tique d'un mat??riau d??pend de sa structure (en particulier son configuration ??lectronique, pour les raisons mentionn??es ci-dessus), mais aussi sur la temp??rature (?? des temp??ratures ??lev??es, al??atoire l'agitation thermique, il est plus difficile pour les ??lectrons pour maintenir l'alignement).

Physique des paramagn??tisme

Dans un paramagn??tique des ??lectrons non appari??s, il ya, ?? savoir atomique ou orbitales mol??culaires avec exactement un ??lectron en eux. Bien ??lectrons appari??s sont tenus par le Principe d'exclusion de Pauli d'avoir leur intrins??que (??spin??) des moments magn??tiques pointant dans des directions oppos??es (sommation ?? z??ro), un ??lectron non appari?? est libre pour aligner son moment magn??tique dans ne importe quelle direction. Quand un champ magn??tique externe est appliqu??, ces moments magn??tiques tendent ?? se aligner dans la m??me direction que le champ appliqu??, renfor??ant ainsi.

Physique des diamagn??tisme

Dans un diamagnet, il n'y a pas des ??lectrons non appari??s, de sorte que les moments magn??tiques des ??lectrons intrins??que ne peuvent pas produire un effet de volume. Dans ces cas, l'aimantation r??sulte de mouvements orbitaux des ??lectrons, qui peuvent ??tre comprises classiquement comme suit:

Lorsqu'un mat??riau est plac?? dans un champ magn??tique, les ??lectrons en orbite autour du noyau conna??tront, en plus de leur Coulomb attirance pour le noyau, un Force de Lorentz du champ magn??tique. Selon la direction dans laquelle l'??lectron est en orbite, cette force peut augmenter le force centrip??te sur les ??lectrons, en les tirant vers le noyau, ou bien il peut diminuer la force, en les ??cartant du noyau. Cet effet augmente syst??matiquement les moments magn??tiques orbitaux qui ont ??t?? align??es en face du champ et diminue ceux align??s parall??lement au champ (conform??ment ?? La loi de Lenz). Il en r??sulte un faible moment magn??tique en vrac, avec un sens oppos?? au champ appliqu??.

Notez que cette description ne est donn??e qu'?? titre heuristique; une bonne compr??hension n??cessite une m??canique quantique description.

Notez que tous les mat??riaux, y compris paramagn??tiques, subissent cette r??ponse orbitale. Cependant, dans un paramagn??tique, cette r??ponse est d??pass??e par la r??action adverse beaucoup plus forte d??crite ci-dessus (?? savoir, l'alignement des moments magn??tiques intrins??ques des ??lectrons).

Physique du ferromagn??tisme

Un ferromagn??tique, comme un paramagn??tique, a ??lectrons non appari??s. Cependant, en plus de moments magn??tiques intrins??ques des ??lectrons qui veulent ??tre parall??le ?? un champ appliqu??, il est aussi dans ces mat??riaux une tendance de ces moments magn??tiques vouloir ??tre parall??les les uns aux autres. Ainsi, m??me lorsque le champ appliqu?? est enlev??, les ??lectrons dans le mat??riau de l'autre peuvent garder constamment point?? dans la m??me direction.

Chaque ferromagn??tique a sa propre temp??rature individuel, appel?? Temp??rature de Curie, ou point de Curie, au-dessus duquel il perd ses propri??t??s ferromagn??tiques. Ce est parce que la tendance au d??sordre thermique accable l'??nergie baissant en raison de l'ordre ferromagn??tique.

Domaines magn??tiques

Domaines magn??tiques dans un mat??riau ferromagn??tique.

Le moment magn??tique des atomes dans un mat??riau ferromagn??tique les amener ?? se comporter quelque chose comme de minuscules aimants permanents. Ils collent ensemble et se rallient en petites r??gions de l'alignement plus ou moins uniforme appel??s domaines magn??tiques ou Domaines de Weiss. Domaines magn??tiques peuvent ??tre observ??s avec Magnetic microscope ?? force de r??v??ler les limites des domaines magn??tiques qui ressemblent ?? des lignes blanches dans le sketch.There sont nombreuses exp??riences scientifiques qui peuvent physiquement montrer champs magn??tiques.

Effet d'un aimant sur les domaines.

Quand un domaine contient trop de mol??cules, il devient instable et se divise en deux domaines align??s dans des directions oppos??es afin qu'ils collent ensemble plus stable comme indiqu?? ?? droite.

Lorsqu'ils sont expos??s ?? un champ magn??tique, les limites du domaine se d??placent de sorte que les domaines align??s avec le champ magn??tique se d??veloppent et dominent la structure telle que repr??sent??e ?? gauche. Lorsque le champ de magn??tisation est retir??, les domaines ne peuvent pas revenir ?? un ??tat non magn??tis??. Cela se traduit par le mat??riau ferromagn??tique ??tant aimant??s, formant un aimant permanent.

Lorsque suffisamment fortement magn??tis?? que le domaine r??gnant en roue libre pour entra??ner toutes les autres dans un seul domaine unique, le mat??riau est satur?? magn??tiquement. Lorsqu'un mat??riau ferromagn??tique magn??tis?? est chauff?? ?? la Temp??rature du point de Curie, les mol??cules sont agit??s au point que les domaines magn??tiques perdent l'organisation et les propri??t??s magn??tiques qu'ils causent cessez. Lorsque le mat??riau est refroidi, cette structure d'alignement de domaine retourne spontan??ment, de fa??on ?? peu pr??s analogue ?? la fa??on dont un liquide peut figer dans un solide cristallin.

Physique des antiferromagn??tisme

Ordre antiferromagn??tique

Dans un antiferromagn??tique, contrairement ?? un mat??riau ferromagn??tique, il ya une tendance pour les moments magn??tiques intrins??ques des ??lectrons de valence voisin pour pointer dans des directions oppos??es. Lorsque tous les atomes sont dispos??s dans une substance telle sorte que chaque voisin est ??anti-align??s", la substance est antiferromagn??tique. Antiferroaimants ont un moment magn??tique net de z??ro, ce qui signifie pas de champ est produit par eux. Antiferromagn??tiques sont moins fr??quents par rapport aux autres types de comportements, et sont le plus souvent observ??s ?? de basses temp??ratures. Dans des temp??ratures variables, antiferroaimants peuvent ??tre vus pour pr??senter des propri??t??s diamagn??tiques et ferromagn??tiques.

Dans certains mat??riaux, les ??lectrons voisins veulent pointer dans des directions oppos??es, mais il n'y a aucune disposition g??om??trique dans laquelle chaque paire de voisins est anti-align??. Ceci est appel?? un tourner le verre, et est un exemple de frustration g??om??trique.

Physique des ferrimagn??tisme

Commande ferrimagn??tique

Comme ferromagn??tisme, ferrimagn??tiques conservent leur magn??tisation en l'absence d'un champ. Cependant, comme antiferromagn??tiques, paires voisines de spins ??lectroniques comme le point dans des directions oppos??es. Ces deux propri??t??s ne sont pas contradictoires, en raison du fait que, dans la disposition g??om??trique optimal, il n'y a actuellement plus de la sous-r??seau magn??tique des ??lectrons qui pointent dans une direction, ?? partir du sous-r??seau qui pointe dans la direction oppos??e.

La substance magn??tique d'abord d??couvert, magn??tite, a ??t?? consid??r?? comme un mat??riau ferromagn??tique; Louis N??el r??fut?? cela, cependant, avec la d??couverte de ferrimagn??tisme.

Autres types de magn??tisme

Il existe plusieurs autres types de magn??tisme, et tels que verre de spin (mentionn?? plus haut), superparamagn??tisme, superdiamagnetism, et m??tamagn??tisme.

Les utilisations courantes d'aimants

Disques durs donn??es d'enregistrement sur une fine couche magn??tique.

Supports d'enregistrement magn??tique: commune Cassettes VHS contiennent une bobine de bande magnetique. L'information qui constitue la vid??o et le son est cod?? sur le rev??tement magn??tique sur la bande. Commun cassettes audio se appuient ??galement sur bande magn??tique. De m??me, dans les ordinateurs, disquettes et disques durs de donn??es enregistr??es sur un fine couche magn??tique.

Cr??dit, d??bit et ATM cartes: Tous ces cartes ont une bande magn??tique sur un de leurs c??t??s. Cette bande contient les informations n??cessaires pour contacter institution financi??re d'un individu et se connecter avec leur compte (s).

Communes t??l??viseurs et ??crans d'ordinateur: la t??l??vision et les ??crans d'ordinateur en utilisant la technologie de tube ?? vide employer un ??lectro-aimant pour guider les ??lectrons ?? l'??cran, afin de produire une image - voir l'article sur tubes ?? rayons cathodiques. Les ??crans plasma et Les ??crans LCD utilisent diff??rentes technologies.

Haut-parleurs et Microphones: La plupart des haut-parleurs utilisent un aimant permanent et une bobine de transport de courant pour convertir l'??nergie ??lectrique (le signal) en ??nergie m??canique (mouvement qui cr??e le son). Le la bobine est enroul??e autour d'un canette attach?? ?? l'enceinte c??ne, et transmet le signal que le changement de courant qui interagit avec le champ de l'aimant permanent. Le Voice Coil sent une force magn??tique et en r??ponse d??place le c??ne et pressurise l'air voisin, g??n??rant ainsi son . Les microphones dynamiques utilisent le m??me concept, mais en sens inverse. Un microphone comporte un diaphragme ou d'une membrane attach??e ?? une bobine de fil. La bobine repose ?? l'int??rieur d'un aimant de forme sp??ciale. Lorsque le son vibrer la membrane, la bobine est mise en vibration ainsi. Comme la bobine se d??place ?? travers le champ magn??tique, une tension est g??n??r??e dans la bobine (voir La loi de Lenz). Cette tension entra??ne courant dans le fil qui est caract??ristique du son d'origine.

S??parateur magn??tique ?? la main pour les min??raux lourds

Moteurs ??lectriques et g??n??rateurs: Certains moteurs ??lectriques (un peu comme des haut-parleurs) se appuient sur une combinaison d'un ??lectro-aimant et un aimant permanent, et un peu comme des haut-parleurs, ils convertissent l'??nergie ??lectrique en ??nergie m??canique. Un g??n??rateur est l'inverse: il convertit l'??nergie m??canique en ??nergie ??lectrique.

Transformateurs: sont des dispositifs qui transf??rent de l'??nergie ??lectrique entre deux enroulements qui sont isol??es ??lectriquement, mais reli??es magn??tiquement.

Mandrins: mandrins sont utilis??s dans le domaine de la m??tallurgie ?? tenir des objets. Si ces objets peuvent ??tre tenus en toute s??curit?? avec un aimant alors une Chuck permanent ou ??lectromagn??tique peut ??tre utilis??. Les aimants sont ??galement utilis??s dans d'autres types de dispositifs de fixation, tels que la base magn??tique, le pince magn??tique et le aimant de r??frig??rateur.

Une boussole (ou le compas marin) est un instrument de navigation pour trouver des instructions sur la Terre. Il se compose d'un pointeur aimant??e libre de se aligner avec pr??cision avec le champ magn??tique de la Terre, qui est d'une grande aide ?? la navigation. Les points cardinaux sont du nord, sud, est et ouest. Une boussole peut ??tre utilis?? en conjonction avec un chronom??tre de marine et un sextant pour fournir une capacit?? de navigation tr??s pr??cis. Ce dispositif a grandement am??lior?? le commerce maritime en renfor??ant la s??curit?? Voyage et plus efficace. Une forme pr??coce de la boussole a ??t?? invent?? en Chine au 11??me si??cle. La boussole du marin familier a ??t?? invent?? en Europe autour de 1300, comme ce fut plus tard la boussole liquide et le gyrocompas qui ne fonctionne pas avec un champ magn??tique.

Magic: Naturellement magn??tique Lodestones ainsi que des aimants de fer sont utilis??s en conjonction avec des grains fins de fer (appel??es "sable magn??tique") dans la pratique de la Magie populaire afro-am??ricaine connue sous le nom Hoodoo. Les pierres sont symboliquement li??es aux noms des personnes et rituellement saupoudr??s de sable magn??tique pour r??v??ler le champ magn??tique. Une pierre peut ??tre utilis??e pour apporter des choses d??sir??es ?? une personne; une paire de pierres peut ??tre manipul?? pour mettre deux personnes de plus pr??s ensemble dans l'amour.

Art : 1 mm ou plus ??paisses feuilles d'aimants de vinyle peuvent ??tre attach??s ?? des peintures, des photographies et autres objets d'ornementation, leur permettant d'??tre coinc??s aux r??frig??rateurs et autres surfaces m??talliques.

Sciences Projets: Beaucoup de questions th??matiques sont souvent bas??es sur des aimants. Par exemple; comment est la force d'un aimant affect?? par le verre, le plastique et le carton?

Aimants ont de nombreux usages dans les jouets. M-tic utilise tiges magn??tiques connect??s ?? des sph??res m??talliques pour la construction

Jouets : En raison de leur capacit?? ?? contrer la force de gravit?? ?? tr??s courte distance, aimants sont souvent employ??s dans les jouets pour enfants tels que la Aimant Espace roue ?? l'effet amusant.

Les aimants peuvent ??tre utilis??s pour faire des bijoux. Colliers et bracelets peuvent avoir un fermoir magn??tique. Colliers et bracelets peuvent ??tre fabriqu??s ?? partir de petits mais forts, aimants cylindriques et l??g??rement plus grandes boules de fer ou en acier mont??s en un motif qui se r??p??te jusqu'?? ce qu'il soit suffisamment longue pour tenir sur le poignet ou au cou. Ces accessoires peuvent ??tre assez ?? venir accidentellement en dehors fragiles, mais ils peuvent aussi ??tre d??mont?? et remont?? avec un design diff??rent. Lorsqu'il est connect?? comme un collier ou un bracelet, aimants perdent leur attrait pour d'autres pi??ces d'acier de fer parce qu'ils sont d??j?? attach??s ?? leurs propres boules de fer et de l'acier.
Les aimants peuvent ramasser des objets magn??tiques (clous de fer, des agrafes, punaises, trombones) qui sont soit trop petits, trop difficiles ?? atteindre, ou trop mince pour les doigts pour tenir.

Transport ?? l??vitation magn??tique ou maglev, est une forme de transport qui suspend, guides et propulse les v??hicules (notamment les trains) par la force ??lectromagn??tique. Cette m??thode peut ??tre plus rapide que les syst??mes de transport en commun ?? roues, atteignant potentiellement vitesses comparables ?? turbopropulseurs et les avions ?? r??action (900 kilom??tres par heure, 559 mph). La vitesse maximale enregistr??e d'un train ?? sustentation magn??tique est de 581 km / h (361 mph), r??alis?? au Japon en 2003.

Une utilisation r??cemment d??velopp?? du magn??tisme est de connecter les c??bles d'alimentation de l'ordinateur portable. Une telle liaison sera occasionnellement par briser accidentellement pousser contre le c??ble, mais la batterie de l'ordinateur emp??che l'interruption du service, et la d??connexion facile prot??ge le c??ble de secousses graves ou d'??tre ??cras??s.

Aimantation et d??magn??tisation

Les mat??riaux ferromagn??tiques peuvent ??tre magn??tis??es de la mani??re suivante:

Placer l'objet dans un champ magn??tique ext??rieur se traduira par l'??l??ment de retenue une partie du magn??tisme sur renvoi. La vibration a ??t?? montr?? pour augmenter l'effet. Mat??riaux ferreux align??s avec le champ magn??tique de la terre et qui sont soumis ?? des vibrations (p.ex. cadre d'un convoyeur) ont ??t?? montr?? pour acqu??rir le magn??tisme r??siduel significatif. Un champ magn??tique beaucoup plus forte que celle de la Terre peut ??tre g??n??r??e ?? l'int??rieur d'un sol??no??de en faisant passer courant continu ?? travers elle.
Tracer - Un aimant existant est d??plac?? d'une extr??mit?? de l'??l??ment ?? l'autre ?? plusieurs reprises dans le m??me sens.
Placer une barre d'acier dans un champ magn??tique, puis ?? chauffer ?? une temp??rature ??lev??e et puis finalement martelant comme il se refroidit. Cela peut ??tre fait en mettant l'aimant dans une direction Nord-Sud dans le champ magn??tique de la Terre. Dans ce cas, l'aimant ne est pas tr??s forte, mais l'effet est permanent.

Aimants permanents peuvent ??tre d??magn??tis??es par les moyens suivants:

Chauffage un aimant pass?? son point de Curie va d??truire la longue commande de gamme.
Contacter par caressant un aimant avec un autre de fa??on al??atoire se d??magn??tiser l'aimant ??tre caress??, dans certains cas; certains mat??riaux ont un champ coercitif tr??s ??lev?? et ne peuvent ??tre d??magn??tis??es avec d'autres aimants permanents.
Martelage ou secousses va d??truire la longue commande de fourchette ?? l'int??rieur de l'aimant.
Un aimant ??tant plac?? dans un sol??no??de qui a un courant alternatif passant ?? travers elle aura son ordre ?? longue port??e interrompue, ?? peu pr??s de la m??me mani??re que le courant continu peut provoquer commande.

Dans un ??lectro-aimant qui utilise une noyau de fer doux, cesser le flux de courant permettra d'??liminer le champ magn??tique. Toutefois, un l??ger champ peut rester dans le mat??riau de noyau ?? la suite de hyst??r??sis.

Types d'aimants permanents

Une pile d'aimants ferrite

??l??ments m??talliques magn??tiques

De nombreux mat??riaux ont des spins d'??lectrons non appari??s, et la plupart de ces mat??riaux sont paramagn??tique. Lorsque les spins interagissent entre eux de telle mani??re que les spins se alignent spontan??ment, les mat??riaux sont appel??s ferromagn??tique (ce qui est souvent qualifi?? de l??che "magn??tique"). En raison de la fa??on dont leur r??guli??re cristallin structure atomique provoque leurs tours d'interagir, certains m??taux sont (ferro) magn??tique lorsque trouvent dans leur ??tat naturel, comme minerais. Il se agit notamment minerai de fer ( magn??tite ou magn??tite), le cobalt et le nickel , ainsi que la m??taux des terres rares gadolinium et dysprosium (quand ?? une temp??rature tr??s basse). Ces naturels (ferro) aimants ont ??t?? utilis??s dans les premi??res exp??riences avec le magn??tisme. La technologie a depuis ??tendu la disponibilit?? des mat??riaux magn??tiques pour inclure divers produits d'origine humaine, tout repose, cependant, sur les ??l??ments naturellement magn??tiques.

Composites

C??ramique ou en ferrite

C??ramique ou en ferrite, les aimants sont r??alis??s en un fritt?? composite d'oxyde de fer en poudre et de baryum / strontium carbonate de en c??ramique. En raison du faible co??t des mat??riaux et m??thodes de fabrication, des aimants peu co??teux (ou noyaux ferromagn??tiques nonmagnetized, pour utilisation dans composant ??lectronique tel que antennes de radio, par exemple) de diverses formes peuvent ??tre facilement produites en masse. Les aimants r??sultants sont noncorroding, mais fragile et doit ??tre trait?? comme les autres c??ramiques.

Alnico

Aimants Alnico sont prises par coul??e ou frittage d'une combinaison d' aluminium , de nickel et de cobalt avec du fer et de petites quantit??s d'autres ??l??ments ajout??s pour am??liorer les propri??t??s de l'aimant. Frittage offre des caract??ristiques m??caniques sup??rieures, tandis que la coul??e d??livre champs magn??tiques ??lev??s et permet la conception de formes complexes. Aimants Alnico r??sister ?? la corrosion et ont des propri??t??s physiques plus indulgent que la ferrite, mais pas aussi souhaitables comme un m??tal.

Ticonal

Ticonal aimants sont en alliage de titane, le cobalt, le nickel et l'aluminium, de fer et de petites quantit??s d'autres ??l??ments. Il a ??t?? d??velopp?? par Philips pour haut-parleurs.

Moul?? par injection

Les aimants moul??s par injection sont une composite de diff??rents types de r??sine et des poudres magn??tiques, ce qui permet des pi??ces de formes complexes ?? fabriquer par moulage par injection. Les propri??t??s physiques et magn??tiques du produit d??pendent des mati??res premi??res, mais sont g??n??ralement inf??rieures ?? la force magn??tique et ressemblent ?? des mati??res plastiques dans leurs propri??t??s physiques.

Flexible

Aimants flexibles sont semblables ?? injection aimants moul??s, en utilisant une r??sine ou un liant souple tel que vinyle, et produit en bandes ou en feuilles plates. Ces aimants sont inf??rieurs ?? la force magn??tique, mais peuvent ??tre tr??s flexibles, en fonction du liant utilis??.

Aimants de terres rares

??Terres rares?? ( lanthanides ) ??l??ments ont un occup?? partiellement f shell ??lectrons (qui peut accueillir jusqu'?? 14 ??lectrons). Le spin de ces ??lectrons peut ??tre align??, r??sultant dans des champs magn??tiques tr??s forts, et donc ces ??l??ments sont utilis??s dans compacts aimants ?? haute r??sistance o?? leur prix plus ??lev?? ne est pas une pr??occupation. Les types les plus communs de aimants de terres rares sont samarium-cobalt et n??odyme-fer-bore (NIB) aimants.

Aimants seule mol??cule (SMM) et une seule cha??ne aimants (AC)

Dans les ann??es 1990, on a d??couvert que certaines mol??cules contenant des ions m??talliques paramagn??tiques sont capables de stocker un moment magn??tique ?? tr??s basse temp??rature. Ils sont tr??s diff??rents des aimants classiques qui stockent des informations ?? un niveau "domaine" et th??oriquement pourrait fournir un support de stockage beaucoup plus dense que des aimants classiques. Dans cette recherche de sens sur des monocouches de SMM est actuellement en cours. Tr??s bri??vement, les deux principaux attributs d'un SMM sont:

une valeur d'essorage grande de l'??tat fondamental (S), qui est fourni par ferromagn??tique ou couplage ferromagn??tique entre les centres m??talliques paramagn??tiques.
une valeur n??gative de l'anisotropie de la s??paration de champ nul (D)

La plupart de SMM contiennent du mangan??se, mais peuvent ??galement ??tre trouv??s avec de vanadium, de fer, de nickel et de cobalt grappes. Plus r??cemment, il a ??t?? trouv?? que certains syst??mes de cha??ne peuvent ??galement afficher une aimantation qui persiste pendant de longues p??riodes ?? des temp??ratures relativement ??lev??es. Ces syst??mes ont ??t?? appel??s ?? cha??ne unique aimants.

aimants nanostructur??s

Certains ??nergie mat??riaux nano-structur??s pr??sentent des ondes appel??es magnons qui confluent en un ??tat de terrain d'entente ?? la mani??re d'un Condensat de Bose-Einstein.

Frais

Le aimants permanents actuels les moins ch??res, permettant forces sur le terrain, sont des aimants souples et en c??ramique, mais ceux-ci sont aussi parmi les types les plus faibles. Des aimants puissants n??odyme-fer-bore (NIB) aimants. Ces aimants sont plus co??teux que la plupart des autres mat??riaux magn??tiques par kg, mais en raison de leur champ intense sont plus petits et moins co??teux dans de nombreuses applications.

Temp??rature

Sensibilit?? ?? la temp??rature varie, mais lorsqu'un aimant est chauff?? ?? une temp??rature connue sous le nom Point de Curie, il perd la totalit?? de son magn??tisme, m??me apr??s refroidissement en dessous de cette temp??rature. Les aimants peuvent souvent ??tre remagnetised cependant. De plus, certains aimants sont fragiles et peuvent se rompre ?? des temp??ratures ??lev??es.

Les ??lectro-aimants

Un ??lectro-aimant dans sa forme la plus simple, est un fil qui a ??t?? enroul?? en une ou plusieurs boucles, connu sous le nom sol??no??de. Lorsque le courant ??lectrique circule ?? travers le fil, un champ magn??tique est g??n??r??. On concentre pr??s (en particulier ?? l'int??rieur) de la bobine, et ses lignes de champ sont tr??s semblables ?? ceux d'un aimant. L'orientation de cet aimant efficace est d??termin??e par la r??gle de la main droite. Le moment magn??tique et le champ magn??tique de l'??lectro-aimant sont proportionnels au nombre de boucles de fil, de la section transversale de chaque boucle, et au courant traversant le fil.

Si la bobine de fil est enroul??e autour d'un mat??riau sans propri??t??s magn??tiques particuli??res (par exemple, carton), il aura tendance ?? g??n??rer un champ tr??s faible. Cependant, se il est enroul?? autour d'un "mou" un matériau ferromagnétique, tel qu'un clou de fer, le champ produit net peut se traduire par un à plusieurs cent- mille augmentation de l'intensité du champ.

Utilisations pour électroaimants comprennent les accélérateurs de particules, les moteurs électriques, les grues de chiffonniers et magnétiques machines d'imagerie par résonance. Certaines applications impliquent des configurations plus d'un dipôle magnétique simple, par exemple, aimants quadripôles sont utilisés pour concentrer des faisceaux de particules.

Les unités et les calculs en magnétisme

Comment nous écrivons les lois du magnétisme dépend de quel ensemble d'unités que nous employons. Pour la plupart des applications d'ingénierie, MKS ou SI (Système international) est commun. Deux autres ensembles, Gauss et CGS-UEM, sont les mêmes pour les propriétés magnétiques, et sont couramment utilisés en physique.

Dans l'ensemble des unités, il est commode d'utiliser deux types de champ magnétique,BetHainsi que la magnétisationM, défini comme le moment magnétique par unité de volume.

Le champ d'induction magnétique B est donnée en unités SI de teslas (T). B est le vrai champ magnétique, dont la variation dans le temps produit, par la loi de Faraday, circulant champs électriques (dont les compagnies d'électricité vendent). B produit également une force de déviation sur le déplacement des particules chargées (comme dans les tubes cathodiques). Le tesla est équivalent au flux magnétique (en webers) par unité de surface (en mètres carrés), ce qui donne B l'unité d'une densité de flux. Dans l'unité de CGS B est le gauss (G). Un tesla correspond à 10 ⁴ G.
Le champ magnétique H est donnée en unités SI de ampères-tours par mètre (A-tour / m). Les "tours" apparaît parce que quand M est produite par un fil de transport de courant, dont la valeur est proportionnelle au nombre de tours de ce fil. Dans CGS l'unité de H est l'oersted (Oe). Un A-tour / m est égal à $4\pi$ x 10 ^-3 Oe.
L'aimantation M est donnée en unités SI d'ampères par mètre (A / m). Dans CGS l'unité de M est l'émeu, ou unité électromagnétique. Un A / m est égal à 10 ^-3 emu. Un bon aimant permanent peut avoir une aimantation aussi grand que un million ampères par mètre. Champs magnétiques produits par des fils de transport de courant, il faudrait d'énormes courants comparable par unité de longueur, une raison pour laquelle nous employons aimants permanents et des électro-aimants.
En unités SI, la relation B = ?? ₀ ( H + M ) détient, où ?? ₀ est la perméabilité de l'espace, ce qui équivaut à $4\pi$ x 10 ^-7 mètres tesla par ampère. Dans CGS il est écrit que B = H + 4 ??M . [L'approche pôle donne ?? ₀ H en unités SI. Un ?? ₀ M terme SI doit ensuite compléter cette ?? ₀ H pour donner le champ correct dans B l'aimant. Il sera d'accord avec le champ B calculé en utilisant courants mis.]

Les matériaux qui ne sont pas des aimants permanents répondent généralement la relation M = ?? H dans le SI, où ?? est le (dimension) susceptibilité magnétique. La plupart des matériaux non-magnétiques ont une relativement petite ?? (de l'ordre d'un millionième), mais aimants mous peuvent ont ?? de l'ordre de centaines ou des milliers. Pour matériaux satisfaisant M = ?? H , on peut aussi écrire B = ?? ₀ (1 + ?? ) H = u ₀ u _r H = ?? H , où ?? _r = 1 + ?? est le (dimension) perméabilité relative et $\mu=\mu_0\mu_r$ est la perméabilité magnétique. Les deux aimants durs et mous ont une plus complexe, dépendant du passé, le comportement décrit par ce qu'on appelle des boucles d'hystérésis, qui donnent soit B vs H ou M vs H . Dans CGS M = ?? H , mais ?? _SI = 4 ???? _CGS , et $\mu=\mu_r$ .

Attention: En partie parce qu'il ne sont pas assez romaine et symboles grecs, il n'y a pas souvent d'accord sur le symbole pour la force pôle magnétique et le moment magnétique. Le symbole m ??????a été utilisé à la fois pour la résistance de pôle (unité = A · m, où m ici la verticale est de mètre) et de moment magnétique (unité = A · m²). Le symbole ?? a été utilisé dans certains textes de la perméabilité magnétique et dans d'autres textes pour le moment magnétique. Nous allons utiliser ?? la perméabilité magnétique et m pour le moment magnétique. Pour la force de pôle, nous allons employer q _m . Pour un barreau aimanté de section A avec uniforme aimantation M le long de son axe, la force pôle est donné par q _m = ' MA , de sorte que M peut être considéré comme une force pôle par unité de surface.

Les champs d'un aimant

Loin d'un aimant, le champ magnétique créé par l'aimant qui est presque toujours décrite (avec une bonne approximation) par un champ dipolaire caractérisé par son moment magnétique total. Ceci est vrai quelle que soit la forme de l'aimant, tant que le moment magnétique est différent de zéro. Une caractéristique d'un champ de dipôle est que la force du champ diminue en raison inverse du cube de la distance du centre de l'aimant.

Plus près de l'aimant, le champ magnétique devient plus compliqué et plus dépendant de la forme détaillée et l'aimantation de l'aimant. Formellement, le domaine peut être exprimée comme un développement multipolaire: Un champ dipolaire, plus un champ quadripolaire, plus un champ octupôle, etc.

De près, de nombreux champs différents sont possibles. Par exemple, pour une longue barre aimantée maigre avec son pôle nord à une extrémité et pôle sud à l'autre, le champ magnétique à proximité de chaque extrémité tombe inverse du carré de la distance de ce pôle.

Calcul de la force magnétique

Le calcul de la force d'attraction ou de répulsion entre deux aimants, dans le cas général, une opération extrêmement complexe, car elle dépend de la forme, l'aimantation, l'orientation et la séparation des aimants.

Vigueur entre deux pôles magnétiques

La force entre les deux pôles magnétiques est donnée par:

$F={{\mu q_{m1} q_{m2}}\over{4\pi r^2}}$

o??

Fest la force (unité SI:newton)

q _m1etq _m2sont les forces polaires (unité SI:ampère-mètre)

??est laperméabilité du milieu intermédiaire (unité SI: tesla mètre parampère, henry par mètre ou newton par ampère carré)

rest la séparation (en unités SI: mètre).

La description pôle est utile de pratiquer magneticians qui conçoivent le monde réel des aimants, mais de véritables aimants avoir une distribution pôle plus complexe qu'une simple nord et le sud. Par conséquent, la mise en ??uvre de l'idée pôle est pas simple. Dans certains cas, l'une des formules données ci-dessous plus complexes seront plus utiles.

Vigueur entre deux surfaces proximité attirent de zoneAet aimantations égales mais opposéesM

$F=\frac{\mu_0}{2}AM^2$

o??

Aest l'aire de chaque surface, en m²

Mest leur aimantation, en A / m.

$\ Mu_0$ est la perméabilité de l'espace, qui est égal à $4\pi$ x 10^-7Tesla mètre par ampère-

Vigueur entre deux barreaux aimantés

La force entre deux barreaux magnétiques cylindriques identiques mis bout-à-bout est donnée par:

$F=\left[\frac {B_0^2 A^2 \left( L^2+R^2 \right)} {\pi\mu_0L^2}\right] \left[{\frac 1 {x^2}} + {\frac 1 {(x+2L)^2}} - {\frac 2 {(x+L)^2}} \right]$

o??

B₀est la densité de flux magnétique très proche de chaque pôle, en T,

Aest la surface de chaque pôle, en m²,

Lest la longueur de chaque aimant, en m,

Rest le rayon de chaque aimant, en m, et

xest la distance entre les deux aimants, en m

'B ₀= $\frac{\mu_0}{2}$ Mse rapporte à la densité de flux du pôle pour l'aimantation de l'aimant.

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