Unaimant (var.asimant[1]) es un objècte capable de produrre uncamp magnetic exterior. Aqueu fenomène, consequéncia de proprietats particulari au sen de lamatèria magnetica, s'obsèrva mai que mai per l'aparicion d'unafòrça d'atraccion sobre luobjèctes ferromagnetics. A un ròtle crucial dins mai d'unatecnologia modèrna.
Dos tipes d'aimant son conoissuts despí l'Antiquitat. Lo premier es l'aimant permanent que non necessita una activacion exteriora per generar lo sieu camp magnetic. Quaucuminerausferrós presentan aquela proprietat coma lamagnetita, mas es finda possible de fabricar d'aimants permanents a partir de materiaus causits. La segonda categoria d'aimants es l'aimant temporari qu'a besonh d'una activacion exteriora per produrre un camp magnetic. Luelectroaimants, fòrça utilizats dins l'industria, fan partida d'aquela familha.
L'estudi dei aimants es un domeni important de lafisica. Donèt naissença aumagnetisme e a l'electromagnetisme que son doi brancas centrali deisciéncias modèrni. De mai, encuèi, son encara l'objècte de recèrcas importanti a causa dei aplicacions nombroï dei aimants tant dins li tecnologias actuali que dins lu projèctes en cors de desvolopament. Ensinda, divèrsi familhas d'aimants son estadi desvolopadi.
D'observacions dei proprietats magnetiqui de lamagnetita son atestadi pendent l'Antiquitat dins mai d'una region. En particular, de documents escrichs mòstran una conoissença generala de sieui proprietats, comprés aquela de transmetre la possibilitat de crear uncamp magnetic a un tròç defèrre, enChina, enGrècia, enAnatolia e, pus tard, dins l'Empèri Roman[2][3]. Li proprietats magnetiqui de l'ambre fretat èran finda conoissudi per lu Grècs[4]. Totun, durant de sègles, lomagnetisme non aguèt d'aplicacions vertadieri, mas coma totplen demineraus, foguèt associada a lamagia[5].
La promiera aplicacion dei aimants foguèt labóssola, inventada per lu Chinés dins lo corrent dau sègle XI[6][7]. Lo dispositiu si difondèt lòng dei rotas marchandi e foguèt pauc a pauc adoptat per luArabs e per luEuropeus[8][9]. Aguèt un ròtle central dins li expedicions maritimi menadi per lu explorators europeus a partir de la segonda mitat dau sègle XV. Per exemple, la bóssola es sovent considerada coma un dei factors aguent permés lo succès dei expedicions deCristòl Colomb enAmèrica[10]. Totun, lu aimants naturals utilizats avian lo defaut de perdre pauc a pauc la sieua aimantacion. Aqueu problema foguèt reglat en lo 1743 perDaniel Bernoulli (1700-1782) emb l'invencion dau promier aimant en forma de fèrre de cavau. Format de doi pòles plaçats a proximitat, garda li sieui proprietats car lu doi camps magnetics mantènon l'aimantacion[11].
En lo 1600, lofisiciananglésWilliam Gilbert (1544-1603) destrièt còrs electric e magnetic. Notèt li lèis d'atraccion e de repulsion dei aimants, l'influéncia de lacalor sus lo magnetisme dau fèrre e assimilèt laTèrra a un aimant.Charles-Augustin Coulomb (1736-1806) posquèt explicar lo foncionament de lafòrça d'atraccion e de repulsion en lo 1785 eHans Christian Orsted (1777-1851) l'associèt a l'electricitat en lo 1805. Pi, 15 ans pus tard, observèt la deviacion d'una agulha magnetizada per uncorrent electric. La mema annada,André-Marie Ampère (1775-1836) magnetizèt un tròç de fèrre plaçat dins un solenoïde somés a un corrent[12]. Aquelu trabalhs permetèron pauc a pauc de definir una teoria de l'aimantacion e de produrre d'aimants artificiaus avent d'aplicacionscomerciali.
Locamp magnetic congreat per un aimant, generalament notat B, es uncamp vectorial. Per un ponch donat dins l'espaci, aqueu camp a doi proprietats :
la sieua direccion es aquela de l'agulha d'unabóssola a l'equilibri.
lo sieu sens que va dau pòle sud vèrs lo pòle nòrd.
La sieua intensitat es exprimida en A.m-1[13]. Totun, per exprimir aquela intensitat, s'utiliza generalament loteslas (T) qu'es en realitat l'unitat dins loSistèma Internacional de l'induccion magnetica, una grandor permetent de caracterizar l'intensitat e la reparticion espaciala daucamp magnetic. Logauss (G) pòu finda èstre utilizat car la sieua valor, 1 T = 10 000 G, es pus adaptada ai valors observadi dins l'environament terrèstre[14]. Per exemple, lo camp magnetic terrèstre vau 58 µT ò 0,58 G a 50° de latituda. Un aimant pichin a un camp magnetic de l'òrdre de 2 000 a 4 000 G, un aimant d'IRM de 15 000 a 30 000 G e lu aimants umans pu poderós de 600 000 G. Lo tesla es mièlhs adaptat per lu fenomènesastronomics. Per exemple, unaestela de neutrons pòu facilament aver un camp magnetic de 10 MT.
Lomoment magnetic es una grandor vectoriala, generalament notadaµ òM, que s'exprimisse en A.m²[15]. Permet de caracterizar l'intensitat d'una fònt magnetica (corrent electric, objecte aimantat...). L'aimantacion es la distribucion espaciala dau moment magnetic. Per un còrs plaçat dins la sieua zòna d'influéncia, aqueu moment si manifèsta per la tendéncia que subisse lo còrs a s'alinhar dins lo sens daucamp magnetic. Per exemple, es lo cas de l'agulha d'unabóssola que s'alinha dins lo sens daucamp magnetic terrèstre. Cau notar que tot objecte aguent un moment magnetic engendra un camp magnetic a l'entorn d'eu.
L'aimantacion d'un objècte aimantat es la valor locala dau sieu moment magnetic per unitat de volume[16]. Generalament notadaM, s'exprimisse en A.m-1[17]. Es un camp vectorial car li sieui intensitat e orientacion pòdon variar en foncion dau ponch causit per li mesurar. Lu aimants de la vida vidanta an generalament una aimantacion de 100 000 A.m-1, cen que correspònde a un moment magnetic de 0,1 A.m² concentrat dins un volume de 1 cm3. Lofèrre pòu facilament aver una aimantacion d'environ 106 A.m-1. Aquò explica perqué s'aimanta sensa dificultat.
Modelizacion informatica dau camp magnetic d'un aimant.
Li a doi biais principals de modelizar lu aimants dins lafisica modèrna. Lo primier es la representacion basada sus l'existéncia de pòles nòrd e sud. Totun, cau ben nòtar que lu doi pòles dau modèle non correspòndon a de pòles vertadiers. Aquò es unicament un mejan simple per representar lu fenomènes observats ai extremitas d'un aimant. S'un aimant es romput, lo resultat serà la formacion d'aimants pus pichins aguent egalament de pòles nòrd e sud. Dins aqueu modèle, cau utilizar ladivergéncia d'un camp de vectors. En simplificant, la divergéncia es un operatormatematic que mesura s'uncamp vectoriau intra ò sòrte d'una zòne de l'espaci. Dins lo nòstre cas, la divergéncia de l'aimantacion ∇M a l'interior de l'aimant es considerada coma una distribucion de monopòles magnetics. Se la distribucion dei pòles es conoissuda, aquò permet d'obtenir lo camp magneticH. A l'exterior de l'aimant, lo camp magneticB es alora proporcional aH, mentre qu'a l'interior, l'aimantacion deu èstre ajustada aH.
Lo segond metòde de representacion d'un aimant es lo modele d'Ampère. Dins aqueu cas, la magnetizacion es lo resultat de la formacion de corrents microscopics dichs corrents d'Ampère. A l'interior dau materiau, aquelu corrents si compensan e la sieua soma es donc considerada coma nulla. Lucorrents susfacics son ensinda lu contributors unics de l'aimantacion[18]. Larègla de la man drecha permet alora de determinar la direccion e lo sens dei particulas que pòrtan una carga positiva.
Lo pòle nòrd d'un aimant es definit coma lo pòle dirigit vèrs loPòle Nòrd magnetic de laTèrra quand l'aimant es pendut liurament. Coma l'atraccion magnetica a luèc entre pòles opausats, aquò significa que lo Pòle Nòrd magnetic es en realitat lo pòle sud daucamp magnetic terrèstre[19][20].
Lo tèrme « aimant » es normalament reservat ai objèctes que produson uncamp magnetic persistent de maniera autonòma. Aquò es relativament rare. Lu autres materiaus an tres tipes principals de reaccion quand son plaçats en preséncia d'un camp magnetic :
lu materiausferromagnetics eferrimagnetics forman lo grop dei materiaus normalament considerats coma magnetics. Son atirats per un aimant e pòdon finda venir magnetics e transmetre l'aimantacion. La diferéncia entre ferrimagnetisme e ferromagnetisme es ligada a l'estructura microscopica dei materiaus. Luelements tradicionalament vists coma ferromagnetics (fèrre,cobalt,niquèl,dispròsi,gadolini) son d'exemples de materiaus ferromagnetics. Lu exemples de materiaus ferrimagnetics son pus complèxes. La màger part son d'aliatges coma luferritas de cobalt e luferritas de bari[21].
lu materiausparamagnetics son leugierament atirats per un aimant. Totun, l'intensitat d'aquela atraccion es fòrça febla. Necessita d'instruments relativament sensibles ò d'aimants poderós per èstre detectats. Loplatin, l'alumini e lodioxigène son d'exemples de compausats paramagnetics.
lu materiausdiamagnetics son leugierament repossats per lu aimants. Coma per lu materiaus paramagnetics, aqueu fenomène es fòrça febla e esquasi indetectable. Locoire, locarbòni, l'aiga e la màger part deiplastics son d'exemples de materiaus diamagnetics.
Lo tèrme aimant permanent designa un materiau magnetic dur que la sieuaaimantancion remanenta e lo sieucamp coercitiu son grands. L'aimantacion remanenta designa l'induccion magnetica que subsistísse dins lo materiau a excitacion magnetica nulla. Locamp coercitiu es l'excitacion magnetica de produrre per annular l'aimantacion dau materiau. Enfin, cau nòtar l'existéncia de latemperatura de Curie qu'es la temperatura maximala d'existéncia de l'aimantacion. Es variabla segon lo materiau considerat. Totun, la pèrda d'aimantacion pòu èstre reversibla[22].
Quaucuelements quimics an de proprietats ferromagnetiqui. Dins li condicions normali de pression e de temperatura, son lofèrre, locobalt e loniquèl. Lodispròsi e logadolini presentan finda aqueu tipe de proprietats atemperatura bassa[23]. Demineraus contenent aquelu elements pòdon finda presentar de proprietats ferromagnetiqui. L'exemple pus conoissut es lamagnetita. Aquelu elements pòdon formar d'aimants naturaus e lo fèrre foguèt longtemps utilizat per fabricar d'aimants. Pasmens, d'autru mejans son estats adoptats per la fabricacion dei aimants modèrnes.
Lu aimants compausats de materiaus composits son lo resultat de l'associacion d'elements ferromagnetics, sovent utilizats sota forma de pòuvera, emb de substàncias non magnetiqui. Aquò permet de formar de materiaus magnetics noveus e pauc cars. Tres familhas principalas existisson :
luferritas son una mescla de pòuvera defèrre e decarbonat de barri ò decarbonat d'estronci. Aquò permet de fabricar d'aimants ceramics de formas variadi. An lu avantages e lu incovenients deiceramicas : non son sensibles a l'oxidacion, mas son pus fragiles que lu aimants metallics.
luaimants AlNiCo son una mescla d'alumini, deniquèl ò decobalt emb defèrre. Quaucu elements suplementaris pòdon èstre ajustats per melhorar li proprietats dau produch.
lu aimants motlats per injeccion son compauats d'una mescla de pòuveras magnetiqui e de resina. Aquò permet una infinitat de formas, mas lu aimants obtenguts emb aqueu procèssus an una aimantacion mens importanta que lu autres tipes d'aimant.
Aquelu aimants son generalament fabricats perfretatge, es a dire que lu sieus constituents son mesclats sota forma de pòuvera. Pi, son caufats per permetre una aglomeracion dei particulas e donar una coesion e una rigiditat au materiau.
Lu aimants flexibles son compauats d'una substància fòrça ferromagnetica (generalament unoxide de fèrre) mesclada emb una resinapolimèra. La mescla es extrudada sota forma de fuèlh. Pi, passa sota una linha d'aimants poderós montats sus un supòrt rotatiu. Aquò permet d'alternar l'aimantacion dau fuèlh. Lu aimants obtenguts emb aquela tecnica son sovent febles, mas segon la resina utilizada, son fòrça flexibles.
Emb lu aimants composits, lu aimants flexibles son lu aimants permanents mens cars de fabricar per l'industria modèrna.
Luelements dau grop deitèrras rari an una jaça electronicaf parcialament emplida. L'espin d'aqueluelectrons pòt èstre alinhats per formar de camps magnetics superiors ai camps formats emb lu materiausferromagnetics tradicionals. Per aquela rason, li tèrras rari son utilizadi per fabricar d'aimants poderós mas costós. Li sieui aplicacions son donc limitadi a de domenis capables de rendabilizar aqueu còst. Doi tipes d'aimants de tèrra rari son frequents :
luaimants samari-cobalt (Sm-Co) an una densitat energetica auta e una bòna resisténcia a la desaimantancion. Totun, li sieui proprietats mecanicas son marridi (fragilitat, caractèr rompedís...).
luaimants neodimi-fèrre-bòre son lu aimants pus poderós disponibles sus lomercat[24]. De recèrcas importanti son en cors aiEstats Units per trobar d'alternativas a aquelu aimants car la màger part de la produccion es dominada perChina.
↑Lo Congrès Permanent de la Lenga Occitana, recèrca « aimant », consultat lo 14 de setembre dau 2024,[1].
↑Li Shu-hua, « Origine de la Boussole II. Aimant et Boussole »,Isis, vol. 45, n° 2, 1954, pp. 175-196.
↑Hugh P. Vowles, « Early Evolution of Power Engineering »,Isis, vol. 17, n° 2, 1932, pp. 412-420.
↑David C. Cassidy, Gerald Holton e Floyd James Rutherford,Comprendre la physique, Presses polytechniques et universitaires romandes, 2014, pp. 447-448.
↑Pierre Juhel,Histoire de la boussole. L'aventure de l'aiguille aimantée, Quae, 2013, pp. 14-15.
↑J. M. D. Coey,Magnetism and magnetic materials, Cambridge, Cambridge University Press, 2009, pp. 1–3.
↑Petra G. Schmidl, « Two Early Arabic Sources On The Magnetic Compass »,Journal of Arabic and Islamic Studies, vol. 1, 1996-1997, pp. 81-132.
↑Pierre Juhel,Histoire de la boussole. L'aventure de l'aiguille aimantée, Quae, 2013, pp. 16.
↑Jacques Heers,Christophe Colomb , París, Hachette, 1991, p. 293.
↑Karl-Hartmut Müller, Simon Sawatzki, Roland Gauß e Oliver Gutfleisch, J. M. D. Coey e Stuart S. P. Parkin, « Permanent Magnet Materials and Applications »,Handbook of Magnetism and Magnetic Materials, Springer International Publishing, 2021, p. 1391.
↑Jean Delaunay,Ampère, André-Marie, vol. 1. Charles Scribner's Sons, 2008, pp. 142–149.
↑Michel Dubesset,Le manuel du système international d'unités. Lexique et conversions, Technip, 2000, p. 45.
↑Logauss fa partida dausistèma CGS. A un sotamultiple, lo gamma (γ), que vau 1 G = 100 000 γ e que pòu si rescontrar dins de tèxtes ancians. Totun, a la nòstra epòca, lo gamma es estada remplaçada per lo nanotesla (nT).
↑Michel Dubesset,Le manuel du système international d'unités. Lexique et conversions, Technip, 2000, p. 92.
↑Michel Dubesset,Le manuel du système international d'unités. Lexique et conversions, Technip, 2000, p. 34.
↑Michel Dubesset,Le manuel du système international d'unités. Lexique et conversions, Technip, 2000, p. 35.
↑Wayne M. Saslow,Electricity, Magnetism, and Light, Academic Press, 2002, p. 426.
↑Raymond A. Serway e Chris Vuille,Essentials of college physics, Cengage Learning, 2006, p. 493.
↑Cesare Emiliani,Planet Earth: Cosmology, Geology, and the Evolution of Life and Environment, Cambridge University Press, 1992, p. 228.
↑H. B. Cao, Z. Y. Zhao, M. Lee, E. S. Choi, M. A. McGuire, B. C. Sales, H. D. Zhou, J.-Q. Yan e D. G. Mandrus, « High pressure floating zone growth and structural properties of ferrimagnetic quantum paraelectric BaFe12O19 »,APL Materials, vol. 3, n° 6, 2015, p. 062512.
↑En revenge, una aumentacion de calor pòt menar a la destruccion dau materiau. Dins aqueu cas, la pèrda d'aimantacion es definitiva.
↑John W. Arblaster,Selected Values of the Crystallographic Properties of Elements, ASM International, 2018.
↑Jacob Fraden,Handbook of Modern Sensors : Physics, Designs, and Applications, 4a edicion, Springer, 2010, p. 73.
