Electromagnetisme | Dr. Goulu

Comment fabriquer un aimant ?

Mon, 24 Feb 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Il faut un matériau (Cobalt, , , ou par exemple) et l’exposer à un champ magnétique. C’est tout.

Historiquement, la était le seul matériau magnétique, aimanté naturellement par le (faible) champ magnétique terrestre.

Ce n’est qu’avec l’apparition de l’électricité qu’on a pu fabriquer des aimants puissants

sur on peut lire que les aimants actuels sont aimantés en un millième de seconde dans un électroaimant.

Comment se mesure la puissance d'un aimant et avec quelle unité ?

Mon, 24 Feb 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

est défini comme l’induction magnétique qui, répartie normalement et uniformément sur une surface de 1 , produit à travers cette surface un flux d’ total de 1 .

Dans les , un tesla peut être donné par les expressions suivantes :
$$\mathrm{T = \frac{Wb}{m^2} = \frac{V\cdot s}{m^2} = \frac{W\cdot s}{A\cdot m^2} = \frac{J}{A\cdot m^2} = \frac{N}{A\cdot m} = \frac{kg\cdot m}{A\cdot m\cdot s^2} = \frac{kg}{A\cdot s^2}}$$

un aimant n’a donc pas de “puissance” (qui se mesure en ) ni d’ “énergie” (qui se mesure en = W.s) . Comme on le voit dans les 3ème et 4ème égalités ci-dessus, le Tesla est égal à une énergie divisée par des Ampères et des mètres carrés : sans provoquée par un mouvement, un aimant ne fournit aucune puissance ni énergie.

Comment fonctionnent les aimants ?

Wed, 22 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

C’est magique hein ? Et bien la réponse risque de vous étonner.

Il n’y a aucune énergie qui attire la limaille de fer. Elle tombe dans un trou du champ magnétique creusé par l’aimant exactement comme elle tombe dans le trou du champ gravitationnel creusé par la Terre.

Simplement, l’aimant a un comme il a une masse, et pourrait avoir en plus une charge électrique qui creuse le champ électrostatique.

Les différences c’est que:

la gravitation n’implique que des masses positives, donc l’idée qu’elles “creusent” le champ gravitationnel est assez claire
les charges électrostatiques peuvent être positives ou négatives, alors c’est plus compliqué, mais vous pouvez imaginer que les négatives creusent le champ et les positives y font des bosses. Des charges qui se promènent tendent à aplanir les bosses et les creux (les bosses positives tombent dans les trous négatifs et vice-versa, alors que les bosses repoussent les bosses et les trous repoussent les trous …)
les aimants ont à la fois des pôles “nord” et “sud” (on ne connaît pas de ), donc ils sont à la fois attirés et repoussés par les bosses et les creux du champ magnétique selon la même règle que ci-dessus : aplanir le champ.

Là où ça se corse, c’est que certains matériaux n’ont pas de moment magnétique à eux, mais en acquièrent un quand on les met dans un champ magnétique. Votre limaille est f : chaque particule devient un aimant qui “inverse la pente” du champ où il se trouve (pour l’aplanir…) : il se forme un pôle nord du côté du pôle sud de l’aimant voisin (ou d’une particule de limaille voisine déjà aimantée), et un pôle sud du côté du pôle nord. Total : la limaille s’oriente en une chaîne nord-sud-nord-sud-nord-sud pour essayer de lier le pole nord au sud de l’aimant, tout en repoussant les autres limailles à côté si leurs poles nord/sud correspondent, ce qui fait ces jolies figures

Plus fort encore, certains matériaux sont : ils s’aimantent “dans le sens de la pente”, ce qui fait qu’ils font un pôle nord du côté nord de l’aimant, et un sud du côté sud. Total : il repoussent l’aimant (= se font repousser par lui) au point de planer au dessus :

Et là je vous ressors le truc qui tue : pas besoin d’énergie ! Cette plaque de carbone pyrolytique peut voler au dessus des aimants indéfiniment. Mais ce n’est pas un mouvement perpétuel, parce qu’il n’y a pas de mouvement ! C’est seulement quand quelque chose bouge que l’ joue un rôle. Pour une statique, pas besoin d’énergie.

D’ailleurs, quand vous posez un objet sur une table, il reste là sans consommer d’énergie, et pourtant il ne touche pas vraiment la table : les électrons des atomes de la surface de la table repoussent les électrons de la surface inférieure de votre objet . Et heureusement, sinon votre objet se souderait à la table…

Alors, pourquoi trouvez vous des aimants qui se repoussent plus étonnants qu’un objet posé sur une table ? Il n’y a aucune raison, c’est très similaire.

Mais vous allez me dire que quand vous lâchez une bille d’acier, elle bouge très vite vers l’aimant, encore plus vite que si vous la laissez tomber en fait, alors que là il y a du mouvement, alors qui fournit l’énergie cinétique de la bille ?

Ben, puisqu’elle était en dehors du trou (gravitationnel ou magnétique), elle avait une énergie potentielle par rapport au fond du trou, et c’est cette énergie potentielle qui est convertie en énergie cinétique quand elle tombe dans le trou. D’ailleurs c’est vous qui allez devoir dépenser de l’énergie pour ressortir la bille du trou, gravitationnel ou magnétique .

Pour finir rapidement:

Ce qui précède concerne en fait la , qui est au magnétisme ce que l’électrostatique est à l’électricité : le cas ultra simple ou rien ne bouge
Mais en fait, Faraday et Maxwell se sont aperçus que le magnétisme et l’électricité étaient liés et ont développé la théorie de l’ qui unifie les deux, et explique les ondes, et la lumière, et qu’en fait il n’y a besoin que d’un seul au lieu des deux susmentionnés.
Le est le photon est la de l’ . Elle correspond à un transfert d’énergie par rayonnement électromagnétique. C’est pour la découverte de ceci qu’Albert Einstein a reçu le prix Nobel en 1921, pas pour la relativité ! Mais pour la relativité il s’est beaucoup inspiré des travaux de Maxwell sur le champ électromagnétique, et son champ gravitationnel “unifie” l’espace et le temps (un tout petit peu) comme Maxwell a unifié magnétisme et électrostatique. Donc historiquement le champ “le plus simple” ci-dessus est celui qui a été défini proprement en dernier.
L’ se mesure en Tesla. Le calcul de la force (en Newton) magnétique qui attire un objet est TRES compliqué, car il dépend des caractéristiques du matériau, de sa taille, de sa forme. Il n’existe des formules que pour des cas tout simples et approximatifs. En pratique on doit avoir recours à des logiciels de calculs par éléments finis.
le n’est pas une particule, c’est un mot qui peut désigner plusieurs choses comme le moment magnétique de l’électron ou un .

Existe il un matériau naturel ou composite qui soit capable de bloquer de champ magnétique comme le ferait une cage de Faraday pour le champ électrique ?

Wed, 22 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Oui, le est possible en utilisant des matériaux à forte susceptibilité magnétique, qui concentrent les lignes de champ magnétique de façon à ce qu’elles restent à l’intérieur du matériau.

Le est le matériau avec la plus forte susceptibilité magnétique (notée avec la lettre grecque $\mu$ mu). C’est un alliage de 77 % de , 15 % de , 5 % de et 3 % de (NiFe15Cu5Mo3)

Le et le , qui sont également des alliages composés principalement de et de , peuvent aussi être utilisés.

Pourquoi une feuille de papier ne bloque t elle pas le champ magnétique ?

Wed, 22 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Les propriétés magnétique d’un matériau sont liées aux couches électroniques de ses atomes et à sa structure moléculaire. Les matériaux les plus paramagnétiques sont des cristaux de métaux, le matériau le plus diamagnétique est

Les gaz, liquides et assemblages de molécules organiques compliquées dans tous les sens ont une très proche de 0.

Le papier est très légèrement (comme l’eau et le bois notamment, cf )

Comment les forces électromagnétiques des atomes qui s'excercent dans chaque cellule de l'organisme sont parfaitement equilibrees ?

Thu, 16 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Les ne sont pas vraiment électromagnétiques, plutôt .

La plus simple, la , est purement , mais la qui lie les donne lieu à un bien plus complexe. L’eau en est l’exemple le plus simple, mais beaucoup de molécules organiques sont polaires et interagissent par des liaisons de van der Waals ou des .

D’autre part, si les forces qui s’exercent sur un atome sont parfaitement équilibrées, il ne bouge pas. Les forces interatomiques dans un caillou sont beaucoup mieux équilibrées que dans n’importe laquelle de vos cellules.

Car la vie se caractérise justement par la présence de réactions chimiques permanentes qui n’arrêtent pas de casser des liaisons, d’en recréer d’autres dans un déséquilibre permanent.

Par exemple, Le que les plantes utilisent pour synthétiser leur propre matière à partir du CO2 de l’air et de l’énergie que la fournit sous forme d’ ressemble à ça:

Et ça c’est en résumé, parce que si vous parcourez l’article vous verrez le détail de chaque réaction…

Ce cycle se produit des milliards de fois par seconde dans chaque petite cellule végétale, traitant une misérable molécule de CO2 à la fois pour produire les molécules que de très nombreux autres cycles de ce genre utiliseront dans des milliards de cellules pour produire un séquoia millénaire si tout va bien, ou du tofu pour végétariens au pire.

Si tout à coup ces mécanismes manquent de CO2, d’eau, de lumière ou d’autres molécules nécessaires aux déséquilibres qui les font grandir, se reproduire, bref vivre, ben là les forces sur les atomes s’équilibrent : ils meurent et deviennent poussière, fossile, ou crotte.

Quelle est l'expression analytique de la force magnétique exercée par un aimant naturel sur un autre aimant naturel ?

Mon, 13 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Pas simple du tout, ça dépend de la forme des aimants, de leur orientation respective…

Il n’y a une formule analytique que pour des aimants assez éloignés l’un de l’autre pour qu’on puisse considérer des lignes de champ parallèles:

$F=\frac{3\mu_0 M_1 M_2}{2\pi d^4}$

où M1 M2 sont les moments magnétiques des deux aimants.

Notez la décroissance en puissance 4 de la distance d, puissance 3 si un des aimants est remplacé par un objet ferromagnetique.

Le fait que les aimants soient naturels ou artificiels ne change rien, pas plus que si ce sont des aimants permanents ou des électroaimants. Seul le champ magnétique compte.

Pourquoi le champ magnétique terrestre n'induit pas un courant dans tous les conducteurs métalliques de la planète ?

Sat, 23 Nov 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

C’est le cas, du moins dans les conducteurs métalliques en mouvement puisqu’il faut un déplacement du conducteur par rapport au champ ou une variation du champ pour induire un courant.

Cet exercice évalue la tension induite entre les extrémités des ailes d’un avion de 25 m d’envergure volant à 930km/h soit 258 m/s dans le champ magnétique terrestre de 0.00005 Tesla.

C’est facile à calculer, c’est le produit des 3 valeurs : 252580.00005=0.3225 Volts.

Seulement.

Quelle est la valeur de la vitesse de la lumière ?

Sat, 23 Nov 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

1 dans les bonnes unités, les .

C’est le qui est une unité étrange, définie depuis 1983, comme « la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide pendant une durée d’un 299 792 458 ème de , elle même une unité bizarre : temps nécessaire à 9 192 631 770 oscillations d’un atome de césium.

Tous ces nombres bizarres n’ont qu’une seule justification : nous.

La valeur physique de la vitesse de la lumière est 1.

À quoi sert le champ magnétique terrestre ?

Mon, 28 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Les phénomènes naturels ne “servent” à rien. Ils sont. Ils existent et puis c’est tout.

La vie terrestre s’est développée en intégrant l’existence d’un champ magnétique. S’il n’y en avait pas eu, la vie aurait été différente, et peut-être même qu’il n’y en aurait pas ou plus.

Les réponses du genre “à nous protéger du vent solaire, nous montrer du même coup de magnifiques aurores polaires, et permettre à la vie d’exister sur Terre. " sont car elles supposent un but à ce qui existe.

La science est purement causale : nous existons parce qu’il existe des tas de choses dont un champ magnétique, les tas de choses n’existent pas pour que nous existions.

Comme les aimants permanents rebâtissent leur champs magnétiques d’où vient l’énergie nécessaire pour le faire ?

Fri, 25 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

ils ne les “rebâtissent” jamais. L’énergie potentielle d’un champ magnétique est fournie lors de la fabrication de l’aimant, par un courant électrique dans un électroaimant par exemple. Ensuite le champ ne varie plus. Il peut être déformé par d’autres phénomènes magnétiques, mais ça ne modifie pas l’aimantation.

Vous pouvez voir ça comme le champ gravitationnel d’une masse. Une fois que la masse est formée, elle garde “son” champ. Ou elle déforme le champ existant d’une manière constante comme vous préférez, ça ne change rien.

De même un aimant génère une déformation constante du champ électromagnétique, et la ferraille et les autres aimants tombent dedans.

À quelle vitesse se déplace un électron ? Quelle est la vitesse de l'électricité ?

Sun, 13 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Dans le vide, on peut accélérer très facilement un électron à des vitesses relativiste. Saviez-vous que l’électronique des derniers écrans cathodiques tenait compte de la relativité ? (plus grande force de déviation dans les angles pour obtenir des “coins carrés”)

Dans un conducteur comme le cuivre, les électrons se traînent à la ridicule vitesse de 1 mm/s. Un millimètre par seconde. Ridicule. Mais l’information de déplacement, elle, se propage d’un électron à l’autre à la vitesse de la lumière…dans le cuivre, qui est d’environ 200'000 km/s

Sur quelles études s'appuient ceux qui disent que la 5G sera dangereuse pour la santé ?

Fri, 23 Aug 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Sur aucune*. Ils affirment que ceux qui disent qu’elle n’est pas dangereuse doivent le prouver.

Avec ce genre d’arguments on aurait même pas osé allumer un feu…

Note *: ce n’est pas tout à fait vrai, il existe des études qui ont montré des effets minuscules, souvent à très forte puissance et longue exposition, et par certains auteurs seulement, qui ont suffi à créer un doute.

Ce n’est pas nouveau, c’est déjà arrivé pour la 4G. Et pour la 3G. Et pour les émetteurs TV, et radio avant ça. Et pour les lignes à 50Hz. Et les radars. Et les communications très basse fréquence. Etc.

Est-ce véridique que James Clark Maxwell à décider de modifier son papier visant à établir l'existence de l'Éther en opposition à ses intentions ?

Thu, 30 May 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Je ne sais pas à quoi vous faites allusion exactement. Comme tous les scientifiques de son époque, Maxwell était convaincu de l’existence de l’éther. Mais il s’est aperçu que l’éther ne pouvait pas correspondre à ses équations électromagnétiques alors il imagina qu’il était composé de “tourbillons moléculaires entourés de roues libres, dont le mouvement était analogue au courant électrique”

voir

Merci pour cette question qui m’a fait découvrir cette citation de Poincaré:

Peu nous importe que l’éther existe réellement, c’est l’affaire des métaphysiciens ; l’essentiel pour nous c’est quetout se passe comme s’il existait et que cette hypothèse est commode pour l’explication des phénomènes. Après tout, avons-nous d’autre raison de croire à l’existence des objets matériels ? Ce n’est là aussi qu’une hypothèse commode ; seulement elle ne cessera jamais de l’être, tandis qu’un jour viendra sans doute où l’éther sera rejeté comme inutile.

— Henri Poincaré, La Science et l’hypothèse (Chapitre 12)

J’ai mis en gras “tout se passe comme si”, qui est une phrase cruciale en science : la Science ne dit pas “la Vérité”, elle développe des modèles “commodes pour l’explication des phénomènes”, et l’éther l’était à l’époque.

Mais en plus, l’intuition de Poincaré, entre autres grand précurseur de la relativité, que la physique approchait du point où l’ether ne serait plus nécessaire est absolument remarquable.

Les aimants ont-ils une durée de vie limitée ?

Mon, 27 May 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Pas si on ne les chauffe pas. L’aimantation diminue avec la température, mais à température ambiante elle est quasi éternelle.

(ajout suite à la demande d’ )

Cette relation est décrite par la qui considère l’ comme la somme (vectorielle) d’un grand nombre de plus ou moins alignés.

L’agitation thermique perturbe cet alignement, ce qui réduit l’aimantation, mais en cas de refroidissement ultérieur, l’aimantation revient (presque) à son niveau d’origine car les moments magnétiques se réalignent sur leurs voisins.

Mais si on chauffe un aimant au dessus de sa , les moments magnétiques sont orientés dans toutes les directions, et au refroidissement les moments magnétiques ne savent pas comment s’orienter : l’aimant est irrémédiablement désaimanté…

… à moins que ce refroidissement se produise dans un champ magnétique externe. C’est exactement ce qui se produit pour la naturelle qui s’oriente selon le champ magnétique terrestre lors de sa solidification, et lorsqu’on produit des aimants artificiels dans des champs magnétiques artificiels

Un aimant perd-il jamais son magnétisme ?

Wed, 15 May 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Les perdent leur aimantation définitivement si on les chauffe à leur , mais elle baisse déjà à des températures inférieures, typiquement autour de 80°C.

A température ambiante, un aimant conserve son aimantation de manière “quasiment illimitée”, pour ne pas dire “toujours “.

Si c’est l’objet de votre question, il faut bien comprendre qu’un aimant ne produit ni ne consomme aucune énergie. Quand il est collé contre un panneau ou repousse un autre aimant, la force est statique, ne “ ” pas, donc ne correspond à aucune énergie.

voir et