Asimant
Un aimant (var. asimant[1]) es un objècte capable de produrre un camp magnetic exterior. Aqueu fenomène, consequéncia de proprietats particulari au sen de la matèria magnetica, s'obsèrva mai que mai per l'aparicion d'una fòrça d'atraccion sobre lu objèctes ferromagnetics. A un ròtle crucial dins mai d'una tecnologia 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. Quaucu mineraus ferrós presentan aquela proprietat coma la magnetita, 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. Lu electroaimants, fòrça utilizats dins l'industria, fan partida d'aquela familha.
L'estudi dei aimants es un domeni important de la fisica. Donèt naissença au magnetisme e a l'electromagnetisme que son doi brancas centrali dei sciéncias 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.
Istòria
[modificar | Modificar lo còdi]D'observacions dei proprietats magnetiqui de la magnetita 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 un camp magnetic a un tròç de fèrre, en China, en Grècia, en Anatolia 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, lo magnetisme non aguèt d'aplicacions vertadieri, mas coma totplen de mineraus, foguèt associada a la magia[5].
La promiera aplicacion dei aimants foguèt la bóssola, 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 lu Arabs e per lu Europeus[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 de Cristòl Colomb en Amèrica[10]. Totun, lu aimants naturals utilizats avian lo defaut de perdre pauc a pauc la sieua aimantacion. Aqueu problema foguèt reglat en lo 1743 per Daniel 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, lo fisician anglés William Gilbert (1544-1603) destrièt còrs electric e magnetic. Notèt li lèis d'atraccion e de repulsion dei aimants, l'influéncia de la calor sus lo magnetisme dau fèrre e assimilèt la Tèrra a un aimant. Charles-Augustin Coulomb (1736-1806) posquèt explicar lo foncionament de la fòrça d'atraccion e de repulsion en lo 1785 e Hans 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 un corrent 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'aplicacions comerciali.
La descripcion fisica dei aimants
[modificar | Modificar lo còdi]Lo camp magnetic
[modificar | Modificar lo còdi]
Lo camp magnetic congreat per un aimant, generalament notat B, es un camp vectorial. Per un ponch donat dins l'espaci, aqueu camp a doi proprietats :
- la sieua direccion es aquela de l'agulha d'una bóssola 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 lo teslas (T) qu'es en realitat l'unitat dins lo Sistèma Internacional de l'induccion magnetica, una grandor permetent de caracterizar l'intensitat e la reparticion espaciala dau camp magnetic. Lo gauss (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 fenomènes astronomics. Per exemple, una estela de neutrons pòu facilament aver un camp magnetic de 10 MT.
Lo moment magnetic
[modificar | Modificar lo còdi]Lo moment magnetic es una grandor vectoriala, generalament notada µ ò M, 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 dau camp magnetic. Per exemple, es lo cas de l'agulha d'una bóssola que s'alinha dins lo sens dau camp magnetic terrèstre. Cau notar que tot objecte aguent un moment magnetic engendra un camp magnetic a l'entorn d'eu.
L'aimantacion
[modificar | Modificar lo còdi]L'aimantacion d'un objècte aimantat es la valor locala dau sieu moment magnetic per unitat de volume[16]. Generalament notada M, 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. Lo fèrre pòu facilament aver una aimantacion d'environ 106 A.m-1. Aquò explica perqué s'aimanta sensa dificultat.
La modelizacion dei aimants
[modificar | Modificar lo còdi]
Li a doi biais principals de modelizar lu aimants dins la fisica 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 la divergéncia d'un camp de vectors. En simplificant, la divergéncia es un operator matematic que mesura s'un camp 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 magnetic H. A l'exterior de l'aimant, lo camp magnetic B es alora proporcional a H, mentre qu'a l'interior, l'aimantacion deu èstre ajustada a H.
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. Lu corrents susfacics son ensinda lu contributors unics de l'aimantacion[18]. La règla de la man drecha permet alora de determinar la direccion e lo sens dei particulas que pòrtan una carga positiva.
La polaritat
[modificar | Modificar lo còdi]Lo pòle nòrd d'un aimant es definit coma lo pòle dirigit vèrs lo Pòle Nòrd magnetic de la Tèrra 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 dau camp magnetic terrèstre[19][20].
Li proprietats magnetiqui dei materiaus
[modificar | Modificar lo còdi]Lo tèrme « aimant » es normalament reservat ai objèctes que produson un camp 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 materiaus ferromagnetics e ferrimagnetics 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. Lu elements 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 lu ferritas de cobalt e lu ferritas de bari[21].
- lu materiaus paramagnetics 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. Lo platin, l'alumini e lo dioxigène son d'exemples de compausats paramagnetics.
- lu materiaus diamagnetics son leugierament repossats per lu aimants. Coma per lu materiaus paramagnetics, aqueu fenomène es fòrça febla e esquasi indetectable. Lo coire, lo carbòni, l'aiga e la màger part dei plastics son d'exemples de materiaus diamagnetics.
D'autri formas de reaccion existisson coma lo vèire d'espin, lo superparamagnetisme, lo supermagnetisme e lo metamagnetisme.
Li familhas d'aimants
[modificar | Modificar lo còdi]Lu aimants permanents
[modificar | Modificar lo còdi]Lo tèrme aimant permanent designa un materiau magnetic dur que la sieua aimantancion remanenta e lo sieu camp coercitiu son grands. L'aimantacion remanenta designa l'induccion magnetica que subsistísse dins lo materiau a excitacion magnetica nulla. Lo camp coercitiu es l'excitacion magnetica de produrre per annular l'aimantacion dau materiau. Enfin, cau nòtar l'existéncia de la temperatura 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].
Lu elements metallics magnetics
[modificar | Modificar lo còdi]Quaucu elements quimics an de proprietats ferromagnetiqui. Dins li condicions normali de pression e de temperatura, son lo fèrre, lo cobalt e lo niquèl. Lo dispròsi e lo gadolini presentan finda aqueu tipe de proprietats a temperatura bassa[23]. De mineraus contenent aquelu elements pòdon finda presentar de proprietats ferromagnetiqui. L'exemple pus conoissut es la magnetita. 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 elements composits
[modificar | Modificar lo còdi]
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 :
- lu ferritas son una mescla de pòuvera de fèrre e de carbonat de barri ò de carbonat d'estronci. Aquò permet de fabricar d'aimants ceramics de formas variadi. An lu avantages e lu incovenients dei ceramicas : non son sensibles a l'oxidacion, mas son pus fragiles que lu aimants metallics.
- lu aimants AlNiCo son una mescla d'alumini, de niquèl ò de cobalt emb de fèrre. 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 per fretatge, 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
[modificar | Modificar lo còdi]Lu aimants flexibles son compauats d'una substància fòrça ferromagnetica (generalament un oxide de fèrre) mesclada emb una resina polimèra. 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.
Lu aimants de tèrras rari
[modificar | Modificar lo còdi]
Lu elements dau grop dei tèrras rari an una jaça electronica f parcialament emplida. L'espin d'aquelu electrons pòt èstre alinhats per formar de camps magnetics superiors ai camps formats emb lu materiaus ferromagnetics 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 :
- lu aimants 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...).
- lu aimants neodimi-fèrre-bòre son lu aimants pus poderós disponibles sus lo mercat[24]. De recèrcas importanti son en cors ai Estats Units per trobar d'alternativas a aquelu aimants car la màger part de la produccion es dominada per China.
Lu electroaimants
[modificar | Modificar lo còdi]
Lu electroaimants produtz un camp magnetic quora es alimentat per un corrent electric. Es un dispositiu que convertisse d'energia electrica en energia magnetica au mejan d'un sistema de bobinas e d'una pèça de materiau ferromagnetic. Aqueu principi de permet de fabricar d'aimants fòrça poderós coma lu electroaimants supraconductors ò lu electroaimants de Bitter. Totun, l'aimantacion cessa quora s'arrèsta lo corrent electric.
Lu electroaimants an d'aplicacions nombroï dins d'ensembles electrics coma lu motors electrics, lu generators, lu emetors-receptors ràdio, li televisions, lu magnetofònes, lu discs durs, lu microscòpis electronics ò divèrsi màquinas aisinas.
Annèxas
[modificar | Modificar lo còdi]Ligams intèrnes
[modificar | Modificar lo còdi]Bibliografia
[modificar | Modificar lo còdi]Nòtas e referéncias
[modificar | Modificar lo còdi]- ↑ 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.
- ↑ D. Boorstin, Les découvreurs, París, Seghers, 1986.
- ↑ 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.
- ↑ Lo gauss fa partida dau sistèma 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.