LP46 : Propriétés macroscopiques des corps ferromagnétiques

Approche expérimentale du ferromagnétisme

Rappels

Au niveau des effets physiques les aimants et les bobines parcourues par des courants sont identiques : on ne peut pas distinguer l’un de l’autre. Cela s’explique par le fait que l’aimantation des matériaux aimantés est associée à la circulation des électrons autour des noyaux.

Mais tous les matériaux n’ont pas d’aimantation car…

On rappelle que dans la matière l’équation de Maxwell-Ampère s’écrit :

\begin{align*} \curl\vb{B} = \mu_0 \vb{j} + \mu_0 \pdv{\vb{D}}{t} \end{align*}

on appelle courants de déplacement la quantité \vb{j}_d = \pdv*{\vb{D}}{t}, somme de \mu_0 \pdv*{\vb{E}}{t} et des courants de polarisation. Or dans les milieux conducteurs linéaires, \frac{\norm{\vb{j}_d}}{\norm{j}} \ll 1 (ARQS) car :

\frac{\norm{\vb{j}_d}}{\norm{j}} = \frac{\epsilon_0 \omega E}{\sigma E} = \frac{\omega}{\flatfrac{\sigma}{\epsilon_0}}
le numérateur correspond à la pulsation « de travail » et le dénominateur est homogène à l’inverse d’un temps. Ce temps est le temps de relaxation des électrons dans le matériaux, de l’ordre de . Donc, \frac{\norm{\vb{j}_d}}{\norm{j}} \ll 1 pour des pulsations inférieurs à \SI{e14}{\hertz} = \SI{100}{\tera\hertz}. Finalement :

\begin{align*} \curl\vb{B} = \mu_0 \vb{j} = \mu_0 \qty(\vb{j}_b + \vb{j}_f) = \mu_0 \curl\vb{M} + \mu_0 \vb{j}_f \\ \implies \curl(\frac{\vb{B}}{\mu_0} - \vb{M}) = \vb{j}_f \defeq \curl{\vb{H}} \end{align*}
on appelle *aimantation*
la quantité vectorielle
telle que
$\vb{j}_b = \curl{\vb{M}}$.

En tant
qu'expérimentateur
on ne peut contrôler
que
les courantes libres
$\vb{j}_f$
portés par
les électrons de conduction
dans les milieux.

On considère
un montage expérimental
comme le transformateur :
on contrôle $\vb{j}_f$ dans le cuivre
mais les autres matériaux
répondent à la présence de $\vb{B}$
de manière à créer
$\vb{j}_b$
et donc $\vb{M}$.

Cycle d’hystérésis

    Tracer $M = \fof(H)$
    plutôt que $B = \fof(H)$
    car $M$ sature vraiment.
Cycle, mémoire, champ coercitif, aimantation rémanante, ODG, doux, dur.

Courbe de première aimantation

Réversibilité, zone linéaire, zone de saturation, perméabilité relative ?, ODG

Application

Ferro doux : transformateur

Ferro durs : disque durs