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Hystérésis dans les matériaux ferromagnétique - Courbe BH

Dans les matériaux ferromagnétiques, on parle d'hystérésis comme indiqué dans l’illustration ci-dessous. L'axe x indique la force du champ magnétique H et l'axe y, le degré de magnétisation B. Lorsqu'il n'y a pas de champ magnétique, il n'y a pas non plus (au début) de magnétisation et nous commençons dès l'origine. Dès qu'un champ magnétique est établi, le ferro-aimant devient magnétique. Ceci continue jusqu’à ce que tous les domaines de Weiss se trouvent du même côté dans le matériau. Le matériau est à présent magnétisé au maximum et une augmentation du champ magnétique n'a plus d’influence sur le degré de magnétisation. Si le champ magnétique est abaissé, les limites des domaines de Weiss resteront partiellement à leur place. Ce n'est que lorsque le champ est à nouveau négatif que la magnétisation totale changera également de caractère. Ceci continue jusqu’à ce que tous les spins se trouvent de l'autre côté et que la magnétisation soit totalement inversée (le produit est démagnétisé). Il existe en outre trois autres éléments non linéaires : une caractéristique courbe, une zone morte et la saturation .

Courbe hystérésis (courbe BH)

courbe BH

 

Origine physique du ferromagnétisme

Le ferromagnétisme survient dans des matériaux qui contiennent des spins non appariés entre lesquels il existe une interaction qui fait que les moments atomiques magnétiques s’orientent parallèlement entre eux . Ceci engendre des champs magnétiques spontanés et permanents autour d’un objet fabriqué en matériau ferromagnétique.

Ferromagnétisme

Ferromagnétisme

Antiferromagnétisme

Antiferromagnétisme

 

Bien que dans un matériau, il y ait généralement autant d'interactions qui veulent mettre les spins dans le même sens que d'interactions qui veulent justement les mettre en sens inverse, ce sont donc les premières forces qui l'emportent dans un ferro-aimant. (Sinon il y a de l’antiferromagnétisme)

En principe, tous les spins peuvent se retrouver d'un même côté dans un ferro-aimant – dans ce cas, l'objet atteint sa saturation magnétique et possède un important champ magnétique spontané. Il est également possible que l'ordre des spins ait lieu dans les plus petits domaines, les fameux domaines de Weiss . Lorsque le sens de magnétisation des domaines est aléatoire, le champ total de l'objet est nul, bien qu'il soit quand même question d'ordre magnétique. Par exposition à un champ extérieur puissant, tous les domaines peuvent être attirés dans le même sens (magnétisés).

Lorsque la température monte, la fluctuation de température provoque une rupture progressive de l’ordre de spin. Arrivé à une certaine température (la température de Curie) l’ordre s’effondre complètement parce que l’énergie thermique est devenue plus grande que l’énergie de l’interaction magnétique. Au-dessus de TC, le matériau se comporte de façon paramagnétique, la susceptibilité réciproque émise à la température absolue constitue alors la ligne droite caractéristique d'un para-aimant. La ligne passe en réalité par T = TC au lieu de T = 0 K en raison de l'existence d’une interaction entre les spins, même si l'énergie thermique perturbe l'ordre.

Applications

Il existe une grande diversité d'applications de l’hystérésis dans les ferro-aimants. Un grand nombre de ces applications utilisent leurs capacités pour conserver une mémoire, par exemple les bandes magnétiques, les disques durs et les cartes de crédit. Dans ces applications, les aimants durs (haute coercivité), comme le fer, sont souhaitables pour que la mémoire ne soit pas facilement effacée.

Les aimants mous (faible coercivité) sont utilisés comme cœurs dans les électro-aimants.

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