Comment fonctionne un aimant ?
Réponse courte : chaque électron se comporte comme un minuscule aimant (grâce à son spin). Dans la plupart des matériaux, ces petits aimants pointent dans tous les sens et s'annulent. Dans un aimant permanent, ils sont en grande partie orientés dans la même direction, fixés par la structure cristalline. Ensemble, ils forment un champ magnétique avec un pôle nord et un pôle sud. Ce champ attire les matériaux ferromagnétiques (fer, acier, nickel, cobalt) et attire ou repousse d'autres aimants.
Étape par étape : de l'atome à l'aimant
- Électrons : chaque électron a un moment magnétique dû à son spin. Dans des atomes comme le fer, le cobalt et le néodyme, ces moments ne s'annulent pas complètement ; un tel atome est lui-même un petit aimant.
- Domaines : dans les matériaux ferromagnétiques, les atomes voisins s'alignent spontanément, dans des zones de quelques micromètres : les domaines magnétiques (domaines de Weiss).
- Non aimanté : dans un morceau de fer ordinaire, les domaines pointent dans des directions différentes. De l'extérieur, on ne remarque rien.
- Aimantation : un champ externe puissant oriente tous les domaines dans le même sens.
- Permanent : dans le fer doux, les domaines reviennent ensuite en désordre, mais dans un aimant permanent la structure cristalline les maintient. Cette capacité s'appelle la coercivité.
Pourquoi un aimant attire-t-il l'acier ?
L'acier n'est pas un aimant, mais il est ferromagnétique. Dans le champ d'un aimant, ses domaines s'orientent temporairement selon ce champ. L'acier devient alors lui-même un aimant (temporaire) avec un pôle opposé tourné vers l'aimant, et ils s'attirent. Si vous retirez l'aimant, l'acier revient en grande partie à son état initial.
Sur quels matériaux un aimant fonctionne-t-il ?
| Oui (ferromagnétique) | Non ou à peine |
|---|---|
| fer, acier, fonte | aluminium, cuivre, laiton, zinc |
| nickel, cobalt | or, argent, plomb, titane |
| inox ferritique (par exemple 430) | inox austénitique (304, 316) |
| certaines pièces à noyau d'acier | bois, verre, plastique, papier |
L'aluminium et le cuivre ne sont pas magnétiques, mais un aimant en mouvement y induit des courants de Foucault qui le freinent. Si vous laissez tomber un aimant en néodyme dans un tube de cuivre, il tombe étonnamment lentement.
Pourquoi le néodyme est-il si puissant ?
Le composé Nd₂Fe₁₄B associe beaucoup de fer (forte aimantation) au néodyme, qui fixe fortement l'aimantation selon une direction cristalline. Le néodyme a ainsi la plus forte densité d'énergie de tous les aimants permanents : 5 à 10 fois plus que la ferrite. Voir quelle est la force d'un aimant en néodyme ?
Aimant permanent ou électroaimant ?
- Aimant permanent : fonctionne toujours, sans courant. Exemples : néodyme, ferrite, AlNiCo, samarium-cobalt.
- Électroaimant : une bobine avec un noyau de fer, magnétique uniquement quand le courant passe. Activable et désactivable, par exemple dans les relais, les serrures et les aimants de levage.
Questions fréquentes
Un aimant peut-il perdre sa force à l'usage ?
Non, un aimant ne consomme pas d'énergie quand il tient quelque chose. Voir pourquoi les aimants perdent-ils leur force ?
Pourquoi un aimant a-t-il toujours deux pôles ?
Parce que le champ forme des boucles fermées : il sort du pôle nord et rentre par le pôle sud. Si vous cassez un aimant en deux, vous obtenez deux aimants ayant chacun un pôle nord et un pôle sud.
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