Un aimant attire les objets en fer ou en acier. Les propriétés des matériaux aimantés constituent le magnétisme.
Dans l’Antiquité, les Grecs découvrent en Magnésia (une région d’Asie Mineure) une matière aux propriétés particulières, qu’ils appellent « magnétite ». Deux morceaux de magnétite placés côte à côte s’attirent ou se repoussent, selon la façon dont ils sont disposés. De plus, lorsque l’on approche un objet en magnétite d’un objet contenant du fer, ce dernier est attiré et acquiert à son contact les propriétés de la magnétite.
L’étude scientifique de ces phénomènes a donné naissance à une nouvelle branche de la physique au début du xviie siècle : le magnétisme.
DE LA MAGNÉTITE À L’AIMANT
La matière est constituée d’atomes (ou éléments chimiques) qui ont des propriétés physiques et chimiques diverses (masse, densité, réactivité chimique, etc.). Certains éléments (comme le fer) présentent en plus des propriétés magnétiques : ils produisent un champ magnétique qui influence à distance d’autres objets voisins ou lointains. Cette influence se propage à l’infini mais elle diminue en intensité lorsque l’on s’éloigne de l’élément qui la crée. Généralement noté et exprimé en teslas (T), le champ magnétique peut être représenté par une flèche dont chaque extrémité représente un pôle magnétique : le pôle nord à un bout, le pôle sud à l’autre bout.
La magnétite génère naturellement un intense champ magnétique. Les aimants naturels sont des objets constitués de magnétite, pourvus de deux pôles magnétiques et qui génèrent un champ magnétique. Lorsqu’un aimant est cassé en plusieurs morceaux, chaque morceau devient un aimant à part entière, puisqu’il est constitué des mêmes éléments de base.
Les propriétés des aimants
Deux champs magnétiques interagissent entre eux. Cette interaction se traduit notamment par la naissance d’une force magnétique qui tend à les aligner, c’est-à-dire à leur donner la même orientation. C’est ainsi que le pôle nord d’un aimant repousse celui d’un autre aimant et que les pôles opposés de chaque aimant vont s’attirer. Lorsque le pôle nord de l’un des aimants rejoint le pôle sud de l’autre, leurs champs magnétiques sont parfaitement alignés.
Constituée d’un petit aimant mobile, la boussole subit les effets du champ magnétique terrestre. Son champ magnétique, bien plus faible que celui de la Terre, s’oriente comme lui et la boussole indique ainsi le pôle nord magnétique (qui ne correspond pas tout à fait au pôle Nord géographique).
Les aimants artificiels
Lorsque l’on approche un aimant de certains objets, le champ magnétique de l’aimant exerce une force magnétique sur l’objet, qui peut être attiré (comme dans le cas du fer) ou repoussé (dans le cas du benzène). Si l’on répand de la limaille de fer autour d’un aimant, les morceaux de fer vont se déplacer et se regrouper pour former des courbes. Ces courbes illustrent la répartition en intensité du champ magnétique autour de l’aimant : ce sont les lignes de champ magnétique.
Par ailleurs, si un objet constitué de fer (ou de certains alliages) est mis en contact avec un aimant, il peut acquérir un champ magnétique intense. L’objet, dit aimant artificiel, acquiert ainsi les propriétés d’un aimant.
LES INTERACTIONS ENTRE CHAMPS MAGNÉTIQUES ET COURANT ÉLECTRIQUE
Lorsque l’on déplace un aimant à proximité d’une bobine de fil, le champ magnétique de l’aimant crée un courant électrique dans la bobine. On dit que ce courant électrique est induit par le champ magnétique de l’aimant. C’est le principe de la dynamo : un aimant tourne dans une bobine de fil, entraîné par exemple par la roue d’un vélo, et crée ainsi un courant électrique dans la bobine.
Il est également possible de créer un champ magnétique en faisant circuler un courant électrique dans une bobine de fil. On obtient ainsi un électroaimant. Si l’on associe un aimant ou un électroaimant à un autre électroaimant, les champs magnétiques des deux dispositifs interagissent et génèrent une force magnétique qui peut faire tourner l’un des deux aimants : c’est le principe du moteur électrique.
Ces phénomènes ont été mis en évidence pour la première fois en 1820 par Hans Ørsted, puis expliqués par André-Marie Ampère et James Maxwell. C’est ainsi qu’est né l’électromagnétisme, théorie de la physique liant les phénomènes électriques et magnétiques.
LES APPLICATIONS DU MAGNÉTISME
Outre la boussole et les magnets qui se collent sur les réfrigérateurs, les aimants et les électroaimants peuvent également servir à mesurer l’intensité des champs magnétiques, stocker de l’information (notamment avec les disquettes informatiques) ou exercer une force (appareils de levage, de fermeture de portes, etc.).
L'électroaimant est par ailleurs utilisé dans les générateurs des centrales électriques où il joue le rôle de l’aimant de la dynamo, dans les transports avec le train à lévitation magnétique, ou encore en médecine avec l'imagerie par résonance magnétique (IRM).
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