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Champ magnétique et Force



  1. #1
    obi76
    Modérateur*

    Champ magnétique et Force


    ------

    Bonjour,

    Question toute bête. J'ai vu maxwell, le théorème d'Ampère, de Biot et Savar etc etc, mais le phénomène le plus simple je m'aperçois que je ne trouve pas...

    Je met une bille en acier dans un champ magnétique, aucun courant dans la bille, quelle sera la force exercée sur elle ?

    J'ai l'impression que c'est tout bête mais je ne vois pas trop (le magnétisme et moi... c'est bête c'est intéressant ^^).

    Merci d'avance

    -----

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  3. #2
    mamono666

    Re : Champ magnétique et Force

    Je peux juste te dire que les métaux n'auront pas le même comportement. Je n'ai pas de réponses précises à te donner. Mais je pense que tu pourras trouver des réponses en t'interessant aux termes:

    Diamagnétique; paramagnétique et ferromagnétique.

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Diamagn%C3%A9tisme

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Paramagn%C3%A9tique

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Ferromagn%C3%A9tique
    Out! Out! You, Demons Of Stupidity!!

  4. #3
    gatsu

    Re : Champ magnétique et Force

    Citation Envoyé par obi76 Voir le message
    J'ai l'impression que c'est tout bête mais je ne vois pas trop (le magnétisme et moi... c'est bête c'est intéressant ^^).

    Merci d'avance
    Oui enfin ça dépend ce que tu appelles tout bête personnelement je ne trouve pas ça easy du tout le magnétisme.

  5. #4
    obi76
    Modérateur*

    Re : Champ magnétique et Force

    Ben c'est pas facile mais la question est simple, je m'attendais à une réponse simple mais c'est vrai qu'à force je devrai me méfier

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    hterrolle

    Re : Champ magnétique et Force

    Salut Obi76,

    Tu peut essayer de fabrique une petit barre de torsion et de faire comme pour le champs electrostatique. Comme tout depends du lateriel utilisé. Je pense qu'il te faudra faire l'experience.

  8. #6
    obi76
    Modérateur*

    Re : Champ magnétique et Force

    Ben j'aurai bien aimé avoir la théorie, ça m'éviterai à titre personnel de devoir monter un labo dans le garage...

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  10. #7
    YBaCuO

    Re : Champ magnétique et Force

    Citation Envoyé par obi76 Voir le message
    Bonjour,

    Question toute bête. J'ai vu maxwell, le théorème d'Ampère, de Biot et Savar etc etc, mais le phénomène le plus simple je m'aperçois que je ne trouve pas...

    Je met une bille en acier dans un champ magnétique, aucun courant dans la bille, quelle sera la force exercée sur elle ?

    J'ai l'impression que c'est tout bête mais je ne vois pas trop (le magnétisme et moi... c'est bête c'est intéressant ^^).

    Merci d'avance
    Bonjour,

    Si le matériau est magnétique, l'arrangement des spins va créer une circulation de courant.

    Maintenant prenons un exemple. Le matériau magnétique est modélisé par une spire parcouru par un courant.
    Si cette spire est placé dans un champ homogène, elle subira uniquement un couple.
    Par contre si le champ magnétique n'est pas homogène la spire subira un couple et une force résultante.
    J'ai fait un dessin pour illustrer (dans le cas particulier sans couple).
    Images attachées Images attachées  

  11. #8
    Sigmar

    Re : Champ magnétique et Force

    C'est exactement ça.
    Dans les matériaux ferromagnétiques, les moments magnétiques et les spins de l'électrons sont assimilables à des boucles de courant (on appelle ça des dipôles magnétiques dans le jargon).
    Ces boucles de courant, plongées dans un champ magnétique, subissent donc une force modélisable par des forces de Laplace. La différence entre un matériaux quelconque et un matériau férromagnétique est l'existance d'un "couplage" fort dans l'orientation des dipôles magnétiques élementaires. Dans un domaine de Bloch (ça ressemble aux grains cristallographiques), les dipôles magnétiques ont tendance à s'orienter en fonction de leurs voisins. Si jamais tu appliques un champ, alors le couple sur un des diôles magnétiques va l'orienter, alors son voisin va s'orienter, etc... Je pense qu'il s'agit d'un effet quantique, mais je suis trop un électricien pour l'affirmer
    Sinon je rejoins complètement ce qu'a dit l'intérvenant précédent.
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

  12. #9
    obi76
    Modérateur*

    Re : Champ magnétique et Force

    Ben dis c'est pas si simple... C'est bizarre je me doutais qu'il y aurai apparition d'un courant induit qui contribuerai à cette force, mais je ne pensais pas qu'elle n'était dûe (la force) qu'à ça (le courant induit).

    Si j'ai bien compris ça dépend de la géométrie de l'objet ?

  13. #10
    Sigmar

    Re : Champ magnétique et Force

    Ce n'est pas apparition de courants induits ! Il n'y a pas forcément de courants induits (seulement si le champ est variable et le matériau conducteur) - et c'est un TOUT autre phénomène. Les courants (élementaires, ceux dûes notamment à la "rotation" -classique- de l'électron autour de l'atome, mais aussi dûs à des effets quantiques) sont déja "présents" dans la matière mais globalement les boucles de courant n'ont pas d'orientation privilégiée donc ils ne "s'expriment" pas.
    Quand tu places le matériau ferromagnétique dans un champ, les dipôles s'orientent et là ça change tout. Mais pas de courants induits là, hein
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

  14. #11
    YBaCuO

    Re : Champ magnétique et Force

    Non cela n'est pas dû au courant induit. Les spins peuvent être considérés comme de minuscule aimant. Sans champ magnétiques ils sont orientés aléatoirement donc macroscopiquement le matériau ne créé pas de champ magnétique. En présence de champ magnétique les spins réagissent; pour les matériaux ferromagnétique ils s'orientent dans le sens du champ magnétique et macrocopiquement les contributions élémentaires s'additionnent. Le matériau se comporte alors comme un aimant. Un aimant se modélise grossièrement comme un solénoide parcouru par un courant.

  15. #12
    obi76
    Modérateur*

    Re : Champ magnétique et Force

    D'accord.
    Bon admettons que je prenne du fer et qu'un seul spin est libre (enfin je sais pas combien exactement mais c'est facilement trouvable). Je connais donc le moment magnétique généré par électron, dans mon échantillon je connais le nombre d'atomes... Et en fonction de M et B je fais comment pour trouver la force ?

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  17. #13
    Sigmar

    Re : Champ magnétique et Force

    C'est assez complexe, car on ne connait pas parfaitement la répartition des domaines de Bloch, le couplage entre spins, etc...
    Il faut, dans ce cas, passer par la perméabilité magnétique µ du matériau et regarder non plus le champ d'induction B mais le champ d'excitation H, ce qui est également très complexe.
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

  18. #14
    obi76
    Modérateur*

    Re : Champ magnétique et Force

    Ben si t'as un bout de théorie à me mettre sous la dent, on peut toujours essayer...

  19. #15
    YBaCuO

    Re : Champ magnétique et Force

    Avant de quantifier les forces, as-tu compris le comportement d'un spire parcourue par un courant plongée dans champ magnétique inhomogène?
    Le couple et la force résultante?

    Parceque pour expliquer le magnétisme dans la matière il va falloir distinguer le comportement à l'échelle microscopique, mesoscopique et macroscopique.

  20. #16
    obi76
    Modérateur*

    Re : Champ magnétique et Force

    La spire plongée dans un flux magnétique ça va j'ai pas trop de problème avec ça ^^.

    Pour le moment j'arrive à voir ce que tu as dis (c'est pas bête du tout d'ailleurs) mais c'est justement la quantification qu'il me manque...

  21. #17
    curieuxdenature

    Re : Champ magnétique et Force

    Bonjour obi76

    tu n'as pas de formulaire à ta disposition pour ce genre de calcul ?
    Je ne sais pas si j'ai bien saisi la question, mais elle demande une réponse toute bête en effet.
    Force portante :
    B = induction en Tesla
    S = surface en m2
    µo = perméabilité absolue (4 Pi 10-7)

    c'est bien sûr un cas idéal de métal en contact avec l'armature, donc sans entrefer. Pour une bille, ça se corse dirait Bonaparte.
    L'electronique, c'est fantastique.

  22. #18
    Sigmar

    Re : Champ magnétique et Force

    Pour commencer BH dans le matériau (B induction et H excitation).
    Ensuite, l'excitation subit une déformation de type réfraction à l'entrée du matériau, donc le lien que je vais te donner n'est pas complet.
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Ferromagn%C3%A9tique
    Globalement, il faut voir ça comme suit :
    Il existe une excitation magnétique extérieure. A l'entrée du matériaux, cette excitation permet l'orientation des dipôles (le matériau gagne une aimantation). Le résultat est une induction magnétique (communément appelée champ magnétique) forte, canalisée. Il y a amplification du champ en plus que réorientation du champ. C'est pour cela que la formule B=µH ne suffit pas, même en vectoriel.
    Il est par contre très compliqué de connaitre l'aimantantion du milieu en fonction de l'excitation de manière théorique, ce qui fait que généralement on utilise des courbes d'Hystérésis qui relient H et B.
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

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  24. #19
    hterrolle

    Re : Champ magnétique et Force

    salut obi76,

    En tout cas une chose est sur. C'est que la force d'attraction megnetique est proportinelle a la distance de l'objet a attirer.

    cela doit ressembler a F = B/r dans la forme. pour contre pour le detail je ne sais pas.

    B en tesla puissance magnetique.
    r distance entre l'objet et l'aimant.

  25. #20
    curieuxdenature

    Re : Champ magnétique et Force

    Pas de bol, ni dans la forme ni dans le détail.



    e est l'épaisseur de l'entrefer. Pour une bille ça doit se modéliser, mais ça doit aussi être rigolo et je n'ai pas le détail.
    L'electronique, c'est fantastique.

  26. #21
    obi76
    Modérateur*

    Re : Champ magnétique et Force

    Citation Envoyé par curieuxdenature Voir le message
    Pas de bol, ni dans la forme ni dans le détail.



    e est l'épaisseur de l'entrefer. Pour une bille ça doit se modéliser, mais ça doit aussi être rigolo et je n'ai pas le détail.
    Bon ok, je laisse tomber

    Hterolle c'est gentil, mais quand tu donne des formules, que ça soit intuitif c'est bien (c'est comme ça qu'on créé des modèles de toutes façons), mais ne dis pas que [N] = [T]/[m]. C'est faux et complètement abérant.
    Autre chose, si c'est proportionnel c'est pas en 1/r, et si c'est en 1/r la force devient infinie en 0, donc pour décoller une bille d'un aimant c'est pas simple.
    Si c'est proportionnel, par symétrie du système ça doit être nul en 0, donc plus tu t'éloigne plus la norme de la force serai élevée. Abérant aussi....

    Enfin merci quand même

  27. #22
    gatsu

    Re : Champ magnétique et Force

    Citation Envoyé par curieuxdenature Voir le message
    Bonjour obi76

    tu n'as pas de formulaire à ta disposition pour ce genre de calcul ?
    Je ne sais pas si j'ai bien saisi la question, mais elle demande une réponse toute bête en effet.
    Force portante :
    B = induction en Tesla
    S = surface en m2
    µo = perméabilité absolue (4 Pi 10-7)

    c'est bien sûr un cas idéal de métal en contact avec l'armature, donc sans entrefer. Pour une bille, ça se corse dirait Bonaparte.
    Je serais quand même assez curieux de savoir d'où vient cette formule , tu as le calcul qui correspond svp ? En particulier je n'ai pas compris à quelle situation physique spécifique cela correspond.

  28. #23
    hterrolle

    Re : Champ magnétique et Force

    Salut ce n'est pas intuitif. J'ai fait un petit essaie avec un aimant. j'ai ensuite augmenté le poid de la charge a attirer.

    Se que cela a donné. C'est que si tu augmente le poid de l'objet a attiré il faut que la distance entre l'aimant est l'objet soit plus courte sinon ton objet ne bouge pas.

    Si on appel B la force d'attraction de l'aimant et r la distance entre l'aimant est l'objet et F le travail necessaire pour mettre en mouvement l'objet en fonction de sa masse.

    peut être que mon petit calcul est faux. Mais se qui est dit ci dessus est juste.

  29. #24
    Sigmar

    Re : Champ magnétique et Force

    Encore une fois hterrolle, ce que tu dis n'a, pour une grande part, pas trop de sens et est bourré d'erreurs.
    1) Le poids n'a rien à faire là dedans, pas plus que la masse d'ailleurs (la force ne dépend pas de la masse).
    2) F n'est pas un symbole reservé à un travail (=une énergie), mais à une force. Ces deux concepts sont radicalement différents.
    3) Généralement, la force magnétique (force de Laplace) entre deux objets évolue de manière polynomiale, dans le genre 1/r^2. J'ai par contre vu des formules bizarres où ça évoulait en 1/r^3 mais bon, là j'ai pas trop le temps de retrouver.

    En gros, 3 erreurs grossières en quelques phrases.
    Je ne veux pas te dégouter de venir sur ce forum mais pitié pitié, parle des choses que tu connais déja un peu. Que tu fasses des expériences, c'est cool, tant mieux pour toi, mais tu n'es pas Oersted ou Maxwell, donc évite les conclusions hatives.

    Obi76>
    Si on utilise la formule de Biot et Savart pour trouver l'expression du champ créé par une boucle de courant et qu'on en déduit la force de Laplace sur une autre boucle de courant alors la force est théoriquement bien infinie si on approche 2 boucles de courants (ponctuelles -__-) l'une de l'autre à une distance r=0. Mais la formule de Biot et Savart n'est valable que dans le cas où on se trouve à une distance d grande devant le rayon de la boucle, donc ce cas théorique est exclu.
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

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  31. #25
    hterrolle

    Re : Champ magnétique et Force

    Merci sigmar,

    C'est exact j'ai n'ais pas fait tres attention a la conclusion. Donc la calcul est completement foireux. Désolé, c'est surement pas le dernier

    Par contre si j'attache la masse a attirer au bout d'un ressort dont je connais la force et qu'ensuite je place l'aimant devant la masse a attiré.
    En connaissant la longeur d'étirement du ressort je devrais être capable de trouver la force de l'aimant ?

  32. #26
    obi76
    Modérateur*

    Re : Champ magnétique et Force

    Voilà hterolle une démarche d'expérience. ^^
    ben fais le et une fois fait tu pourra venir nous faier part de tes résultats qui allimenterront le débat.

    MAIS à ton avis dans ce protocole expérimental, qu'est ce qui peut foirer ? Comment remédier ? Quels paramètres étudier (alliage différent, masse, forme etc) ?

    merci de ta précision Sigmar

    Cordialement

  33. #27
    gatsu

    Re : Champ magnétique et Force

    Citation Envoyé par Sigmar Voir le message
    Obi76>
    Si on utilise la formule de Biot et Savart pour trouver l'expression du champ créé par une boucle de courant et qu'on en déduit la force de Laplace sur une autre boucle de courant alors la force est théoriquement bien infinie si on approche 2 boucles de courants (ponctuelles -__-) l'une de l'autre à une distance r=0. Mais la formule de Biot et Savart n'est valable que dans le cas où on se trouve à une distance d grande devant le rayon de la boucle, donc ce cas théorique est exclu.
    Je suis désolé mais je ne suis pas sûr de te suivre sur ce coup là Sigmar. Selon moi la formule de Biot et Savart est tout à fait générale quelle que soit la distribution de courant. Alors peut être que tu penses à une formule en particulier mais dans ce cas pourrais tu exprimer un peu plus formellement ta pensée stp ?

    Attention, je ne critique pas ton raisonnement sur la divergence de la force en r=0 car je n'ai pas fait le calcul mais sur la validité de Biot et Savart seulement.

  34. #28
    gatsu

    Re : Champ magnétique et Force

    Citation Envoyé par obi76 Voir le message
    Bon ok, je laisse tomber
    Personnelement je sais absolument pas d'où vient la formule de curieuxdenature, d'où les précisions que je lui ai demandées.
    Par contre ce qu'on peut dire qualitativement c'est que le fait de placer un matériau ferromagnétique dans un le champ d'un aimant va magnétiser le matériau (il l'était sans doute un tout petit peu au début je pense pour le ferromagnetique typoe acier mais le champ cohercitif doit être tellement faible que ça se voit pas dans le quotidien). Ensuite on peut déterminer son aimantation moyenne et en déduire, soit en moyenne, soit plus proprement le moment magnétique induit du matériau en fonction du champ qui lui est appliqué. Une fois que son moment magnétique est connu on peut alors écrire que l'énergie va être en moyenne égale à un truc du genre :

    si on suppose par exemple que la taille de l'échantillon à magnétiser est très petite devant l'échelle de variation du champ dû à l'aimant.
    Dans ce cas la force peut être déterminée par :

    de telle sorte que la i eme composante de la force s'écrive :

    si est supposé constant.
    Ca me laisse donc penser que si il n'y a pas de gradient de champ magnétique, il n'y aura pas de force autre que le couple qui impose au moment magnétique dêtre collinéaire à .

  35. #29
    curieuxdenature

    Re : Champ magnétique et Force

    Citation Envoyé par gatsu Voir le message
    Je serais quand même assez curieux de savoir d'où vient cette formule , tu as le calcul qui correspond svp ? En particulier je n'ai pas compris à quelle situation physique spécifique cela correspond.
    Salut Gatsu

    ce sont des formules tout à fait classiques.
    Je la tire d'un formulaire dont je mets la page en piéce jointe.
    Sinon, une simple requête sur Google avec "force portante" et je trouve :
    http://pagesperso-orange.fr/f5zv/RAD...B/RM23B11.html

    c'est en réponse à obi76 qui posait la question sur la force d'un aimant sur une bille.
    Images attachées Images attachées
    L'electronique, c'est fantastique.

  36. #30
    YBaCuO

    Re : Champ magnétique et Force

    Citation Envoyé par obi76 Voir le message
    Je connais donc le moment magnétique généré par électron, dans mon échantillon je connais le nombre d'atomes... Et en fonction de M et B je fais comment pour trouver la force ?
    En faite pour calculer on ne va pas passer par le moment magnétique de l'électron, on va plutôt partir de données expérimentales comme l'aimantion M du matériau.
    Si on considère un cylindre ayant son aimantation dans l'axe du cylindre, on peut modéliser cet aimant comme un solénoïde de la forme du cylindre et de densité de courant surfacique égale à l'aimantation M.
    A partir de là tu raisonnes sur ton solénoide.

    Concernant M, sa valeur dépend du type de matériau, de la forme de l'aimant du champ magnétique extérieur etc.

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