Le "travail" d'un aimant .

[invite5d36b707]

Bonjour à tous,

Une question théorique mais qui me chipote ...

Un aimant ne "travaille pas" au sens physique du terme puisque un "travail", c'est une force x un déplacement.

Mais perso je ne comprends pas très bien l'affaire : imaginons un "magnet" ... il empêche par exemple un objet de tomber .
C'est pas un travail : rien ne bouge...mais il y a quand même en toute logique une dépense d'énergie : la force que l'aimant doit employer pour empêcher l'objet de tomber .
Si ce n'était pas un aimant "par construction",mais un aimant "électrique" alimenté par une pile,tout tiendra tant que la pile tiendra ,mais si il n'y a plus de courant,l'objet tombe .
Le courant de la pile peut s'épuiser par les simples imperfections du circuit ,mais tout de même ... l'aimant déploie une force ,et cette force a un coût .

Mais je n'ai jamais entendu parler de ça dans la physique des aimants .

Si qq a une idée ...

Merci .
-----

[invite40ac7833]

L'aimant déploies une force sous forme d'énergie potentielle.
Il existe une énergie magnétique volumique, elle te permet de déduire la force générée par un aimant en la déduisant de cette énergie.

[invite5d36b707]

Merci,

Oui ça je suis d'accord ...mais cette énergie ... dans ma logique,ce n'est pas comme de l'énergie potentielle qui ne dépense "rien"(par exemple un poids placé sur une table) ;
ici,il y a une dépense quand même ? L'énergie pour tenir le poids .
Si ce poids était suspendu à une corde,le prix à payer serait l'extension de la corde ,ici il y a bien un "prix à payer" ?

[invite62110eff]

Bonjour

Je pense que quand un électroaimant (une bobine) "tient" un morceau de fer contre la gravité, il ne dépense pas d'énergie pour faire cela.
Vous allez dire qu'il y a un courant qui circule dans le fils de cuivre de la bobine. Et oui, c'est de l'énergie. C'est uniquement celle qui correspond à la résistance de la bobine. Et qui se dégage sous forme de chaleur. C'est tout.
Par contre, si on tire sur le morceau de fer jusqu'à le décoller de l'aimant, et qu'on a mis un ampèremètre sur le circuit de la bobine, l'aiguille va bouger quand on décolle le morceau de fer. je dois encore réfléchir pour savoir dans quel sens. Vers le haut je pense......

Bonne soirée.

Faissol

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5d36b707]

Bon ... d'accord .
La dépense d'énergie pour tenir le poids est quasi équivalente à la chaleur dissipée dans la bobine .
C'est pas lourd,mais c'est pas nul .
Donc avec une pile même parfaite ça aura une fin .

Mais quand l'aimant est un élément magnétique par lui même ,il perd aussi de son énergie au fil du temps .
Mais en quoi est ce qu'il la perd ? Et il va finir "démagnétisé" en tous les cas moins magnétisé ?

Merci pour cette discussion intéressante ...

[albanxiii]

mais il y a quand même en toute logique une dépense d'énergie : la force que l'aimant doit employer pour empêcher l'objet de tomber .

Vous confondez force et énergie.

Une force ne cède ou fourni de l'énergie que si elle travaille. Puisqu'ici l'objet retenu est immobile, aucune force ne travaille.

[invite5d36b707]

Oui,oui je suis d'accord ...mais il faut bien dépenser "quelque chose" pour que l'aimant tienne l'objet .

Avec un aimant électrique,il faut de l'électricité.
Avec une corde, il y a l'élongation de la corde .

Stricto sensu,ce n'est pas de l'énergie (bien que pour l'aimant électrique ca se discute ..) mais il faut bien "quelque chose" ... à mon avis ...

Merci

[XK150]

Bonjour ,
Des moments magnétiques créent un champ magnétique dans l'aimant .
Ce champ magnétique interagit avec les moments magnétiques de l'objet attiré ( à condition qu'il en possède ) .
Cette interaction crée une force .
L'objet est attiré et se colle . ( Point , c'est fini ...) .

Vous tombez sur la Terre attiré par une force ( gravitationnelle ) .
Vous vous collez à la Terre par vos 2 pieds . ( Point , c'est fini ) .

[f6bes]

Bonjour

Je pense que quand un électroaimant (une bobine) "tient" un morceau de fer contre la gravité, il ne dépense pas d'énergie pour faire cela.
Vous allez dire qu'il y a un courant qui circule dans le fils de cuivre de la bobine. Et oui, c'est de l'énergie. C'est uniquement celle qui correspond à la résistance de la bobine. Et qui se dégage sous forme de chaleur. C'est tout.
Par contre, si on tire sur le morceau de fer jusqu'à le décoller de l'aimant, et qu'on a mis un ampèremètre sur le circuit de la bobine, l'aiguille va bouger quand on décolle le morceau de fer. je dois encore réfléchir pour savoir dans quel sens. Vers le haut je pense......

Bonne soirée.

Faissol

Bjr à toi,
Heu , y a un gros hic (me semble t il) !
L'énergie" dépensée" dans le bobine, ce n'est pas uniquement sous forme de chaleur!
Sinon on n'aurait pas un...électro aimant !
Donc le courant (énergie) dans la bobine produit AUSSI un champ magnétique et un peu de chaleur.
Donc l'énergie (courant dans la bobine) participe bien à la création d'un champ magnétique.
Bonne journée

[invite5637435c]

Bonjour,

rien ne se crée dans l'aimant.
L'aimant ne contient pas d'énergie, il possède un champ magnétique constant autour de lui.
C'est l'arrangement ordonné des électrons dans ses atomes et de ses atomes qui confère cette propriété unique à l'aimant.
Il est plus correct de parler d'état que d'énergie.

[FC05]

Pour revenir au message de départ :

Je prends une masse de 10 kg que je tiens à bout de bras (pas longtemps), j'ai dépensé "une énergie de fou" pour retenir cette masse ! Pourtant la force n'a pas travaillé !

Même expérience, mais je pose (délicatement) les 10 kg sur mon bureau. Le bureau retient tranquillement ces 10 kg pendant un temps quasi infini. Normal, la force ne travaille pas !

Voilà, à comparer des choses qui n'ont rien à voir on constate que ... ben ... c'est pas pareil ... !

[jacknicklaus]

Oui,oui je suis d'accord ...mais il faut bien dépenser "quelque chose" pour que l'aimant tienne l'objet .

Vous tombez sur la Terre attiré par une force ( gravitationnelle ) .
Vous vous collez à la Terre par vos 2 pieds . ( Point , c'est fini ) .

L'aimant ne dépense rien, pas plus que la Terre ne dépense pour vous attirer gravitationnellement : la Terre ne s'use pas d'attirer les objets.

[invite5d36b707]

Ok,merci,c'est logique.
Mais c'est pas "intuitif" ....


Merci à tous .

[invitef29758b5]

Salut

L'énergie" dépensée" dans le bobine, ce n'est pas uniquement sous forme de chaleur!

Une fois le champs établit , c' est
RI²t
et point barre .
Avec un supra conducteur , R = 0 , donc ...

[coussin]

Pour créer l'aimant permanent, on l'a soumis à un champ magnétique très intense. À ce moment, il a alors emmagasiné une certaine quantité de densité volumique d'énergie magnétique qui lui permet de créer autour de lui un champ magnétique.
Pour la Terre et la gravitation, c'est similaire mais quand même différent : il n'y a rien eu à faire pour que la Terre "emmagasine" une énergie gravitationnelle. Celle-ci est juste "là", dans la masse de la Terre.
Les aimants permanents naturels sont plutôt rare. On fabrique des aimants permanents en les "chargeant", comme des piles. La différence est qu'ils se déchargent très peu voire pas du tout (s'ils sont dans un état stable, ils y restent.)

[invitef29758b5]

Pour la Terre et la gravitation, c'est similaire mais quand même différent : il n'y a rien eu à faire pour que la Terre "emmagasine" une énergie gravitationnelle.

La terre n' a pas d' énergie gravitationnelle .
Il faut placer un objet massique dans son champs pour pouvoir parler d' énergie .
Et cette énergie dépend de l' objet .

[stefjm]

Donc le courant (énergie) dans la bobine produit AUSSI un champ magnétique et un peu de chaleur.
Donc l'énergie (courant dans la bobine) participe bien à la création d'un champ magnétique.

Pour l'énergie magnétique L.I^2, elle est constante et peut même être récupérée lors de la démagnétisation de la bobine.

[bobflux]

Attention, ça va être rigolo, j'espère que je vais pas dire trop de conneries.

Un champ magnétique contient une énergie volumique 1/2 B^2/µ0. Cette énergie est répartie dans l'espace en fonction de la valeur locale du champ magnétique B. Le champ magnétique est présent à l'intérieur de l'aimant ou de l'électro-aimant, mais aussi à l'extérieur, et il en est de même pour son énergie. A la limite, si ton électro-aimant est juste une bobine de cuivre sans noyau, la quasi-totalité du champ et de l'énergie est dans de l'air. Donc on ne dira pas que l'aimant "contient" de l'énergie, mais qu'il a un champ qui contient de l'énergie.

Maintenant tu prends ton aimant et tu le colles sur ton frigo. Quand l'aimant est entouré d'air, les lignes de champ ont une certaine forme. L'acier du frigo a une perméabilité bien plus élevée que l'air donc les lignes de champ changent de forme et passent de préférence dans l'acier du frigo. La répartition des champs B et H a changé, et l'énergie totale dans le champ magnétique (intégrale spatiale de 1/2 B^2/µ0) a changé aussi.

Si tu poses un clou à côté de l'aimant, il est attiré. Il y a donc une force qui va fournir un travail, donc de l'énergie. Cette énergie provient du champ. L'énergie totale dans le champ magnétique a donc diminué de la même valeur que le travail que l'aimant a fourni pour attirer le clou. D'ailleurs, si tu places un autre clou à côté, tu vas voir qu'il est moins attiré. Ou bien si tu mets ton aimant au dessus d'une boîte de clous, il va en attirer un certain nombre, mais plus il y en a de collés sur l'aimant, moins les suivants sont attirés, car il y a moins d'énergie disponible dans le champ.

Par contre, quand tu décolles les clous, tu fournis un travail avec tes doigts, donc tu vas rendre au champ l'énergie qu'il t'avait prêtée en attirant les clous. Une fois que tu as rangé tous tes clous, l'aimant et son champ sont redevenus exactement comme ils étaient au début.

Il y a donc conservation de l'énergie (heureusement...) et échange entre énergie potentielle et travail. Et on ne peut pas faire de "moteur surnuméraire" à turbo-shadocks avec des aimants.

D'ailleurs, si tu prends ton aimant et que tu le fais tourner très très vite, tu vas générer un champ variable donc une onde électromagnétique qui va se propager depuis ton aimant vers l'infini. Donc le truc émet des photons et de l'énergie, mais l'aimant ne s'use pas, car l'énergie émise ne provient pas de l'aimant, mais du dispositif mécanique qui le fait tourner.

On peut remplacer mentalement l'aimant par une bobine supraconductrice par exemple (on oublie la clim à hélium liquide pour l'instant). Cette bobine est parcourue par un courant qui "créé" un champ. Comme elle est supraconductrice, le courant ne s'arrête jamais, il n'y a pas de pertes ohmiques, etc.

Le résultat est le même, mais en plus rigolo. Supposons que tu approches un gros aimant de ta bobine supraconductrice, qui dit mouvement dit champ variable, et comme chacun sait cela va induire une tension dans la bobine, donc modifier la valeur du courant qui la parcourt. Si tu approches ton gros aimant juste bien, tu vas sûrement pouvoir annuler complètement le courant dans ta bobine supraconductrice. Mais alors ???? Eh bien quand tu enlèves le gros aimant, tu fais le mouvement dans l'autre sens, donc la variation de flux magnétique dans la bobine sera exactement la même mais de signe opposé, donc induction, et donc le courant redeviendra le même qu'au début.

> Pour l'énergie magnétique L.I^2, elle est constante

Que si L et I sont constants. Si tu approches un bout de ferraille d'un électro-aimant parcouru par un courant constant, les lignes de champ vont bouger, l'inductance va varier, donc l'énergie magnétique va varier même si le courant reste constant. C'est le principe du pickup de guitare ou du moteur à reluctance. Donc si quelqu'un veut s'amuser à calculer le L.I^2 d'un électroaimant en train de soulever une pièce en fer, il faut faire attention au fait que L va varier alors que la pièce s'approche de l'aimant.

[phuphus]

Bonjour,

on peut définir deux formes d'énergie magnétique dans un aimant : l'énergie magnétique de chaque dipôle magnétique élémentaire le composant, et l'énergie d'orientation des dipôles. Pour l'attraction magnétique nous n'avons besoin de considérer que la deuxième.

Un aimant à l'air libre est sur un point de fonctionnement à B faible et H élevé (en normes car H est négatif). Lorsqu'on approche un objet en fer, l'influence du champ magnétique de l'aimant aimante le fer. Le fer devient donc lui-même un aimant, et est à l'origine de sont propre champ magnétique. Dans l'aimant, on a donc la combinaison du champ dû à l'aimantation propre de l'aimant et le champ dû au fer aimanté. Le résultat est :
. une baisse de H
. une augmentation de B
. une diminution de l'énergie magnétique dans l'aimant

Quand on regarde la variation de l'énergie magnétique dans l'aimant, elle est égale au travail de la force ayant servi à retenir l'objet en fer pour l'amener jusqu'à la position considérée. Si l'on veut soustraire l'objet en fer à l'attraction de l'aimant on va dépenser une énergie qui se retrouvera sous forme d'énergie magnétique dans l'aimant. Comme l'ont souligné certains intervenants, c'est un cas comparable à un objet massique dont on fait varier l'altitude dans un champ de gravitation.

Donc lorsque l'on approche un aimant et un objet en fer, l'aimant cède bien une énergie magnétique à son environnement, qu'il récupère lorsqu'on les éloigne. Mais il n'y a pas plus de dépense d'énergie lors des phases statiques qu'il n'y a de dépense d'énergie lorsqu'un ressort se retrouve comprimé par une masse en statique. Un aimant permanent ne "s'use" pas quand on s'en sert.

Pour l'électroaimant, on dépense une énergie pour nourrir l'établissement initial du champ magnétique et on dépense une énergie pour pouvoir faire circuler du courant dans un conducteur résistif. À l'arrêt de l'électroaimant on récupère l'énergie initialement dépensée dans l'établissement du champ magnétique (prévoir une diode de roue libre, c'est plus sûr si la coupure du courant est brusque). Il faut bien séparer l'énergie correspondant à l'établissement du champ magnétique et l'énergie nécessaire à faire circuler un courant. Comme l'a écrit Dynamix, dans un supra-conducteur la deuxième énergie est nulle et seule la première énergie est à considérer.

[phuphus]

Bonjour,

Attention, ça va être rigolo, j'espère que je vais pas dire trop de conneries.

Un champ magnétique contient une énergie volumique 1/2 B^2/µ0. Cette énergie est répartie dans l'espace en fonction de la valeur locale du champ magnétique B. Le champ magnétique est présent à l'intérieur de l'aimant ou de l'électro-aimant, mais aussi à l'extérieur, et il en est de même pour son énergie. A la limite, si ton électro-aimant est juste une bobine de cuivre sans noyau, la quasi-totalité du champ et de l'énergie est dans de l'air. Donc on ne dira pas que l'aimant "contient" de l'énergie, mais qu'il a un champ qui contient de l'énergie.

Maintenant tu prends ton aimant et tu le colles sur ton frigo. Quand l'aimant est entouré d'air, les lignes de champ ont une certaine forme. L'acier du frigo a une perméabilité bien plus élevée que l'air donc les lignes de champ changent de forme et passent de préférence dans l'acier du frigo. La répartition des champs B et H a changé, et l'énergie totale dans le champ magnétique (intégrale spatiale de 1/2 B^2/µ0) a changé aussi.

Si tu poses un clou à côté de l'aimant, il est attiré. Il y a donc une force qui va fournir un travail, donc de l'énergie. Cette énergie provient du champ. L'énergie totale dans le champ magnétique a donc diminué de la même valeur que le travail que l'aimant a fourni pour attirer le clou. D'ailleurs, si tu places un autre clou à côté, tu vas voir qu'il est moins attiré. Ou bien si tu mets ton aimant au dessus d'une boîte de clous, il va en attirer un certain nombre, mais plus il y en a de collés sur l'aimant, moins les suivants sont attirés, car il y a moins d'énergie disponible dans le champ.

Par contre, quand tu décolles les clous, tu fournis un travail avec tes doigts, donc tu vas rendre au champ l'énergie qu'il t'avait prêtée en attirant les clous. Une fois que tu as rangé tous tes clous, l'aimant et son champ sont redevenus exactement comme ils étaient au début.

Il y a donc conservation de l'énergie (heureusement...) et échange entre énergie potentielle et travail. Et on ne peut pas faire de "moteur surnuméraire" à turbo-shadocks avec des aimants.

Presque. Il faut distinguer l'énergie magnétique au niveau de l'aimant et l'énergie magnétique autour de l'aimant (calculable facilement par la coénergie). Dans l'air on a bien B = µ0.H, donc on peut passer par des formules simplifiées, dans l'aimant il faut tenir compte de la dépendance entre H et B, et surtout du fait que H et B ne sont plus vectoriellement dans le même sens. À la fin on reste dans du scalaire avec une densité volumique d'énergie dans l'aimant égale à (faire gaffe au signe, avec Br > B).

Lorsqu'on approche un objet en fer :
. l'énergie magnétique dans l'aimant diminue
. l'énergie magnétique dans le fer est quasi nulle
. l'énergie magnétique dans l'environnement augmente

[phuphus]

Quand on regarde la variation de l'énergie magnétique dans l'aimant, elle est égale au travail de la force ayant servi à retenir l'objet en fer pour l'amener jusqu'à la position considérée.

erreur : plus l'énergie magnétique cédée à l'environnement

[bobflux]

Ah oui t'as raison ! Merci

[f6bes]

0 kg que je tiens à bout de bras (pas longtemps), j'ai dépensé "une énergie de fou" pour retenir cette masse ! Pourtant la force n'a pas travaillé !

Même expérience, mais je pose (délicatement) les 10 kg sur mon bureau. Le bureau retient tranquillement ces 10 kg pendant un temps quasi infini. Normal, la force ne travaille pas !

Bjr à toi, Faut il le voir comme cela ? (le bureau ne "travaille" pas).
Pas si sur.
Au repos (pas de poids de 10 kg) le bureau ( et disons les fibres du bois si tel est le cas)
supporte la colonne d'air au dessus de lui.
Si on rajoutes 10 kg les fibres devront supportées en plus c'est dix kg.
Elles vont donc subifr une contrainte à compenser.
Si le poids dépasse la contrainte., la fibre....à un gros probléme....comme ton bras.
Bonne journée.

[invite5637435c]

. l'énergie magnétique dans l'aimant diminue

Non, il n'y a pas d'énergie dans l'aimant.

[invite936c567e]

Pour créer l'aimant permanent, on l'a soumis à un champ magnétique très intense. À ce moment, il a alors emmagasiné une certaine quantité de densité volumique d'énergie magnétique qui lui permet de créer autour de lui un champ magnétique.

Les matériaux ferromagnétiques sont constitués de domaines magnétiques microscopiques (domaines de Weiss) dans chacun desquels les moments magnétiques des atomes sont alignés naturellement du fait de l’interaction d’échange entre spins locaux.

Au départ, le matériau ne présente pas (ou peu) d'aimantation car les moments magnétiques des domaines qui le composent sont orientés aléatoirement et les lignes de champ qu'ils forment tendent à reboucler à l'intérieur du matériau (vue de l'extérieur, le somme de moments magnétiques tend globalement à s'annuler).

Créer un aimant consiste à aligner les moments magnétiques de ces domaines, ce qui aboutit également à fusionner certains domaines voisins en des domaines plus grands.

Il serait donc plus juste de considérer que l'énergie dépensée pour fabriquer un aimant sert à le modeler plutôt qu'à le charger, d'autant qu'ensuite le travail des forces magnétiques ne proviendra pas d'une consommation de cette énergie-là.

[invite936c567e]

Non, il n'y a pas d'énergie dans l'aimant.

En fait, dans la mesure où l'énergie est un outil mathématique permettant d'appréhender plus aisément des interactions physiques, on pourra toujours considérer qu'il y en a. D'ailleurs, classiquement, dans un aimant on parvient à en distinguer cinq correspondant à des phénomènes différents.

Ainsi, dire que l'énergie de l'aimant à diminué ne signifie pas qu'il a perdu quelque chose, mais que les interactions auxquelles il participe ont évolué.

[invitef29758b5]

Ainsi, dire que l'énergie de l'aimant à diminué ne signifie pas qu'il a perdu quelque chose, mais que les interactions auxquelles il participe ont évolué.

Interaction , donc l' aimant n' est pas tout seul .
Ce n' est donc pas l' énergie de l' aimant , mais celle de l' ensembles (le système) dont il fait partie qui varie .

[phuphus]

Bonjour,

Non, il n'y a pas d'énergie dans l'aimant.

pour compléter la réponse de PA5CAL : le point important est qu'elle varie.

Ce n' est donc pas l' énergie de l' aimant , mais celle de l' ensembles (le système) dont il fait partie qui varie

Il y a au moins une manière d'interpréter cette phrase qui mène à une erreur : il y a bien conservation de l'énergie de l'ensemble considéré (à condition de faire le bilan correctement).

Si tu préfères la formulation suivante : "l'énergie associée au champ magnétique dans l'espace occupé par l'aimant", que je simplifie volontiers en "l'énergie magnétique dans l'aimant" (je n'ai à aucun moment écrit "l'énergie magnétique de l'aimant", et c'est un point important de la compréhension du phénomène).

On peut d'ailleurs remarquer que lors de toutes ces interactions, l'aimantation de l'aimant (donc les orientations des moments magnétiques) ne change quasi pas, alors que B et H varient fortement.

[invite936c567e]

Interaction , donc l' aimant n' est pas tout seul .
Ce n' est donc pas l' énergie de l' aimant , mais celle de l' ensembles (le système) dont il fait partie qui varie .

Même si on laisse de côté les énergies liées aux phénomènes purement internes, il n'est pas aberrant de parler de l'énergie de l'aimant, de la même façon qu'on parle habituellement de l'énergie potentielle d'un objet en chute libre, pour lequel on se garde de re-préciser chaque fois qu'il s'agit en fait de l'énergie du système constitué de cet objet et de la Terre. Selon ce point de vue, le fait que l'aimant ne « contienne » pas d'énergie n'empêche pas de parler d'énergie de l'aimant à propos de l'énergie du champ magnétique qu'il génère. On peut d'ailleurs définir cette énergie en l'absence d'un système extérieur qu'on pourra ensuite faire apparaître et évoluer.

[invitef29758b5]

parler d'énergie de l'aimant à propos de l'énergie du champ magnétique qu'il génère. On peut d'ailleurs définir cette énergie en l'absence d'un système extérieur qu'on pourra ensuite faire apparaître et évoluer.

Parler d' énergie (potentielle) en l' absence de force ???
Comment tu calcules l' énergie d' un champs magnétique (ou gravitationnel)