Les forces magnétiques et l'aimantation

[invite3b3fdab5]

Bonjour tout le monde,

Je viens vers vous aujourd'hui demander des réponses à certaines questions bien précises à caractères pratiques concernant certains phénomènes magnétiques. En effet je suis confronté à une problématique qui implique la compréhension de ces phénomènes et bien qu'en ayant déjà cherché dans les nombreux articles scientifiques ainsi que dans les livres de physique qui traitent de ce sujet là je n'arrive pas à trouver de réponses et j'aurais besoin de l'aide de quelqu'un qui aurait éventuellement ces réponses .

1- Ma première question concerne l'ordre de grandeur du temps de réponse des matériaux ferromagnétiques (doux) à l'aimantation lorsque ils sont excités via un champ magnétique. ms , µs, ns ?
2-Ma 2ème question concerne la force due au phénomène de réluctance magnétique, si on prend l'exemple d'une bobine avec un noyau mobile à l'intérieur, on constate que le noyau aura toujours tendance à se mettre au centre du solénoïde car c'est là ou le flux du champ magnétique est le plus important, et je voudrais savoir si cette force dépend de la distance où de l'inverse de la distance qui sépare le noyau du centre du solénoïde donc si cette force est maximum une fois que le centre est atteint où elle au contraire nul à ce niveau là.

Je vous remercie d'avance pour les réponses que vous pourriez m'apporter.
-----

[Deedee81]

Salut,

1- Ma première question concerne l'ordre de grandeur du temps de réponse des matériaux ferromagnétiques (doux) à l'aimantation lorsque ils sont excités via un champ magnétique. ms , µs, ns ?

Les effets électromagnétiques se déplacent à la vitesse de la lumière donc à moins de placer l'aimant sur la Lune c'est typiquement de l'ordre de la nanoseconde. Ceci dit il faut aussi tenir compte de l'inertie : la force appliquée quasi immédiatement mais s'il est lourd faut lui laisser le temps de bouger, c'est le bon vieux F=ma, faut aussi voir s'il n'y a pas des frottements qui pourraient ralentir voire bloquer le mouvement.

2-Ma 2ème question concerne la force due au phénomène de réluctance magnétique, si on prend l'exemple d'une bobine avec un noyau mobile à l'intérieur, on constate que le noyau aura toujours tendance à se mettre au centre du solénoïde car c'est là ou le flux du champ magnétique est le plus important, et je voudrais savoir si cette force dépend de la distance où de l'inverse de la distance qui sépare le noyau du centre du solénoïde donc si cette force est maximum une fois que le centre est atteint où elle au contraire nul à ce niveau là.

Question assez difficile car c'est vraiment pas linéaire. Typiquement ce genre de force pour un dipôle est en 1/r³.... mais ça c'est assez loin du solénoïde (typiquement le double de la longueur du solénoïde). DANS le solénoïde je sais pas trop, je laisse d'autres maîtrisant mieux donner des infos.

[gts2]

Si on prend l'exemple d'une bobine avec un noyau mobile à l'intérieur, on constate que le noyau aura toujours tendance à se mettre au centre du solénoïde, et je voudrais savoir si cette force dépend de la distance où de l'inverse de la distance qui sépare le noyau du centre du solénoïde donc si cette force est maximum une fois que le centre est atteint où elle au contraire nul à ce niveau là.

La dépendance risque de ne pas être simple à calculer, mais disons que si le centre du solénoïde est une position stable, on peut déjà dire que la force est nulle en ce point, et que c'est une force de rappel, donc au premier ordre en -x (avec x position du centre du noyau par rapport au centre du solénoïde.

[Deedee81]

La dépendance risque de ne pas être simple à calculer, mais disons que si le centre du solénoïde est une position stable, on peut déjà dire que la force est nulle en ce point, et que c'est une force de rappel, donc au premier ordre en -x (avec x position du centre du noyau par rapport au centre du solénoïde.

Si le noyau est de la longueur du solénoïde, une force en -x me semble en effet logique.

Une idée simple aussi pour a0000dd : faire l'essai. Un simple petit dynamomètre permet de mesurer la force et c'est donc facile à expérimenter.

[A voir en vidéo sur Futura]

[f6bes]

Bjr ,
J'aurais tendance à dire que le noyau se positionne au point d'équilibe du flux.
Si le solénoide est parfaitement symétrique, ce serait donc le cente.
Si les enroulements du solénoide sont différents par moitié, alors le point d'équilibre sera
déplacé.
Ce n'est que ma façon de voir la chose! (can'a rien de scienti fique)
Bonne journée

[Deedee81]

(can'a rien de scienti fique)

si, si, c'est juste

[invite3b3fdab5]

Bonjour tout le monde ,
Je vous remercie à tous pour vos réponses!
Concernant la première question en effet les effets électromagnétiques sont instantané , cependant j'ai cru comprendre que pour un matériau auquel on applique un champ magnétique peut avoir un certain temps de réponse pour atteindre l'aimantation maximale qu'il peut atteindre en réponse a ce champ magnétique là, et que ce temps dépend notamment de la géométrie et du volume de ce matériau , mais je ne sais pas si par temps de réponse c'est finalement quelque chose qui soit légèrement en dessous de la vitesse de la lumière et donc quasi-instantané pour une application pratique, ou si ce temps de réponse peut varier et éventuellement atteindre quelque chose qui soit de l'ordre de la µs voir de la ms.

Sur la seconde question je suis conscient que la force due au phénomène de réluctance est très difficile voir impossible à modéliser au vu de sa très grande non linéarité. Selon les applications j'ai vu qu'on pouvait la considérer comme une force qui dépendrait de le l'inverse du carré de la distance ce qui impliquerait une force maximale une fois le centre atteint. cependant l'intuition nous dit qu'elle est semblable à un ressort et que donc au centre la force est nulle. mais Si on prend l'exemple de cette vidéo par exemple on constate que ce n'est pas vraiment le cas.
https://www.youtube.com/watch?v=k4RT...=TonyVerheyden
Je souhaiterais avant tout comprendre le phénomène en établissant des ordres de grandeur et des relations d'équivalence. avec un dynamomètre il serait difficile selon moi de savoir si la force est maximale au voisinage de ce point mais nulle lorsque il est positionné à son état d'équilibre. bien que je n'aime pas me fier à l'intuition lorsque il s'agit de magnétisme , j'aurais tendance à penser que peut être le déplacement du noyau ici joue un rôle conséquent et que les champs crées par ce déplacement ont justement tendance à influencer de façon importante le mouvement. mais malheureusement mes connaissances en magnétique sont très limitées et je n'arrive pas à trouver une réponse convaincante .

Je trouve ça très dommage que le magnétisme ne soit pas aussi présent que les autres domaines de la physiques dans les cursus d'ingénieur mais ça c'est une autre question ! j'espère que vous pourrez éclairé un étudiant perdu ! je vous remercie.

[gts2]

Selon les applications j'ai vu qu'on pouvait la considérer comme une force qui dépendrait de le l'inverse du carré de la distance ce qui impliquerait une force maximale une fois le centre atteint. Cependant l'intuition nous dit qu'elle est semblable à un ressort et que donc au centre la force est nulle.

Mais votre barre a deux bouts (un grand merci à Raymond Devos). En simplifiant à l'extrême et en ne considérant justement que les deux bouts, les forces sont opposées, ce qui fait bien une résultante nulle.
La force en 1/r² est un cas très particulier liée à une géométrie sans rapport avec un noyau de fer dans une bobine.

Si on prend l'exemple de cette vidéo par exemple on constate que ce n'est pas vraiment le cas.

Je dirai qu'au contraire, on voit très bien que cela oscille comme un système masse ressort, donc cohérent avec une force en -x.
D'autre part, si cela arrête de bouger cela signifie bien F=0 ... Il est vrai qu'il y a des frottements qui ont permis l'arrêt mais cela ne change pas profondément les choses.

[invite3b3fdab5]

En réalité l'expérience qui expliquerait ça serait selon moi un très gros solénoïde un tout petit noyau pour réduire l'impact de l'inertie . et étudier le comportement sous ces conditions là.

[invite3b3fdab5]

Mais votre barre a deux bouts (un grand merci à Raymond Devos). En simplifiant à l'extrême et en ne considérant justement que les deux bouts, les forces sont opposées, ce qui fait bien une résultante nulle.

Honte à moi , Effectivement je me rends compte que c'est une grosse bêtise ! je vous remercie de le ponter car ça me permet de mieux reformuler ma question !
mais alors en simplifiant à l'extrême de la même manière en ne considérant que les deux bouts et pour un noyau plus petit que la moitié du solénoïde ,selon vous la résultante serait a son maximum lorsque le noyau coïncide avec le début de la solénoïdes (donc le plus loin possible du centre) ? et pas lorsque celui-ci est très très proche du centre sans pour autant le dépasser ?

Je vous remercie !et encore désolé pour la bourde

[coussin]

Bonjour tout le monde ,
Je vous remercie à tous pour vos réponses!
Concernant la première question en effet les effets électromagnétiques sont instantané , cependant j'ai cru comprendre que pour un matériau auquel on applique un champ magnétique peut avoir un certain temps de réponse pour atteindre l'aimantation maximale qu'il peut atteindre en réponse a ce champ magnétique là, et que ce temps dépend notamment de la géométrie et du volume de ce matériau , mais je ne sais pas si par temps de réponse c'est finalement quelque chose qui soit légèrement en dessous de la vitesse de la lumière et donc quasi-instantané pour une application pratique, ou si ce temps de réponse peut varier et éventuellement atteindre quelque chose qui soit de l'ordre de la µs voir de la ms.

C'est une bonne question, je n'ai pas trouvé cette info...
Les courbes d'hystérésis sont toujours H en fonction de B. Vous voulez H en fonction du temps, pour un certain B.
Mon avis de pas-du-tout-spécialiste : pour le ferromagnétisme, l'aimantation se fait en ré-organisant les frontières des domaines magnétiques. Ça me semble être "difficile à faire"... Donc, je dirais que ça prend du temps... Si je devais donner une ordre de grandeur, je pencherais plutôt vers la milliseconde mais encore une fois, je ne sais pas du tout

[gts2]

En simplifiant à l'extrême de la même manière en ne considérant que les deux bouts et pour un noyau plus petit que la moitié du solénoïde, selon vous la résultante serait a son maximum lorsque le noyau coïncide avec le début de la solénoïdes (donc le plus loin possible du centre) ? et pas lorsque celui-ci est très très proche du centre sans pour autant le dépasser ?

Simplification à l'extrême : B(position) donné par le champ sur l'axe d'un solénoïde fini. Et multiplication par là où se trouve le noyau (donc non continuité de B normal ...). Energie=celle du noyau. On obtient F(x) :



La bobine est de longueur 1, x est la position du centre du noyau/centre de la bobine, donc les bouts sont à +-0.5. La valeur de F n'a pas de signification (calcul en valeur réduite).

et encore désolé pour la bourde

Vous n'avez pas à être désolé, une étourderie, cela arrive à tout le monde ...

[Deedee81]

Salut,

mais alors en simplifiant à l'extrême de la même manière en ne considérant que les deux bouts et pour un noyau plus petit que la moitié du solénoïde ,selon vous la résultante serait a son maximum lorsque le noyau coïncide avec le début de la solénoïdes (donc le plus loin possible du centre) ? et pas lorsque celui-ci est très très proche du centre sans pour autant le dépasser ?

Avec un noyau petit (versus le solénoïde), le flux étant à peu près constant dans le solénoïde. Et donc la position plutôt indifférente. Ceci dit je suis loin d'être sûr de moi, j'aimerais confirmation d'un autre merci.

EDIT oubliez cela, croisement (j'ai mis trop longtemps à répondre), merci gts2

[gts2]

Avec un noyau petit (versus le solénoïde), le flux étant à peu près constant dans le solénoïde. Et donc la position plutôt indifférente.

Oui, c'est bien cela :



Le graphe précédent était avec un noyau de dimension égale au solénoïde et avec un solénoïde de grand diamètre.

[Deedee81]

Ah j'avais lu trop vite, formidable. Merci encore