Qu’est-ce que l’hystérésis magnétique ?

Hystérésis magnétique : phénomène clé en thermique, il décrit la résistance des matériaux magnétiques aux changements de magnétisation selon leur historique.

Qu’est-ce que l’hystérésis magnétique ?

L’hystérésis magnétique est un phénomène qui se produit dans les matériaux ferromagnétiques, tels que le fer, le nickel et certains alliages. Elle décrit la dépendance retardée de la magnétisation d’un matériau lorsqu’un champ magnétique externe est appliqué et ensuite supprimé. Ce comportement est crucial dans de nombreux dispositifs électriques et électromagnétiques tels que les transformateurs, les moteurs électriques et les mémoires magnétiques.

Cycle d’hystérésis

Pour comprendre l’hystérésis magnétique, il est utile d’examiner ce que l’on appelle le cycle d’hystérésis. Lorsque l’on trace la magnétisation (M) en fonction de l’intensité du champ magnétique appliqué (H), on obtient souvent une boucle fermée connue sous le nom de boucle d’hystérésis.

  • Point initial: Avec un matériau non magnétique, M et H sont à zéro.
  • Montée du champ magnétique: Lorsque le champ H augmente, M augmente également. Cependant, ce n’est pas une relation linéaire; la magnétisation atteint finalement une saturation (M_s), où une augmentation supplémentaire de H ne change plus M.
  • Réduction du champ magnétique: En réduisant H, M ne revient pas immédiatement à zéro. Au contraire, même quand H = 0, une magnétisation rémanente (M_r) persiste dans le matériau.
  • Champ coercitif: Pour annuler cette magnétisation rémanente, un champ coercitif négatif (-H_c) doit être appliqué.
  • Cycle complet: Lorsque H continue à être abaissé dans la direction opposée, le matériau atteint une saturation magnétique opposée (-M_s) et en revenant de nouveau à zéro, une boucle complète est formée.
  • Propriétés importantes de l’hystérésis

    1. Pertes par hystérésis: L’énergie dissipée lors de chaque cycle d’hystérésis est proportionnelle à l’aire de la boucle d’hystérésis. Cette perte est indésirable dans de nombreux dispositifs électriques car elle représente de l’énergie perdue sous forme de chaleur.
    2. Effet mémoire: L’hystérésis magnétique est à la base de nombreuses technologies de mémoire magnétique, y compris les disques durs. La capacité d’un matériau à conserver une magnétisation rémanente signifie qu’il peut stocker des informations.
    3. Matériaux doux et durs: Les matériaux ferromagnétiques peuvent être classés en matériaux doux et durs. Les matériaux doux ont une faible coercitivité et sont utilisés dans les noyaux de transformateurs où une basse perte par hystérésis est souhaitée. Les matériaux durs, ayant une forte coercitivité, sont utilisés pour fabriquer des aimants permanents.

    Applications de l’hystérésis magnétique

    • Transformateurs et moteurs: En ingénierie électrique, l’hystérésis magnétique doit être minimisée pour réduire les pertes énergétiques dans les transformateurs et les moteurs.
    • Mémoires magnétiques: Les disques durs et autres mémoires de stockage utilisent l’effet mémoire de l’hystérésis magnétique pour enregistrer des données binaires.
    • Dispositifs de détection: Certains capteurs magnétiques exploitent les propriétés d’hystérésis pour détecter des changements dans les champs magnétiques de leur environnement.

    En résumé, l’hystérésis magnétique est un phénomène crucial et omniprésent dans la physique et l’ingénierie. Elle a des implications essentielles pour la conception et le fonctionnement des dispositifs électromécaniques et des systèmes de stockage de données. Comprendre ce phénomène permet aux ingénieurs de mieux concevoir et optimiser ces systèmes pour diverses applications pratiques.

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