Le phénomène de la densité de flux B à la traîne derrière la force magnétisante H dans un matériau magnétique est connu sous le nom d’Hystérésis magnétique. Le mot Hystérésis est dérivé du mot grec Hysterein qui signifie traîner derrière.
En d’autres termes, lorsque le matériau magnétique est magnétisé d’abord dans une direction, puis dans l’autre direction, en complétant un cycle de magnétisation, on constate que la densité de flux B traîne derrière la force de magnétisation appliquée H.
Il existe différents types de matériaux magnétiques tels que les matériaux paramagnétiques, diamagnétiques, ferromagnétiques, ferromagnétiques et antiferromagnétiques. Les matériaux ferromagnétiques sont principalement responsables de la génération de la boucle d’hystérésis.
Lorsque le champ magnétique n’est pas appliqué, le matériau ferromagnétique se comporte comme un matériau paramagnétique. Cela signifie qu’au stade initial, les dipôles du matériau ferromagnétique ne sont pas alignés, ils sont placés au hasard.
Dès que le champ magnétique est appliqué au matériau ferromagnétique, ses moments dipolaires s’alignent dans une direction particulière comme le montre la figure ci-dessus, ce qui entraîne un champ magnétique beaucoup plus fort.
Contenu :
- Magnétisme résiduel
- Force coercitive
- Matériau magnétique doux
- Matériau magnétique dur
- Applications de l’hystérésis magnétique
- Il est utilisé dans les dispositifs qui nécessitent des champs magnétiques alternatifs.
- Il a une faible coercivité.
- Faible magnétisation
- Faible rémanence
- Il a une haute rétentivité
- Haute coercivité
- Haute saturation
- Le matériau magnétique ayant une boucle d’hystérésis plus large est utilisé dans des dispositifs comme la bande magnétique, disque dur, les cartes de crédit, les enregistrements audio car sa mémoire n’est pas facilement effaçable.
- Les matériaux magnétiques ayant une boucle d’hystérésis étroite sont utilisés comme électro-aimants, solénoïdes, transformateurs et relais qui nécessitent une dissipation d’énergie minimale.
Pour comprendre le phénomène de l’hystérésis magnétique, considérons un anneau de matériau magnétique enroulé uniformément avec un solénoïde. Le solénoïde est connecté à une source de courant continu par l’intermédiaire d’un interrupteur réversible Double pole double throw (D.P.D.T) comme le montre la figure ci-dessous :
Initialement, l’interrupteur est en position 1. En diminuant la valeur de R, la valeur du courant dans le solénoïde augmente progressivement ce qui entraîne une augmentation progressive de l’intensité du champ H, la densité de flux augmente également jusqu’à atteindre le point de saturation a et la courbe obtenue est ‘oa’. La saturation se produit lorsqu’en augmentant le courant, le moment dipolaire ou les molécules du matériau magnétique s’alignent dans une seule direction.
Maintenant en diminuant le courant dans le solénoïde jusqu’à zéro, la force magnétisante est progressivement réduite à zéro. Mais la valeur de la densité de flux ne sera pas nulle car elle a encore la valeur ‘ob’ lorsque H=0, donc la courbe obtenue est ‘ab’ comme le montre la figure ci-dessous. Cette valeur ‘ob’ de la densité de flux est due au magnétisme résiduel.
Magnétisme résiduel
La valeur de la densité de flux ob retenue par le matériau magnétique est appelée magnétisme résiduel, et le pouvoir de le retenir est connu sous le nom de Retentivité du matériau.
Maintenant pour démagnétiser l’anneau magnétique, la position du commutateur réversible D.P.D.T est changée en position 2 et ainsi, le sens de circulation du courant dans le solénoïde est inversé ce qui entraîne une force de magnétisation inverse H.
Lorsque H est augmentée en sens inverse, la densité de flux commence à diminuer et devient nulle (B=0) et la courbe représentée ci-dessus suit le chemin bc. Le magnétisme résiduel du matériau est éliminé en appliquant la force magnétisante connue sous le nom de force coercitive dans la direction opposée.
Force coercitive
La valeur de la force magnétisante oc nécessaire pour effacer le magnétisme résiduel ob est appelée force coercitive représentée par la couleur rose dans la courbe d’hystérésis montrée ci-dessus.
Maintenant pour compléter la boucle d’hystérésis, la force magnétisante H est encore augmentée dans le sens inverse jusqu’à atteindre le point de saturation d mais dans le sens négatif, la courbe trace le chemin cd. La valeur de H est réduite à zéro H=0 et la courbe obtient le chemin de, où oe est le magnétisme résiduel quand la courbe est dans la direction négative.
La position du commutateur est changée à 1 à nouveau de la position 2 et le courant dans le solénoïde est à nouveau augmenté comme fait dans le processus de magnétisation et en raison de cela H est augmenté dans la direction positive traçant le chemin comme ‘efa’, et finalement, la boucle d’hystérésis est complète. Dans la courbe encore ‘of’ est la force magnétisante, également connue comme la force coercitive nécessaire pour éliminer le magnétisme résiduel ‘oe’.
Ici la force coercitive totale nécessaire pour effacer le magnétisme résiduel dans un cycle complet est dénotée par ‘cf’. De la discussion ci-dessus, il est clair que la densité de flux B est toujours en retard sur la force magnétisante H. Par conséquent, la boucle ‘abcdefa’ est appelée boucle d’hystérésis magnétique ou courbe d’hystérésis.
L’hystérésis magnétique entraîne la dissipation de l’énergie gaspillée sous forme de chaleur. L’énergie gaspillée est proportionnelle à l’aire de la boucle d’hystérésis magnétique. Principalement, il existe deux types de matériaux magnétiques, le matériau magnétique doux et le matériau magnétique dur.
Matériau magnétique doux
Le matériau magnétique doux a une boucle d’hystérésis magnétique étroite comme le montre la figure ci-dessous qui a une petite quantité d’énergie dissipée. Ils sont constitués de matériaux comme le fer, l’acier au silicium, etc.
Matériau magnétique dur
Le matériau magnétique dur a une boucle d’hystérésis plus large comme le montre la figure ci-dessous et entraîne une grande quantité de dissipation d’énergie et le processus de démagnétisation est plus difficile à réaliser.
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Applications de l’hystérésis magnétique