Perméabilité magnétique

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Comparaison simplifiée des perméabilités : ferromagnétique (μf), paramagnétique (μp), espace libre (μ0) et diamagnétique (μd.)

La perméabilité magnétique, en électromagnétisme des milieux en régime linéaire, caractérise la faculté d'un matériau à modifier un champ magnétique \vec{B}, c’est-à-dire à modifier les lignes de flux magnétique. Cette valeur dépend ainsi du milieu dans lequel il est produit où le champ magnétique varie linéairement avec l'excitation magnétique \vec{H}.

La canalisation du champ magnétique dans un matériau qui est également conducteur est d'autant plus réduite que la fréquence de variation des champs, la perméabilité et la conductivité sont élevées (du fait des courants induits).

Relation de constitution[modifier | modifier le code]

Si le régime du matériau est dit linéaire, le champ magnétique \vec{B} et le champ d'excitation magnétique \vec{H} sont reliés, dans un matériau donné, par la relation dite « constitutive » :

\vec{B} = \mu \vec{H}

où µ est la perméabilité magnétique du matériau (en henry par mètre, symbole : H.m−1 ou H/m).

Attention, cette relation de constitution est commode et se rencontre dans de nombreux cas mais n'est pas universelle, y échappent notamment les cycles d'hystérèse, les phénomènes de saturation, les milieux biréfringents, les milieux chiraux, les milieux optiques non linéaires, etc.

La perméabilité magnétique du matériau (\mu) s'exprime par le produit de la perméabilité du vide (\mu_0, exprimée en henry par mètre) et de la perméabilité relative (\mu_r, sans dimension) :

\mu = \mu_0 \mu_r

  • \mu_0 est une constante universelle, la constante magnétique, qui vaut 4π×10−7 H/m
  • \mu_r dépend du matériau.

Dans l'air, le vide, les gaz, le cuivre, l'aluminium, la terre, et d'autres matériaux, \mu_r est approximativement égal à 1, ces matériaux ne pouvant alors canaliser le champ magnétique.

Perméabilité et type de magnétisme[modifier | modifier le code]

On distingue les matériaux diamagnétiques (argent, cuivre, eau, or, plomb, zinc...), paramagnétiques (air, aluminium, magnésium, platine...) et ferromagnétiques (cobalt, fer, mu-métal, nickel...).

Permeabilite magnetique m.gif

En général, les matériaux diamagnétiques et paramagnétiques présentent des valeurs de perméabilité relative proche de 1. La perméabilité absolue \mu des matériaux diamagnétiques et paramagnétiques est donc pratiquement égale à celle du vide, c'est-à-dire 4π×10-7 H/m.

La perméabilité des matériaux ferromagnétiques n'est pas constante mais dépend de l'excitation magnétique \vec{H}. Pour de faible valeur de \vec{H}, la valeur de \mu_r est plutôt faible, on parle de seuil avant que le champ d'excitation H ne produise une induction B significative, mais elle croît avec la valeur de \vec{H} en passant par un maximum et peut redevenir unitaire ensuite au-delà d'un certain seuil en raison d'une saturation (on parle de saturation magnétique). Pour cette raison, nous indiquons des valeurs maximales de perméabilité relative dans le tableau ci-dessous.

Perméabilité magnétique relative des matériaux ferromagnétiques à 20 °C
Matériaux ferromagnétiques µr (valeur maximale) Température de Curie en °C
Cobalt 250 1 115
Fer 10 000 770
Mu-métal 150 000 420
Nickel 600 358

Influence de la température[modifier | modifier le code]

Pour les matériaux ferromagnétiques, il existe une température caractéristique, dite température de Curie Tc, au-dessus de laquelle ils perdent leur propriété ferromagnétique :

Quelques températures de Curie :

  • Cobalt : 1 115 °C
  • Fer : 770 °C
  • Mumetal : 420 °C
  • Nickel : 358 °C

Au-delà de la température de Curie Tc, les matériaux ferromagnétiques redeviennent paramagnétiques.

Remarque[modifier | modifier le code]

Si c est la vitesse de la lumière (dans le vide) et \varepsilon_0 est la permittivité (du vide), on a la relation c^2 \varepsilon_0\mu_0=1.

Perméabilité magnétique d'un matériaux[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]