Compte rendu de la sortie au physiquarium

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1 Compte rendu de la sortie au physiquarium
Le Magnétisme Anstett Lisa Rey-Joly Anaïs Berard Laurie Peria Laetitia

2 Sommaire Résumé de la visite Qu’est-ce que le magnétisme ?
Expériences autours du magnétisme : Qu'est-ce que la Supraconductivité ? Expérience de lévitation magnétique Le réseau de boussoles L'expérience Witricity Les ferrofluides L'effet de la température

3 Résumé de la visite Préalablement séparés en trois groupes, nous nous sommes dans un premier temps intéressé à notre pôle principal, choisi parmi 3 thèmes : le magnétisme, la cristallographie et les basses températures. Nous avons donc réalisé plusieurs expériences autour du magnétisme pour en comprendre les causes, les effets et les utilisations. Nous nous sommes ensuite intéressé à notre pôle secondaire, avant de présenter notre pôle principal au reste de la classe. Nous nous sommes ensuite dirigé vers un atelier autour de la supraconductivité.

4 Qu'est ce que le magnétisme ?
Il est convenu de désigner par « magnétisme » l'ensemble des phénomènes qui ont lieu au cœur et autour des matériaux aimantés ou soumis à un courant électrique. Les plus spectaculaires manifestations du magnétisme sont dues au magnétisme terrestre, dont le champ peut être modélisé par un dipôle magnétique. Le magnétisme terrestre est par exemple responsable de l'orientation de l'aiguille aimantée d'une boussole ou des aurores boréales. Champ magnétique terrestre Dans la matière, le magnétisme s'explique par la rotation des électrons sur eux-mêmes ainsi que par leur mouvement orbital autour du noyau.

5 Qu'est ce que le magnétisme ?
On trouve différents types de magnétisme dans les matériaux : le paramagnétisme, le ferromagnétisme et le diamagnétisme. Un matériau paramagnétique ne possède pas d'aimantation spontanée, mais, lorsqu’il est soumis à un champ magnétique, acquiert une aimantation dirigée dans le même sens que le champ d'excitation.

6 Qu'est ce que le magnétisme ?
Un matériau ferromagnétique (fer, nickel, cobalt,…) s'aimante sous l'effet d'un champ magnétique et garde cette aimantation même lorsque le champ est retiré. Un matériau diamagnétique, lorsqu'il est soumis à un champ magnétique externe, crée un champ magnétique de sens opposé.

7 Expériences autour du magnétisme
Le réseau de boussoles Lorsqu'elles sont soumises à un champ magnétique (créé par un courant continu), les boussoles sont ordonnées, c'est à dire parallèles les unes aux autres car orientées dans le sens du champ. Lorsqu'on change le sens du champ magnétique, les boussoles situées sur les bords du réseau changent de sens et influencent ensuite le reste des boussoles. De nouveau, les boussoles sont toutes parallèles entre elles. Mais si l’on passe en courant alternatif à une certaine fréquence, dite intermédiaire, les boussoles se mettent en mouvement et se désordonnent. Quand on arrête le courant les boussoles se figent en restant désordonnées. (cf image)

8 Expériences autour du magnétisme
Expérience de Witricity Autour de la plaque en verre se trouve une bobine dans laquelle circule un courant électrique variable. Les variations de ce champ électrique créent un champ magnétique variable, qui, lui même génère un champ électrique (donc du courant) dans les bobines réceptrices. Les bobines réceptrices sont reliées à des LED ou petits moteurs qui s'allument. Ce système permet d'alimenter en électricité des petits récepteurs sans qu'ils ne soient directement reliées à un générateur. C'est ce qu'on appelle l'induction

9 Expériences autour du magnétisme
Les ferrofluides Les ferrofluides sont des liquides qui contiennent des nanoparticules capables de devenir magnétiques lorsqu'elles sont soumises à un champ magnétique extérieur. En effet, en présence d'un aimant, le ferrofluide se « déforme » : il apparaît des piques à sa surface. Ce phénomène est dû aux nanoparticules diamagnétiques qui créent une faible aimantation opposée au champ de l'aimant et qui tentent de s'en éloigner. Lorsque le champ n’est plus appliqué, l’aimantation disparaît. Il est possible de faire de ces ferrofluides une application médicale et chimique

10 Expériences autour du magnétisme
L'effet de la température sur des matériaux ferromagnétiques et ferrimagnétiques Dans cette expérience, nous avons deux matériaux différents suspendus au bout d'un fil, placés de part et d'autre d'un aimant : à droite, il s'agit d'une terre-rare (non aimanté donc non attirée par l'aimant), tandis qu'à gauche, il s'agit d'un alliage de cobalt et de terre-rare (aimanté donc attiré par l'aimant).

11 Expériences autour du magnétisme
L'effet de la température sur des matériaux ferromagnétiques et ferrimagnétiques On plonge alors les deux matériaux dans de l'azote liquide (à 77K). Après refroidissement : La terre-rare est attirée par l'aimant, puis perd cette aimantation lorsqu'elle se réchauffe. Sous l’effet de la température, la terre-rare est donc devenue paramagnétique. L'alliage est toujours attiré par l'aimant. Il est ferrimagnétique, les atomes magnétiques sont arrangés en deux sous-réseaux, tous parallèles au sein d’un même réseau, mais anti-parallèles d’un sous-réseaux à l’autre. En se réchauffant l’aimantation totale s’annule et s’inverse (la force magnétique du cobalt prend le dessus sur la force magnétique de la terre-rare)

12 Qu'est-ce que la Supraconductivité ?
A très basses températures, les propriétés électriques et magnétiques de certains matériaux changent : ils deviennent supraconducteur, c'est à dire qu'ils n'opposent plus aucune résistance au passage du courant électrique et expulsent les champs magnétiques. L'aimant lévite au-dessus d'un cuprate supraconducteur (baignant dans de l'azote liquide). Le supraconducteur repousse l'aimant car il ne supporte plus le champ magnétique de celui-ci. Une voiture miniature contenant un aimant et refroidie à l'azote liquide « flotte » au-dessus de la piste