Un détecteur de champ magnétique

La direction des lignes de champ magnétique d’un aimant droit peut être visualisée à l’aide d’un simple trombone de bureau. En matérialisant ces lignes avec de la limaille de fer, on vérifie que le trombone s’oriente en chaque point dans la direction de ces lignes.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un aimant droit ;

  • un trombone de bureau en fer ;

  • un fil (longueur : environ 30 cm) ;

  • du ruban adhésif ;

  • un crayon ;

  • du papier.

  • de la limaille de fer

Montage et réalisation

Aimanter un trombone de bureau le frottant sur l’un des pôles d’un aimant droit le long de l’aimant plusieurs fois dans le même sens.
Attacher le trombone à un fil d’environ 30 cm en le maintenant dans un plan vertical à l’aide d’un morceau de ruban adhésif qui servira également de voile pour amortir les mouvements .
Poser l’aimant sur une feuille de papier horizontale puis amener le trombone à proximité de l’aimant : on voit le trombone s’orienter dans une direction bien déterminée. Si l’on fait tourner le trombone autour de l’aimant, cette direction change. En chaque point exploré dessiner au crayon la direction du trombone sur la feuille de papier puis rejoindre ces segments par des lignes : on obtient l’allure des lignes de champ de l’aimant droit, c’est-à-dire son spectre.
On peut vérifier que le spectre obtenu est le même que celui qu’on obtiendrait en saupoudrant de la limaille de fer autour de l’aimant. Le trombone ou les brins de limaille de fer s’orientent dans la direction des lignes de champ magnétique comme le fait par exemple une boussole soumise au champ magnétique terrestre.

Explications

Les atomes paramagnétiques possèdent des électrons non appariés et donc un moment magnétique permanent. En général les moments magnétiques individuels se compensent au niveau macroscopique car ils sont orientés de façon désordonnée du fait de l’agitation thermique.
Le trombone est en fer. Le fer est un matériau ferromagnétique donc paramagnétique dont les moments magnétiques individuels interagissent par le biais du champ appelé champ de Weiss. En l’absence de champ extérieur et malgré l’agitation thermique il apparaît alors dans le matériau des domaines dans lesquels les moments magnétiques individuels sont parallèles (aimantation spontanée). Ces domaines, appelés domaines de Weiss, n’ont pas tous la même orientation et leurs moments magnétiques se compensent au niveau macroscopique . Le fer n’est donc pas naturellement aimanté.
Par contre, lorsqu’on plonge un matériau ferromagnétique dans un champ magnétique (c’est ce qui se produit lorsqu’on passe l’aimant le long du trombone) les moments magnétiques des différents domaines de Weiss s’orientent parallèlement au champ extérieur appliqué. Le trombone devient aimanté , ce qui permet de l’utiliser ici comme une aiguille aimantée dont le moment magnétique s’oriente dans la direction du champ magnétique.

Remarques

Il est préférable de diminuer la longueur du fil lorsque le trombone est proche de l’aimant pour éviter que le trombone n’aille se coller sur l’aimant. Dans les autres positions on peut laisser plus de longueur au fil.
Pour limiter les perturbations dues au champ magnétique terrestre il est préférable de placer d’aimant droit le long d’un méridien magnétique.

 

Références

Numeliphy : Milieux dielectriques et magnétiques

cette fiche a été vue 10764 fois