Perméabilité

Les bases

La perméabilité (en latin permeare = laisser passer) désigne en général l'aptitude des matières à se laisser traverser. De même, la perméabilité magnétique μ désigne la perméabilité de la matière au flux magnétique.

La grandeur d'un champ magnétique H peut être exprimée à l'aide de l'induction magnétique B et de la perméabilité magnétique μ.

La règle générale est la suivante :

\(H=\frac{1}{\mu}B\).

Ici, la perméabilité magnétique est normalisée par une constante naturelle, à savoir la constante magnétique \(\mu_0=4\pi\cdot10^{-7}Vs/Am\). Pour chaque matériau, la perméabilité magnétique peut alors être définie par une perméabilité magnétique relative (également appelée coefficient de perméabilité) μ_r et la constante magnétique μ₀ : μ=μ_r•μ₀.

Pour le vide, il est défini que μ_r = 1 et donc :

\(H_0=\frac{1}{\mu_0}B_0\).

Dans le vide, la densité de flux magnétique (B₀) peut être divisée par la constante magnétique μ₀ pour obtenir le champ magnétique correspondant dans le vide (H₀). Ainsi, dans le vide, une densité de flux magnétique de B₀ = 1 Tesla (1 Vs/m²) correspond à un champ magnétique de \(H_0=\frac{10^7}{4\pi} A/m\).

La matière influence les champs magnétiques de manière à ce que sous l'effet d'un champ magnétique externe, une densité de flux magnétique se forme dans la matière qui dépend de la perméabilité magnétique μ du matériau. La densité de flux magnétique dans la matière est particulièrement grande lorsque la perméabilité magnétique μ est particulièrement grande.

Le coefficient de perméabilité μ_r peut être défini via la relation B=μ_r•B₀ par la densité de flux du vide B₀. Ici, B correspond à la densité de flux magnétique résultant de l'influence de la matière.

Avec la définition B=μ_r•B₀, il s'ensuit que la matière renforce les champs magnétiques lorsque μ_r est supérieur à 1 et affaiblit les champs magnétiques lorsque μ_r est inférieur à 1. Les deux cas sont connus.

Perméabilité des matériaux ferromagnétiques

Des matériaux ferromagnétiques possèdent des spins électroniques microscopiques qui sont alignés dans un champ magnétique externe. Il en résulte dans l'espace l'extérieur un champ magnétique supplémentaire, causé par les moments magnétiques alignés des spins électroniques. Ce champ magnétique peut être plus puissant que le champ magnétique extérieur qui a aligné les spins des électrons, et ce de plusieurs ordres de grandeur.

Une fois que les spins électroniques sont alignés, leur orientation dans les ferro-aimants est stabilisée par l'interaction d'échange. μ_r devient ainsi très grand et atteint, dans des matériaux ferromagnétiques spéciaux (appelés métaux amorphes), jusqu'à μ_r = 150 000. Le fer a une perméabilité d'environ μ_r = 10 000.

Dans la littérature, ces valeurs entières sont, strictement parlant, toujours des valeurs de perméabilité relative ou d'indice de perméabilité μ_r. Dans la littérature, on trouve souvent la désignation simplifiée μ. En réalité, il s'agit de μ_r.

Perméabilité des matériaux paramagnétiques

En outre, il existe des para-aimants dans lesquels les spins électroniques sont également présents et peuvent être orientés. Cependant, cette orientation n'est pas stabilisée dans les para-aimants. Ainsi, les para-aimants ne sont que de légers amplificateurs de champ magnétique. μ_r est de l'ordre de 1,00001.

Perméabilité des matériaux diamagnétiques

Enfin, il y a les aimants diamagnétiques. Ceux-ci affaiblissent le champ magnétique externe parce qu'il n'y a pas de spins électroniques résultants permanents à l'intérieur qui pourraient être alignés dans le champ magnétique externe. Au lieu de cela, un courant est induit lors de la pénétration d'un champ magnétique externe, qui est orienté à l'opposé à sa cause selon la règle de Lenz et affaiblit ainsi le champ magnétique externe. Le diamagnétisme se manifeste généralement dans la matière, cependant, dans les para-aimants et les ferro-aimants, il est masqué par les aimants élémentaires alignés.

Cas particulier des supraconducteurs

Les supraconducteurs constituent un cas particulier. En effet, leur indice de perméabilité est nul. Ainsi, la densité du flux magnétique disparaît dans le supraconducteur. Les supraconducteurs ne sont donc pas perméables au flux magnétique. Les lignes de champ sont complètement repoussées hors du supraconducteur et circulent autour de celui-ci.

C'est pourquoi les supraconducteurs sont également qualifiés d'aimants diamagnétiques parfaits.