Introduction
 
Pour exprimer la saturation du noyau magnétique, nous allons procéder à une expérience. Augmenter l'intensité de champ magnétique H et calculer l'induction B d'une bobine avec noyau.

 
Récapitulation des relations importantes
Formules Unités Noms
Champ d'induction 
magnétique
Flux magnétique
Force électromagnétique

 
Cette expérience est réalisée au moyen d'une bobine , ou inductance L , raccordée sur une source de tension de polarité variable.

Schéma électrique
La bobine est constituée de 150 spires de fil de cuivre, bobinées autour d'un noyau magnétique d'une longueur l de 15 [cm] et sa résistance ohmique vaut 25 [W ] . Le noyau a été choisi dans la catégorie des matériaux magnétique (voir introduction de ce chapitre).

Cette bobine est raccordée sur deux sources de tension continue et le potentiomètre nous permet de varier la tension aux bornes de la bobine entre + 100 [V] et - 100[V].

Pour bien comprendre le déroulement de l'expérience, nous l'avons décomposée en 5 phases successives. A chaque phase, nous étudierons l'évolution de l'induction magnétique ainsi que le comportement du noyau de notre bobine.

Pour chaque phase, un tableau de mesure nous permettra de tracer la courbe d'aimantation.




Phase 1
 
En faisant varier la tension U de 0 à 100 [V] ,le courant va augmenter ainsi que le champ d'induction magnétique B.
Au départ, nous pouvons nous représenter cet état comme une multitude de petits aimants ayant pris une orientation quelconque et dont l'augmentation d'un champ magnétique extérieur va faire varier la position.

 
Tableau de mesure
U [V]
R [W ]
I [A]
N
l [m]
H [A/m]
m0
mr
B [T]
0
25
0
150
0.15
0
1.25× 10-6
200
0
20
25
0.8
150
0.15
800
1.25× 10-6
200
0.2
40
25
1.6
150
0.15
1600
1.25× 10-6
180
0.36
60
25
2.4
150
0.15
2400
1.25× 10-6
145
0.435
80
25
3.2
150
0.15
3200
1.25× 10-6
112
0.448
100
25
4
150
0.15
4000
1.25× 10-6
90
0.45

 
Nous parlerons de saturation, au moment où l'augmentation de l'intensité de champ magnétique H ne modifie plus le champ d'induction magnétique B.

L'orientation de ces petits aimants ne se fait pas de façon linéaire, mais de façon exponentielle, comme pour la charge du condensateur.

Nous pouvons tracer un diagramme du champ d'induction magnétique B en fonction de l'intensité du champ magnétique B = f (H).




Phase 2
 
En faisant varier la tension U de 100 [V] à 0 [V] , nous constatons que le champ d'induction magnétique B décroît, mais lorsque le courant est à 0, le noyau conserve un certain champ d'induction magnétique B.
Nous pouvons nous représenter cet état comme une multitude de petits aimants conservant tous la même orientation et dont la diminution d'un champ magnétique extérieur ne modifie plus les positions.
Remarque : 

Pour cette phase ainsi que les suivantes, il n'est plus possible d'utiliser les valeurs issues de calculs. Les résultats ne sont plus identiques en raison de l'induction rémanente et des caractéristiques du noyau.

Les valeurs d'induction doivent être mesurées et mises en évidence au moyen d'un instrument de mesure tel qu'un teslamètre.
Tableau de mesure
U [V]
H [A/m]
B [mT]
100
4000
450
80
3200
450
60
2400
450
40
1600
440
20
800
380
0
0
250
Nous parlerons de rémanence au moment où la diminution de l'intensité du champ magnétique H ne modifie plus le champ d'induction magnétique B.

L'orientation de ces petits aimants ne se fait pas de façon linéaire, mais de façon exponentielle, comme pour la décharge du condensateur.

Nous pouvons tracer un diagramme du champ d'induction magnétique B en fonction du champ magnétique B = f (H)

Le point constitué du champ d'induction magnétique B et de l'axe des y, représentant l'induction rémanente Br , pour une intensité du champ magnétique H à la valeur 0.
Symbole de la grandeur : Br

Symbole de l'unité : [T] tesla

Comme son nom l'indique, il s'agit de l'induction qui subsiste dans le noyau, due à l'orientation des particules magnétiques.
Application pratique :

Du tournevis aimanté à tous les supports magnétiques d'information comme les cassettes vidéo ou les disquettes d'ordinateur.

Ce champ d'induction magnétique rémanente peut être modifié par la température (point de Curie) . En effet, la température modifie la disposition des petits aimants constituant les matériaux magnétiques. Cette application est utilisée pour les mini-disques audio et les supports magnéto-optiques. Elle n'est pas applicable aux tournevis ou aux cassettes vidéo pour les démagnétiser ! ! !

La méthode la plus simple pour désaimanter votre tournevis sera de le soumettre à un champ magnétique de polarité variable et dont l'intensité diminue lentement.


 
Exemple

 
Cette façon de faire est utilisée pour démagnétiser les tubes image des téléviseurs couleur. En effet, le balayage de l'écran par le faisceau d'électrons est commandé par un champ magnétique. Si ce champ vient à être perturbé par l'aimantation rémanente d'une pièce métallique, l'image va perdre de sa qualité les couleurs seront faussées.
C'est pour cela qu'avant la mise en service d'un téléviseur couleur, il faut toujours le démagnétiser. Cette opération est effectuée au moyen d'une bobine que l'on éloigne régulièrement de l'écran. L'effet du champ magnétique décroissant va démagnétiser le tube image.




Phase 3
 
En faisant varier la tension U de 0 [V] à - 100 [V] , nous constatons que le champ d'induction magnétique B passe à la valeur zéro.
Cette valeur est obtenue au moment où les petits aimants se trouvent soumis à une certaine intensité de champ magnétique H provoquant une orientation quelconque des éléments.
Tableau de mesure
U [V]
H [A/m]
B [mT]
0
0
250
-20
-800
100
-25
-1000
0.00

 
Nous pouvons tracer le diagramme du champ d'induction magnétique B en fonction de l'intensité du champ magnétique B = f (H).
Nous parlons de CHAMP COERCITIF Hc au moment où le champ
d'induction magnétique B est nul.
Symbole de la grandeur : Hc
Symbole de l'unité : 
Nous avons supprimé le champ d'induction magnétique B . En continuant de varier la tension de la valeur du champ coercitif Hc à - 100 [V] , nous constatons que le champ d'induction magnétique B ne varie plus à partir d'une certaine valeur.
Nous pouvons représenter cet état comme une multitude de petits aimants ayant pris tous la même orientation et dont l'augmentation d'un champ magnétique extérieur ne modifie plus les positions.

 
Tableau de mesure
U [V]
H [A/m]
B [mT]
-25
-1000
0.00
-40
-1600
-150
-60
-2400
-325
-80
-3200
-425
-100
-4000
-450

 
Nous pouvons tracer le diagramme du champ d'induction magnétique B en fonction de l'intensité du champ magnétique B = f (H).
Nous parlerons de SATURATION, au moment où l'augmentation de l'intensité du champ magnétique H ne modifie plus le champ d'induction magnétique B.

Nous sommes dans la situation inverse à celle de la première phase de notre expérience.




Phase 4
 
En faisant varier la tension U de -100 à 0[V] , nous constatons que le champ d'induction magnétique B décroît. Mais lorsque le courant est à zéro le noyau conserve un certain champ d'induction magnétique B .
Nous pouvons nous représenter cet état comme une multitude de petits aimants conservant tous la même orientation et dont la diminution d'un champ magnétique extérieur ne modifie plus les positions.

 
Tableau de mesure
U [V]
H [A/m]
B [mT]
-100
-4000
-450
-80
-3200
-450
-60
-2400
-450
-40
-1600
-440
-20
-800
-380
0
0
-250

 
Nous parlerons de REMANENCE au moment où la diminution de l'intensité du champ magnétique H ne modifie plus le champ d'induction magnétique B.

Nous sommes dans la situation inverse que lors de la phase 2 de notre expérience.

Nous pouvons tracer le diagramme du champ d'induction magnétique B en fonction de l'intensité du champ magnétique B = f (H).




Phase 5
 
 
En faisant varier la tension U de 0 à 100 [V] , nous constatons que le champ d'induction magnétique B passe par la valeur zéro.
Cette valeur est obtenue au moment où les petits aimants se trouvent soumis à une certaine intensité de champ magnétique H provoquant une orientation quelconque des éléments.

 
Tableau de mesure
U [V]
H [A/m]
B [mT]
0
0
-250
20
800
-100
40
1600
150
60
2400
325
80
3200
425
100
4000
450

 
Nous parlerons de CHAMP COERCITIF au moment où le champ d'induction magnétique B est nul.

Nous sommes dans la situation inverse que lors de la phase 3 de notre expérience.

Nous pouvons tracer le diagramme du champ d'induction magnétique B en fonction de l'intensité du champ magnétique B = f (H).




Récapitulation
 
Dans la dernière phase, nous avons supprimé le champ d'induction magnétique B. En continuant à élever la tension U jusqu'à 100 [V], nous constatons que le champ d'induction magnétique B ne varie plus à partir d'une certaine valeur.

La dernière courbe que nous venons de tracer représente le cycle d'hystérésis complet du noyau de notre bobine. Le cycle d'hystérésis est toujours symétrique, l'orientation des particules magnétiques élémentaire étant identique dans les deux sens.

Chaque matière possède une propre courbe d'Hystérésis, qui détermine ses caractéristiques et définit son application.




Energie W d'hystérésis
 
 
L'orientation des petits aimants, changeant lors de chaque phase du cycle d'hystérésis conduit à un échauffement de la matière. Cet échauffement va provoquer une perte d'énergie W qui sera, suivant les applications, très gênante.

 
Exemples de courbes d'Hystérésis
 
Hc Þ 1 division Þ 10 [A/m]
 
Hc Þ 1 division Þ 1 [A/m]
Matière peu sensible aux perturbations externes.
 
Matière sensible aux perturbations externes.