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Aimants : attraction et répulsion

École primairePhysiqueForce entre dipôles ponctuels coaxiaux et énergie de magnétisation induite linéaire pour des échantillons d’essai maintenus en position fixe

Cliquez sur l'un des aimants pour inverser ses pôles. Choisissez un échantillon de test dans le plateau, faites glisser pour modifier la distance ou changez l'intensité de l'aimant A, puis comparez la force et l'énergie.

3D

Faites glisser l’appareil pour le régler. Faites glisser l’arrière-plan pour le faire pivoter. Faites défiler pour zoomer.

Carnet de mesures

Modifiez la configuration, testez une prédiction et enregistrez le résultat. Jusqu’à 12 instantanés sont conservés.

À propos de cette expérience

Inversez un aimant, modifiez son intensité ou remplacez le second aimant par un échantillon de matériau. Mesurez la force pour une séparation contrôlée et comparez les interactions d’aimants permanents puissants aux faibles réponses paramagnétiques et diamagnétiques.

Objectifs pédagogiques

  • Prévoyez comment l’inversion des pôles modifie la force d’un dipôle permanent.
  • Comparez l’attraction paramagnétique à la répulsion diamagnétique.
  • Reliez le seuil de détection de l’affichage de la force à une réponse calculée non nulle.

Comment l’utiliser

  1. 1Mesurez d’abord la force par défaut entre deux aimants, puis inversez l’un d’eux et comparez le signe de la force.
  2. 2Modifiez la séparation et testez la dépendance en puissance inverse quatrième de la force de dipôles coaxiaux.
  3. 3Remplacez l’aimant B par de l’aluminium, du cuivre et l’échantillon de fer effectif.
  4. 4Augmentez l’intensité de l’aimant A et comparez la force calculée exactement au seuil de résolution d’affichage de 0,1 µN.

Le modèle

Les moments signés déterminent si les dipôles coaxiaux s’attirent ou se repoussent.
Une réponse induite linéaire dépend du carré du champ ; inverser uniquement la source n’inverse donc pas la force.

Hypothèses

  • Les positions restent fixes. Les longueurs des barres et des flèches de force sont symboliques, et l’approximation du dipôle ponctuel exclut le contact entre les aimants.
  • Le volume de l’échantillon induit est de 10 cm³. Les susceptibilités effectives sont des valeurs indicatives : fer 1, aluminium 2,2×10⁻⁵, cuivre −1×10⁻⁵, bois −8×10⁻⁶ et plastique −1×10⁻⁵.
  • La magnétisation induite linéaire ne tient pas compte de l’hystérésis, de la rémanence, de la géométrie démagnétisante ni de la saturation. L’échantillon effectif de fer n’est pas un véritable échantillon de fer étalonné.
  • Les forces inférieures à 0,1 µN sont conservées dans les relevés numériques, tout en étant signalées comme inférieures à la résolution d’affichage choisie.

À essayer en classe

  1. Q1Pourquoi l’inversion d’un aimant permanent inverse-t-elle la force exercée sur un autre aimant permanent ?
  2. Q2Pourquoi l’inversion de la source ne modifie-t-elle pas la force exercée sur le matériau induit ?
  3. Q3Une force inférieure à la résolution peut-elle tout de même être non nulle ?

Foire aux questions

Pourquoi le cuivre, le bois et le plastique se repoussent-ils faiblement ?

Les susceptibilités indicatives choisies sont négatives, ce qui produit une faible force diamagnétique dirigée à l’opposé du champ le plus intense.

Pourquoi les aimants restent-ils en place malgré la force qui s’exerce sur eux ?

Ils sont montés sur un banc de forces virtuel à position fixe. La distance qui les sépare est un paramètre contrôlé : aucun mouvement de translation n’est donc intégré.