Aimantation d'une substance ferromagnétique sous l'influence d'un champ alternatif

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Submitted on 1 Jan 1930

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Aimantation d’une substance ferromagnétique sous l’influence d’un champ alternatif

St- Procopiu

To cite this version:

St- Procopiu. Aimantation d’une substance ferromagnétique sous l’influence d’un champ alternatif.

J. Phys. Radium, 1930, 1 (11), pp.365-372. �10.1051/jphysrad:01930001011036500�. �jpa-00233036�

LE JOURNAL DE PHTISIQUE

ET

-

LE RADIUM

AIMANTATION D’UNE SUBSTANCE FERROMAGNÉTIQUE SOUS L’INFLUENCE D’UN CHAMP ALTERNATIF.

par St-PROCOPIU

Sommaire. - On a décrit les phénomènes qui ^se passent ^à l’aimantation d’une substance ferromagnétique, ^{soumise à un} champ magnétisant ^constant auquel ^on super- pose ^un champ alternatif (50 p: sec) longitudinal ^et circulaire, ^{ou un} champ ^oscillant (104, 105 et 106 p:sec) longitudinal et circulaire. Les substances étudiées ont été : un échantil- lon de fer de 0,15

de diamètre et de champ ^coercitif 8,9 gauss, ^{et un} échantillon d’acier de 0,25 mm de diamètre et de champ ^{coercitif 20} gauss.

On a trouvé que l’aimantation croît d’abord, et diminue ensuite après ^avoir passé par ^un maximum lorsque ^le champ alternatif ou oscillant efficace atteint la valeur du champ ^coerci- tif de la substance, ^{si la} fréquence ^du champ superposé ^{est de} fréquence 50 ; 9.104; 2.105;

2,4.105 périodes par seconde, les oscillations étant entretenues. La variation de l’aimantation

se fait beaucoup plus difficilement sous la fréquence 2.106 p : sec (03BB

¹⁵⁰ m).

Sirtiis VII. TOME 1. NOVEMBRE 1930. N> 11.

i. Introductions L’intensité d’aimantation d’une substance ferromagnétique ^est

une fonction compliquée de la valeur du champ magnétique, par suite de ^sa dépendance ^de

toute l’histoire de la substance, c’est-à-dire de son hystérèse.

P. Duhem (1), Ch. Maurain (2), H. Bouasse (1), ^ont constaté que par des procédés ^méca- niques, chocs, torsions, cycles ^de tensions, ^ou bien par des procédés électromagnétiques,

d’intensité décroissante jusqu’à zéro, superposés ^{à un} champ magnétisant constant, ^{on obtient}

la suppression ^de l’hystérèse, ^et l’aimantation de la substance s’effectue suivant une ligne ^des

états naturels (Duhem) ^{ou une} courbe d’airnantation normale, ^ou anhystérétique (Maurain).

Dans une étude complète, ^{Maurain a} envisagé l’influence d’un champ alternatif longitudinal

ou circulaire de basse fréquence, ^aussi bien que celle d’un champ oscillant de haute

fréquence, jusqu’à ¹⁰¹ cycles par ^sec. Dans ce dernier _cas, les recherches étaient effectuées

avec des oscillations amorties.

La courbe d’aimantation normale, déterminée expérimentalement par Maurain, ^et étudiée en détail par lui, ^a été retrouvée dernièrement par ~~’. Steinhaus et E. Gumlich (~) ; qui ^{l’ont dénommée} courbe d’aimantation idéale. La constatation, qu’un champ alternatif de basse fréquence, d’intensité décroissant jusqu’à zéro, supprime l’hystérésis d’une substance

aimantée, ^aété employée par ^ces auteurs comme méthode courante de désaimantation d’une substance ferromagnétique.

Il ressort des recherches précitées que si l’on soumet une substance ferromagnétique ^à

un champ magnétisant, auquel ^on superpose ^un champ alternatif, d’intensité décroissant (1) ^P. DUHEM, ^C. R., ’137 (1903), p. 10°?2, C. R.. 140 (1905), p. 12i 6 et 1371.

(‘’) ^CH. 1IAURAIN, ^C. R., 137 (1903), p. 914, ^C. R., ¹⁰¹ (1910), p. i î î, J. de Phys., ³ (190~), p. 417, 6 (1907),

p. 380, ^{J. de} Phys., 6 (1907), p. 5, ⁷ (1908), p. !~9 i.

(3» H. Bouxsso, Oscillations électriques (l~elagrave, ^Paris 1924), p. 291.

(~) W. ^{STEiNHAus et} E. GUMLICII. Bericttte d. D. Phys. ^Ges. ~9.91~), p. 369.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^{ET LE RADIUM.}

SÉRIE VII.

T. I. - N° 1 i.

NOVEMBRE ~930. 27.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01930001011036500

366

jusqu’à ^zéro, l’aimantation prend ^une valseur maximum qui ^se place ^{sur une} courbe d’aiman- tation idéale, alors que l’hystérésis ^est supprimée.

Le but de cette étude n’est pas de reprendre le tracé des courbes d’aimantation idéale,

mais de rechercher le mécanisme d’aimantation à champ magnétisant ^{fixe et} champ ^alter-

natif ou oscillant d’intensité variable, pour ^trouver la valeur de ce dernier qui produit ^le

maximum de l’aimantation, ^aussi bien que pour comparer les courbes d’aimantation aux

courbes de l’effet Barkhausen sous champ alternatif d’intensité variable.

En outre, ^les champs oscillants de haute fréquence employés ^{étaient obtenus} par circuits à ondes entretenues, ^et pouvant débiter des courants, d’intensités comparables ^à

celles du courant alternatif ordinaire.

2. Dispositif ^{de mesure. - On a} employé ^{les mêmes} échantillons de substances ferro-

magnétiques que pour l’étude précédente de l’effet Barkhausen : deux fils de fer, ^{isolés et} superposés, ^{de 20 cm de} longueur ^et Oyi5 ^{mm de} diamètre, ^le champ coercitif étant 8,94 gauss ;

un fil d’acier de 28 cm de longueur, 0,25 ^{mm de} diamètre et 20 gauss pour le champ ^coercitif.

Le fil à étudier est introduit suivant l’axe de deux bobines concentriques ^de 27,5 ^{cm de} longueur, ^une bobine intérieure par laquelle passe le ^courant alternatif ou oscillant, ^de 0,5 ^cm de diamètre et formée de 770 spires, ^{et une} bobine extérieure par laquelle passe le courant continu, ^{de 4 cm} de diamètre et formée de 392 spires. ^Les champs ^{obtenus avec}

ces deux bobines, calculés par la formule H = 20132013. I, sont les suivants : 1

où 1 est l’intensité du courant continu ou l’intensité efficace du courant alternatif.

Les bobines, ^avec l’échantillon, ^sont disposées suivants la première position ^{de Gauss,}

par rapport ^{à un} magnétomètre sensible, ^{dont la déviation mesurera} l’intensité d’aimanta- tion de l’échantillon. En série avec la bobine extérieure, de l’autre côté du magnétomètre,

on met une bobine compensatrice. L’échantillon se trouve à une distance d’environ 14 cm

du magnétomètre ^{si les} champs magnétisants ^{sont faibles.}

Pour chaque ^{mesure on} procède de la manière suivante :

-

L’échantillon n’étant pas introduit dans les bobines, ^on fait passer par la bobine exté- rieure ^un courant continu, d’intensité égale ^{à celle} nécessaire à l’aimantation, ^{et on} déplace

la bobine compensatrice jusqu’à ^ce que la déviation du magnétomètre soit annulée. On

interrompt le courant continu et on introduit le fil à étudier suivant l’axe des bobines ;

d’ordinaire le magnétomètre ^{subit une} déviation, due à l’aimantation rémanente du fil. On réduit celle-ci à zéro, ^en désaimantant sur place l’échantillon, par ^{un courant} alternatif d’intensité convenable (d’intensité telle que le champ alternatif créé soit plus fort que le

champ coercitif de la substance, comme on verra à la fin de cette étude) qui ^{traverse la}

bobine intérieure, ^{et en} faisant décroitre ce courant, d’une manière continue, jusqu’à ^{zéro. Un}

courant alternatif d’intensité un ampère pour le fer ^et deux ampères pour l’acier est suffisant pour désaimanter ^ces échantillons. Des échantillons de nickel et surtout de cobalt, ^de grand champ coercitif, ^ont demandé des courants bien plus ^forts. Si l’échantillon n’est pas désaimanté dans une première opération, ^{on la} recommence avec une intensité de courant

plus ^{forte et en} effectuant lentement la décroissance de l’intensité jusqu’à ^{zéro. Avant} chaque ^{mesure on effectue cette} opération ^de désaimantation de l’échantillon.

On interrompt ^{le courant} alternatif de désaimantation. On aimante l’échantillon, ^en

faisant passer ^{un courant} continu par la bobine extérieure, ^{et on constate au} magnétomètre

une déviation, qui représente la valeur de l’aimantation sur la courbe de première ^aiman-

tation. Le courant magnétisant étant maintenu constant, ^on laisse passer par la bobine intérieure un courant alternatif ou oscillant, de certaine intensité; ^{on constate} que le

magnétomètre ^{montre une autre} déviation que celle obtenue ^en champ magnétisant seul;

cette déviation représente l’aimantation sous l’influence du champ alternatif ou oscillant

longitudinal. ^{On fait} prendre ^{au courant} alternatif ou oscillant des valeurs croissantes et

puis décroissantes jusqu’à zéro, ^{et on note} les déviations au magnétomètre. On constitue la courbe de l’aimantation à champ magnétisant fixe, ^{et sous} l’influence d’un champ ^alternatif

ou oscillant, longitudinal, d’intensité variable.

On désaimante de nouveau l’échantillon et on répète ^ces expériences pour ^une autre valeur du champ magnétisant ^constant.

L’étude du même échantillon est continuée en champ magnétisant ^{constant, mais sous}

l’influence d’un champ alternatif ou oscillant circulaire, ^cette fois-ci, ^{le courant alternatif}

ou oscillant traversant directement le fil de la substance ferromagnétique. La bobine inté- rieure ne sert dans ce cas que pour la désaimantation du fil.

3. Aimantation sous l’influence d’un champ alternatif longitudinal.

^{Si on}

soumet le fer ou l’acier à um champ magnétisant d’intensité constante, auquel ^on superpose

Fig. 6. l’ig. ^7.

un champ alternatif (50 fréquences) longitudinal, d’intensité croissant d’une manière

progressive, ^on constate que l’aimantation de l’échantillon augmente ^d’abord jusqu’à ^une

valeur maximum, puis ^conmence à diminuer. Si on arrête la croissance du champ ^alter- natif, avant d’avoir obtenu le maximum de l’aimantation, ^et qu’on revienne à zéro, ^l’aiman-

tation reste à sa plus grande valeur obtenue.

Mais si on arrête la croissance du champ alternatif à une valeur plus grande que celle

qui donne le maximum de l’aimantatiom, lorsqu’on ^{revient à} zéro, l’aimantation prend ^un

maximum plus élevé que le premier ^maximum obtenu, mais pour la même valeur du

champ alternatif, ^et puis ^{reste à ce maximum} lorsque ^le champ alternatif décroît jusqu’à

zéro. C’est l’aimantation normale ou idéale, ^à champ magnétisant d’intensité constante.

Les figures ^{6 et 7 se} rapportent ^{au fer} (R, 8,9) ^{et à l’acier} (He ⁼ 20). ^{On a tracé les}

courbes d’aimantation à champ magnétisant ^constant (0,9; 1,8; ^{9 et 18} gauss) ^{et à} champ

alternatif longitudinal d’intensité variable. En abscisse on a pris ^le champ ^alternatif

efficace; il faut le multiplier par 1, Il pour avoir le champ alternatif maximum ; ^en ordonnée

c’est la déviation du mpgnétomètre ^mesurant l’aimantation.

368

On lit sur ces courbes les valeurs du champ alternatif longitudinal pour lequel ^l’aiman-

tation prend ^sa plus grande valeur, ^{dans un} champ magnétisant ^{fixe. Ce} champ alternatif, pour lequel ^il y a le maximum de l’aimantation, ^{est d’autant} plus grand ^{que le} champ magnétisant ^est plus fort, ^mais s’approche d’une limite qui ^{a une valeur} de l’ordre de gran- deur du champ coercitif de l’échantillon. Dans les tableaux suivants on a inscrit dans une

première colonne le champ magnétisant (il const), ^{dans la seconde colonne le} champ ^coercitif

pour ^cette aimantation (he), ^et dans la troisième colonne le champ alternatif longitudinal

efficace (Hen) nécessaire à obtenir le maximum de l’aimantation. (Evidemment ^{on a} h; ~ ¡IJ.

Le premier ^{tableau se} rapporte ^au fer, ^de champ ^coercitif 8,9 ; ^on y ^constate que le champ

alternatif Heu qui apporte l’aimantation maximum tend vers la valeur 10,6 gauss eff. Le second tableau se rapporte ^à i’acier, ^de champ coercitif 20 gauss ; ^on voit que le champ ^alternatif

efficace qui produit l’aimantation maximum, ^{tend vers} la valeur 2i gauss eff, pour de grands champs magnétisants. ^{Voici ces tableaux :}

Il ressort de ces tableaux et des courbes représentées ^{dans les} figures ^{6 et} 7, qu’une

substance ferromagnétique ^{soumise à un} champ magnétisant d’intensité constante, prend

une aimantation maximum, ^nommée aimantation normale ou idéale, ^{si on} lui superpose ^un

champ alternatif longitudinal efficace d’intensité égale, ^{ou un} peu supérieure, ^au champ

coercitif de la substance.

Il faut faire remarquer, que la valeur maximum de l’aimantation dépend ^du point ^{de la} courbe, après ^le premier maximum, ^{où on commence} à faire décroître le champ alternatif.

Ce fait est bien plus caractéristique pour les substances à grand champ coercitif, ^{comme le}

cobalt. Il est de ce fait très difficile, ^{dans le cas du} cobalt, de trouver l’aimantation maximum,

l’aimantation obtenue lorsqu’on fait décroître le champ alternatif, dépend d’une manière bien plus marquée de la valeur de ce champ alternatif, ^{d’où on commence à décroître} jusqu’à zéro, aussi il faut en tenir compte lorsqu’on trace les courbes d’aimantation idéale.

Il est possible que l’effet soit dû à ^ce qu’une ^substance ferromagnétique ^{ait un} champ

coercitif moyen, mais qu’il existe dans sa masse des noyaux de champs coercitifs plus élevés, ^ou bien que les particules élémentaires ne soient pas d’aimantation définitive, ^mais qu’elles comportent ^{encore une} augmentation ^de magnétisme élémentaire.

4. Aimantation sous l’influence d’un champ alternatif circulaire.

Le fil de la substance ferromagnétique, ^{soumis à un} champ magnétisant d’intensité constante, ^est traversé par ^{un courant} alternatif d’intensité variable. Le champ alternatif circulaire, auquel le courant axial donne naissance, ^est calculé, ^{à la} périphérie de la section du fil, par la formule

où I est l’intensité du courant alternatif axial, ^en ampères, ^et l~ le rayon du fil ^en centimètres.

Pour les deux fils de fer, superposés, ^de 0,i5 ^{mm de} diamètre, ^{cette formule devient}

et pour le fil d’acier, ^{de 0,25 mm de diamètre, elle est :}

A l’intérieur du fil, ^{à une distance r du} centre, pour ^une même intensité I le champ ^est

~,2

plus faible dans le rapport

R2’ De sorte que pour ^une intensité donnée, la valeur du champ

est la plus forte à la périphérie ^{du fil.} Plus le fil sera épais, ^et plus la valeur du champ

.alternatif qui apportera ^le maximum de l’aimantation devra être grande, ^{car le} champ

nécessaire sera réalisé à la périphérie ^{et non} pas ^vers le centre.

Dans le tableau suivant on a indiqué, pour le fer et pour l’acier, ^le champ ^alternatif

circulaire efficace, nécessaire à obtenir le maximum d’aimantation lorsque ^le champ magné-

tisant a la valeur constante Hconst.

Les figures ^{8 et 9 se} rapportent ^{au fer et à l’acier.} On y voit que les courbes de l’aimantation sous l’influence d’un champ alternatif circulaire ont la même allure que celles obtenues dans ^un champ alternatif longitudinal. Le maximum de l’aimantation

Fig. 8 Fig. 9.

en a la même valeur qu’en champ longitudinal; ^{mais le} champ alternatif circulaire pour

lequel ^{arrive ce} maximum n’est pas bien marqué, ^{il se} prolonge pour ^un grand ^{domaine de} valeurs, commençant par ^une valeur de l’ordre de grandeur ^du champ coercitif de la substance.

5. Influence du champ oscillant de haute fréquence longitudinal. -LTn courant continu d’intensité constante traverse la bobine extérieure, entourant la substance ferroma-

gnétique, ^{et on} fait passer dans la bobine intérieure ^un courant oscillant de haute fréquence

370

et d’intensité v ariable. La déviation du magnétomètre ^mesure l’aimantation en champ

oscillant longitudinal.

Le courant oscillant de haute fréquence ^{est obtenu au} moyen d’oscillateurs à ondes.

entretenues, constituées par des lampes à trois électrodes.

La difficulté consiste à disposer ^{d’un courant oscillant} d’intensité comparable ^{à celle du}

courant alternatif de basse fréquence. Trois oscillateurs à lampes, construits pour les

longueurs d’ondes À

3 300 m ( f’ -- 9.104), ^{À = 1 400 m} ( f = 2, t 10~), )... 1250 m

( f

~~,~ .10~) ^ont pu fonctionner jusqu’à ^{fournir une} intensité de 0,8 ^A eff., ^{sans se} désamorcer, lorsqu’ils ^{sont mis à} fournir le courant sur la bobine intérieure contenant le fil de la substance ferromagnétique.

Un quatrième oscillateur, construit pour la longueur d’onde À:=: 106 p. : sec peut fournir dans les mêmes conditions, jusqu’à ^une intensité de courant de 0,5 ^A eff.,

mesurée avec le même ampèremètre thermique pour la haute fréquence. ^{Je ne} suis pas arrivé

jusqu’à présent à utiliser des ondes de plus ^haute fréquence ^{avec une} intensité convenable.

Les mesures ont montré que le fer ^et l’acier se comportent de la même manière en

haute fréquence que ^sous l’influence d’un courant alternatif ordinaire, jusqu’à ^des fréquences

de l’ordre de 105 p : ^s. Mais les propriétés magnétiques ^{du fer et de.} l’acier diffèrent fortement lorsque ^la fréquence employée est 2.106 p : ^s.

Dans les tableaux suivantes on a inscrit, pour le fer ^et pour l’acier, ^le champ magnétisant

dans une première ^{colonne, et} dans les autres colonnes le champ efficace de haute fréquence

nécessaire pour obtenir l’aimantation maximum de la substance ferromagnétique, pour les.

fréquences 50;9.10~; 2.10~; 2,4.10~.

L’aimantation maximum, ^sous l’influence d’un champ alternatif ou oscillant, ^{est obtenue}

dans un champ efficace de l’ordre de grandeur ^du champ ^{coercitif de la} substance, pour des

fréquences depuis ⁵⁰ jusqu’â 105 p : ^s. Cette valeur du champ ^{efficace a} la tendance à êtres la même, pour des champs magnétisants ^{faibles ou} forts, lorsque ^la fréquence est 105 p : ^s.,

tandis qu’elle ^est plus faible que le champ coercitif pour les champs magnétisants ^{faibles et}

n’arrive à avoir la valeur du champ coercitif que pour les champs magnétisants forts, ^{si la} fréquence ^est faible, ⁵⁰ périodes par ^sec.

La valeur de l’aimantation maximum ou idéale, ^{est la même sous la} fréquence 50 que

sous la fréquence ~,~ . ~Oj.

Il ressort de ces résultats, que les propriétés magnétiques des substances ferromagné- tiques n’ont pas varié pour des champs alternatifs de fréquences ^{entre 50 et} ~. ~.Oâ p : ^s.

Mais l’aimantation ne’se fait plus dans les mêmes conditions, ^{sous la} fréquence f - ^2.106 (X

¹⁵⁰ m). ^{Le fer n’arrive à} obtenir l’aimantation maximum quand bien même l’intensité efficace serait de 0.40 ~-~ - 0,45 _~, intensité limite fournie par l’oscillateur, ^et qui correspond ^{à un} champ efficace de 14 à 16 gauss. La figure ¹⁰ représente l’aimantation sous

l’influence d’un champ alternatif longitudinal ^{de basse} fréquence (50 p : s.), ^{de même valeur}

que ^sous l’influence d’un champ ^{de haute} fréquence, jusqu’à ^la fréquence 2 . 10 (courbes I),

et l’aimantation sous l’influence d’un champ ^de fréquence 2. 101 (courbes II), ^{cette dernière}

diffère notablement de la première.

La figure il, pour l’acier, ^se rapporte ^{à un seul} champ magnétisant ^constant, 18 gauss~

et représente ^d’une part la variation de l’aimantation sous un champ alternatif de

9.104, 2,4. 105, ^{et d’autre} part l’aimantation sous un champ ^de fréquence 2.10 p : ^s. Le

phénomène, pour la fréquence 106, est nettement différent et son allure est visible sur la courbe 11, figure ^11.

Fig. ^10. Fig. ^11.

6. Champ ^oscillant circulaire. - Le courant de haute fréquence passe directement par le fil de la substance ferromagnétique, ^{soumise en même} temps ^{à un} champ magnétisant longitudinal d’intensité constante.

Les mesures n’ont pu être effectuées jusqu’au maximum de l’aimantation, ^faute

d’une intensité de courant suffisante. Mais elles ont pu montrer que l’allure des phénomènes

est la même qu’en courant oscillant longitudinal. ^{Sur les} figures ^{8 et} 9, ^des points marqués

d’un signe représentent ^les aimantations sous la fréquence 2,4. 101, ^{et se} disposent ^{sur la}

même courbe que dans le ^cas de l’aimantation sous courant alternatif axial de 50 périodes.

7. Désaimantation _{par les} champs alternatifs et oscillants.

Le phénomène

de la désaimantation d’une substance ferromagnétique par ^un champ alternatif ou oscillant, longitudinal ^ou circulaire, ^{est le} réciproque de celui de l’aimantation dans les mêmes conditions.

Le fil de la substance ferromagnétique, aimanté à saturation et introduit suivant l’axe de la bobine, ^dans laquelle ^on fait passer ^un courant alternatif ou oscillant, décroissant

jusqu’à zéro, ^se désaimante.

La désaimantation est complète lorsque ^le champ alternatif longitudinal prend

une intensité efficace plus grande que le champ coercitif de la substance. Les mêmes condi-

tions sont nécessaires pour la désaimantation par le champ oscillant de fréquence 2.105.

372

Pour l’acier, ^une différence intervient à cette fréquence : depuis ^une certaine valeur du

champ oscillant, l’aimantation commence en sens inverse.

Mais pour la fréquence 9-. 101, la désaimantation du fer, ^{dans un} champ ^oscillant

de 1~ gauss, n’affecte même pas la trentième partie ^de l’aimantation, ^alors qu’un champ efficace de 10 gauss, ^sous la fréquence ^{50 ou bien} 10~, ^annulle complètement l’aimantation.

La même conclusion pour la désaimantation, que pour l’aimantation ^sous champ

oscillant : les propriétés magnétiques ^{du fer et} de l’acier commencent à varier notablement entre les fréquences 105 et 106.

Ces résultats paraissent ^{en désaccord avec les mesures de} désaimantation par les

champs ^{de haute} fréquence, effectuées par Mitra (1). D’ailleurs dans ses recherches, ^Mitra

n’a pas indiqué l’intensité du champ alternatif ou oscillant longitudinal, utilisé à la désai-

mantation, ^{ni le} champ coercitif de l’échantillon ; ^{de sorte} qu’on ^ne peut ^{discuter ses résultats.}

Des recherches sur la désaimantation sont en cours, dans ce laboratoire.

La désaimantation s’effectue aussi dans un champ alternatif circulaire et dans les mêmes conditions que dans ^un champ alternatif longitudinal.

) S.-K. MiTRA. J. de Pltys., ⁴ (i923), p. 259. S.

Manuscrit _reçu le ler juillet ^1930.