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Recherches sur le champ démagnétisant structural des
ferromagnétiques
T.H. Kahan
To cite this version:
RECHERCHES
SUR LECHAMP DÉMAGNÉTISANT
STRUCTURAL
DESFERROMAGNÉTIQUES
(*)
Par TH. KAHAN.
Faculté des
Sciences, Strasbourg.
Sommaire. 2014 Une nouvelle méthode pour l’étude du facteur démagnétisant structural d’éprouvettes
filiformes est indiquée (détermination de l’inclinaison du tronçon initial de la courbe d’aimantation dite idéale obtenue par désaimantation en courant alternatif).
On étudie pour cette méthode la variation thermique du facteur démagnétisant structural de différents échantillons de nickel et de cobalt. On constate dans la plupart des cas (sauf un) une forte décroissance de
ce facteur quand la température s’élève, ce qui confirme une fois de plus l’existence de celui-ci, puisque le facteur démagnétisant géométrique, par sa nature même, est indépendant de la température.
Introduction. - Au cours de mes recherches sur
l’aimantation initiale des substances
ferromagné-tiques
(i)
j’ai
été amené àm’occuper plus
particuliè-rement de la déterminationexpérimentale
du facteurdémagnétisant d’éprouvettes cylindriques.
Pour la clarté del’exposé, je rappelle
brièvementl’origine
etla
signification
de ce facteur.Considérons un
ellipsoïde
de rotationallongé
tourné dans une substanceferromagnétique
etplacé
dans unchamp
extérieur uniformeffe.
La théorieclassique
montrequ’il
sedéveloppe
dansl’ellipsoïde
unchamp
antagoniste
uniforme dû à l’ensemble desdipôles
élémentaires constituant le corps
ferromagnétique
et dont l’axe coïncide avec l’axe del’ellipsoïde.
A l’intérieur del’ellipsoïde,
cechamp
antagoniste appelé champ
démagnétisant
estpartout
le même etproportionnel
àl’intensité d’aimantation I
(aimantation
rapportée
àl’unité de
volume).
Dans
l’ellipsoïde
lechamp
résultant~r
sera la sommealgébrique
deHe
etH,.
Le facteur deproportionnalité
~9
porte
le nom de facteurdémagnétisant
de forme. Comme il nedépend
que des dimensionsgéométriques
del’ellipsoïde,
nousl’appellerons
par la suite facteurdémagnétisant géométrique.
On
peut
étendre la notion de facteurdémagnétisant
géométrique
au casd’éprouvettes cylindriques ;
maiscette fois-ci
IV 9
variera depoint
enpoint
et atteindra sa valeur minima au milieu ducylindre.
Il en résulteque le
champ
résultant internene sera
plus
constant à l’intérieur ducylindre
mais décroîtra du milieu vers les extrémités de celui-ci. Ils’ensuit que l’aimantation ne saurait être uniforme et
qu’elle
aussi décroîtra du milieu vers les extrémités.Ce
qu’on
mesure donclorsqu’on
détermine le facteurdémagnétisant géométrique,
ce n’est enquelque
sorte (r) A paraître prochainement.qu’une
valeur moyenne du facteurgéométrique
étendue à tout le volume del’éprouvette
cylindrique.
Les données des différents auteurs s’écartent du reste asseznotablement les unes des autres
quant
aux valeursnumériques
deN,.
Indépendamment
de laquestion
duchamp
démagné-tisantgéométrique,
Forrer
etMartak(1 )
ont étéamenés,
à la suite de l’étude de l’inclinaison des
cycles
d’hysté-rèse,
à découvrir unchamp démagnétisant
structural dans le fer et lenickel, champ
dû à la structure intimedu corps
envisagé
etindépendant
de sa formegéomé-trique.
Un telchamp
structural a été mis en évi-dence pour lapremière
fois par P. Weiss dans lapyrrho-tine
(~).
Ce
champ démagnétisant
structural étant propor-tionnel àl’aimantation,
onpeut
lui fairecorrespondre
un facteurdémagnétisant
structuralLYs
Il faut par
conséquent
tenircompte,
lors de l’étude deséprouvettes
filiformes,
de sonexistence,
et déterminerchaque
fois sa valeurnumérique
précise.
Méthode
expérimentale. -
Pour me procurer par mesure directe les valeursexpérimentales
du facteurdémagnétisant
total,
géométrique plzcs
structuralN,
je
suis
parti
du faitexpérimentalement
bien établi que letronçon
initial de la courbe d’aimantation dite idéalecoïncide,
en l’absence dechamp démagnétisant
interne,
avec l’axe des aimantations. Cette courbe d’aimantation
idéale se définit et s’obtient de la
façon
suivante. On sait que pourparvenir
à la désaimantationcomplète
d’un corpsferromagnétique
dans unchamp
extérieurnul,
on lui fait subir unchamp magnétique
alternatifd’amplitude
suffisante pour atteindre larégion
desaturation,
champ
dont on fait ensuite décroître’
l’intensité d’une
façon
continuejusqu’à
la valeur nulle.(*) T. KAHAN. C. I~. de l’Acad. Sc., 1934, t. 199, p. 349.
Physique, 193i, 6, p. 198-‘?04.
(2) Journal de
Physique,
1905, 4, p. 489; cf. et FOEX, Lemagnétisme p. 4 36.
464
On fait ainsi décrire à la substance des
cycles
d’ai-mantation deplus
enplus
faiblesjusqu’à
cequ’on
atteigne
lepoint
zéro(figure 1).
On reconnaît que ladésaimantation est
parfaite
à ce quel’équipage
du
magnétomètre
reprend
la mêmeposition qu’il occupait
avant l’introduction del’éprouvette.
Fig. 1.
On
peut
ainsi débarrasser enl’absence
duchamp
extérieur une substance
ferromagnétique
de son histoire antérieure. Or rienn’empêche
de l’en débar-rasser de la même manière pourn’importe quelle
valeur duchamp
extérieur. Si l’on fait parconséquent
subir à la substance soumise à l’action d’unchamp
magnétique
extérieur stationnaire une désaimantationcomplète
l’on obtienttoujours
pour l’aimantationune valeur bien déterminée et
unique, indépendante
de l’histoireantérieure,
que cette substance se trouveinitialement sur la courbe de
première
aimantation,
sur la branche ascendante ou descendante du
cycle
d’aimantation.La courbe ainsi obtenue pour différents
champs
stationnaires est la courbe d’aimantation idéale oucourbe d’aimantation
dépourvue d’hystérèse (courbe
anhystérétique).
L’on a
trouvé,
comme nous l’avonsdéjà
dit,
que cettecourbe d’aimantation idéale se confond dans sa
partie
initiale avec l’axe des aimantations en l’absence dechamp démagnétisant
etqu’elle présente
par suitel’aspect
suivant(fig.
2).
Par
contre,
enprésence
d’un telchamp,
la courbe d’aimantationanhystérétique présente
une tout autre allure(fig. 3).
On
peut
ydistinguer
deuxparties
nettementdiffé-rentes : une
partie
initialerectiligne
et unepartie
incurvée.
L’angle
a est tel que :N étant le facleur
démagnétisant
total. Autrement dit :ou encore :
En d’autres
termes,
je
suppose que lapartie
initialerectiligne
de la courbe d’aimantation idéalecorrespond
à un
champ
intérieur total nul.Si,
parconséquent,
on relèveexpérimentalement
laportion rectiligne
initiale de la courbe d’aimantationidéale,
on se trouve par làen
possession
d’un moyen direct et commode pour ladétermination du facteur
démagnétisant
total. C’est de cette méthode queje
me suis servi pour me procurer les valeursnumériques
du facteurdémagnétisant
à diversestempératures.
Les moyens
expérimentaux
mis en oeuvre sont les suivants :l’éprouvette
à étudier de 10 cm delong
et de diamètre variant autour de 1 mm estplacée
dans unebobine
magnétisante
de 27 cm delong qui produit
leparcourue par le même
courant;
cette bobinemagnéti-sante est entourée d’une seconde bobine parcourue par le courant alternatif servant à la désaimantation.
L’&mplitude
maxima duchamp
alternatifproduit
par ce courant de désaimantation doit êtresupérieure
à l’intensité duchamp
stationnaire continu(1).
Fig. 2.
Pour obtenir une désaimantation
complète,
il estindispensable
que le courant alternatif de désaiman-tation décroisse tout à faitgraduellemeut puisque
tout saut de courant amène une aimantation rémanente considérable. Nous avonsessayé plusieurs dispositifs
de désaimantation avant de nous arrêter aux deux’
solutions suivantes : Le
premier
appareil
se compose d’un tube en verrerempli
d’unélectrolyte
danslequel
plongent
deux électrodes effilées etpointues (fig. 4).
L’évacuationgraduelle
del’électrolyte
par en baspermet
d’obtenir une décroissance de courant assez continue.Le second
dispositif
de désaimantation(c’est
celui dontje
me suis servi laplupart
dutemps)
comporte
deuxbobines,
l’une fixeprimaire
parcourue par le courant alternatif du secteur(A),
l’autre(B),
secondaire reliée à la bobinemagnétisante
dumagnétomètre,
susceptible
de sedéplacer
verticalement,
guidée
par un tube en verre et mue par uncontrepoids (C).
Afin de renforcer l’induction mutuelle entre les deux bobines et d’atténuer en même
temps
la variationbrusque
de l’intensité du courant secondaire au moment (1) La description détaillée de cette installation paraîtra plustard.
du
décollage
des deux bobines,j’ai
muni lesystème
d’un noyau fixe(F)
en fil de fer doux de formeconique
Fig. 3.
Fig. 4. Fig. 5.
Mode
opératoire. -
La suite desopérations
seréduit
pratiquement
à ceci :10 On
place
l’éprouvette
à étudier dans la bobinemagnétisante
et l’onapplique
lechamp
continu station-naire de valeur connue.~° On désaimante avec
l’appareil
de désaimantation466
décrit
plus haut,
cequi
donne àl’équipage
dumagné-tomètre une déviation telle que le
spot quitte
l’échelletransparente.
3° On ramène le
spot
au zéro de l’échelle encom-pensant
l’action de l’aimantation idéale pour la bobinecompensatrice
de moment connu étalonnée en fonction d’une bobine étalon.Résultats
numériques. - A)
Nickel étiré recuitquelques
minutes à 1000degrés centigrades,
ensuite14 heures à 650
degrés centigrades
pour revenirlente-ment à la
température
ordinaire(atmosphère
d’hydro-gène) (’ ).
Je
reproduis
dans lafigure
6 l’allure de la courbe d’aimantation idéale relevze à fatempérature
ordinaireen fonction du
champ magnétique
extérieur.La
figure
7reproduit
l’allure deslignes
pour latem-pérature
de 116°C resp. 320°. On se rendcompte
par là que l’allurerectiligne
est tout à fait satisfai-sante.6.
J’ai
consigné
dans le tableauci-après
les donnéesnu-mériques.
Le facteur duchamp démagnétisant
struc-tural
N,~
s’obtient en retranchant de la valeur dufac-teur
démagnétisant
total déterminé par la méthodedécrite
plus haut,
la valeur du facteurdémagnétisant
géométrique (valeur
de H. DuBois) (i).
La
figure
8(points D) représente
l’allure de la courbe deNs
en fonction de latempérature.
On voit que le facteurdémagnétisant
structural,
loin d’ètre constant comme le facteurdémagnétisant
géométrique,
varie(~) H. Du Bois : Jlagnptische Kreisc, 189 i, p. 4ï.
fortement avec la
température.
Dans l’intervalle detempérature
s’étendant de 16° à3 ~O°C,
sa décroissance estlinéaire ;
au delà de cettetempérature
etprès
dupoint
deCurie,
sa chute estbeaucoup plus rapide
et l’on est tenté de conclurequ’au point
de Curie ilprend
la valeur nulle. L’alluregénérale
de(la
courbe sembleindiquer
qu’il
n’y
a pas de relationsimple
entre le facteurdémagnétisant
structural et l’aimanta-tion.(1) Le choix des traitements thermiques et mécaniques a été
dictée par des considérations étrangères à la question du facteur
467
Fig. 7.
B)
Nickel étiré à 5 pour 100 recuit ensuite 24 heuresà fi00
degrés
centigrades
dans uneatmosphère
d’hy-drogèue
et refroidi lentement.Les
lignes
d’aimantation idéale tracées en fonction duchamp
extérieurprésentent
une bonne allure li-néaire. Dans le tableau ciaprès
se trouventconsignées
les valeursnumériques
et lapartie supérieure
de lafigure
n° 8reproduit
l’alluregénérale
de la courbe fac-teurdémagnétisant structural-température.
.
A l’instar du nickel étudié
plus
haut,
le facteurdé-magnétisant
structural décroît sensiblementquand
latempérature
augmente.
Sa valeur est toutefois nota-blementplus grande
que celle du nickelprécédent.
C)
Nickel étiré à 5 pour 100 recuitpendant
24 heures à 850degrés
et refroidibrusquement
dans uneatmos-phère d’hydrogène,
recuit ensuitependant
16 heures à 400°C et refroidi lentement àpartir
de cettetempé-rature.
La
figure
9représente
lestronçons
initiaux de deux courbes d’aimantation idéale en fonction duchamp
magnétique
extérieur pour lestempératures
de141% 5
et 33 ~ °C
respectivement.
Commeprécédemment,
l’al-lure
rectiligne apparaît
tout à fait nettement. Nous avons rassemblé les donnéesnumériques
dans le tableau suivant :L’allure de la courbe du facteur
démagnétisant
struc-tural en fonction de latempérature
estreproduite
sur lafigure
8(points X).
Contrairement à cequi
se passe dans le cas deséprouvettes
de nickelprécédemment
étudiées,
ce facteurdémagnétisant
est sensiblementindépendant
de latempérature,
du moins dans l’inter-valle detempérature
s’étendantjusqu’à
latempéra-ture de 33 i°C
(’).
En
rapprochant
les résultats obtenus pour lenickel,
(1) Les échantillons de nickel étudiés nous ont été468
on
peut
conclure queNs
varie considérablement avec le traitementthermique
etmécanique
deséprouvettes.
Les dimensions
géométriques
decelles-ci,
et parcon-séquent
.1’u,
étaient les mêmes.Fig. 8.
D)
Cobalt fondu dans un four à hautefréquence,
type
Ribaud,
aspiré
dans un tube dequartz
et refroidi len-tement.La
figure
10reproduit
lesportions
initiales de deux courbes d’aimantation idéale pour lestempératures
de 19° etL’allure
rectiligne
est tout à fait satisfaisante. Nous avons déterminé le facteurdémagnétisant
totalpour 5 températures
et nous résumons les donnéesnumériques
dans le tableau suivant :L’allure
de la courbereprésentant
Ns
en fonction de latempérature
estrectiligne,
aussil’équation
de cette courbepeut-elle
s’écrire(fig. 11) :
La forte variation
thermique
deNs
est tout à faitremarquable. Quoiqu’on
nepuisse
avec certitudeextrapoler
ladroite,
une courbure de celle-ci pou-vant seproduire
vers250°C,
il est curieux de remar-quer que latempérature extrapolée
coïncide avec latempérature
où la courbesusceptibilité-température
atteint un maximum trèsprononcé.
E)
Cobaltélectrolytique.
- Cette fois-cinous avons
poussé
notre étudejusqu’à
latempérature
de 800° C.On sait en effet
qu’aux
environs de 450° C se pro-duit une transformation du cobalt au cours delaquelle
celui- ci passe du réseauhexagonal
auré-seau
cubique
à faces centrées tout en restantdit est au
voisinage
de 1 130’C. Si l’onrapproche
l’allure de lapremière partie
de cette courbe de celle du cobaltfondu,
on esttenté d’extrapoler
ce tron-çonrectiligne.
On constate alors que celui-ci coupe l’axe des abscisses verts la mêmetempérature;
c’est aussi latempératurc
où la courbesusceptibilité-tempé-rature
présente
un fort maximum. Comme nous n’avons pasexploré
l’intervalle detempérature
de 250degrés
à 450degrés
(point
de transformation du réseau ducobalt),
nous ne pouvons rien dire de certain sur l’al-lure de dans cetterégion.
Il est néanmoins vraisem-blable queA7s
reste relativementpetit,
mais fini.Fig. 9.
Le tableau suivant donne les résultats
numériques :
La
figure
12représente
l’allure de la courbe. La470
de Curie.
Toutefois,
comme les valeursnumériques
correspondant
à celle-ci sont entachées d’erreurs à cause d3 l’incertitude où l’on estquant
au facteurdémagnétisant géométrique,
il faut segarder
d’at-tribuerbeaucoup
designification
à cetteextrapola-tion.
Fig, 12.
Puisque
le facteurdémagnétisant
géométrique qui ne
dépend
que durapport
des dimensionsgéométriques
est par sa nature même
indépendant
de latempéra-ture,
nous avons démontré directement l’existence dufacteur
démagnétisant
structural par sa variation avecla
température.
Il est à remarquer que le facteur
démagnétisant
structural est du même ordre de
grandeur
que le fac-teurdémagnétisant géométrique
dans lenickel,
par contrebeaucoup
plus grand
daus le cobalt. Dans nosexpériences,
le facteur structural estpositif ;
or, comme le montrent lesexpériences
de Würschmidt(1),
dans(1)
Z.Physik.,
1923, 12, p.le fer il semble
pouvoir
devenirnégatif
si,
commel’an-nonce cet
auteur,
sans songer à l’existence dechamps
démagnétisants
structuraux et sans s’étendrelongue-ment sur la
question,
le facteurdémagnétisant
expéri-mental est inférieur d’environ 14 pour 100 au facteurdémagnétisant géométrique
(’).
L’hypothèse
duchamp démagnétisant
structural setrouve donc confirmée par nos
