Comment augmenter la force d'un électro-aimant

Les électro-aimants fonctionnent aussi bien que les aimants permanents. En fait, ils sont encore plus utiles, car vous pouvez les activer et les désactiver. Vous trouverez des électro-aimants dans les disques durs, les haut-parleurs et même dans des équipements sophistiqués comme les machines IRM et le grand collisionneur de hadrons du CERN à Genève, en Suisse. Vous avez évidemment besoin d'un électroaimant plus puissant pour un collisionneur de particules que pour un haut-parleur, alors comment les scientifiques peuvent-ils fabriquer des aimants suffisamment puissants pour focaliser un faisceau d'électrons? La réponse est un peu plus compliquée que de simplement les agrandir, bien que cela en fasse partie. Les matériaux que vous utilisez, la tension que vous appliquez et la température ambiante sont tous importants.

TL; DR (trop long; n'a pas lu)

Pour augmenter la force d'un électro-aimant, vous pouvez augmenter le courant de force, et il existe plusieurs façons de le faire. Vous pouvez également augmenter le nombre de bobinages, baisser la température ambiante ou remplacer votre noyau amagnétique par un matériau ferro-magnétique.

Le scientifique danois Hans Christian Orsted a été la première personne à remarquer qu'un courant traversant un fil peut affecter une boussole à proximité. En d'autres termes, il génère un champ magnétique. Si vous enroulez le fil autour d'un noyau, formant ce qu'on appelle un solénoïde, les extrémités du noyau prendront des polarités opposées, tout comme un aimant permanent. L'intensité du champ dépend de l'amplitude du courant, du nombre d'enroulements et du matériau du noyau. C'est tout ce que vous devez retenir si vous voulez rendre l'aimant plus fort.

Selon la loi d'Ampère, le champ magnétique autour d'un fil porteur de courant est directement proportionnel à la force du courant. En d'autres termes, augmentez l'intensité du courant et vous augmentez le champ magnétique, et il existe plusieurs façons de le faire :

• Augmenter la tension : La loi d'Ohm vous dit que le courant est proportionnel à la tension, donc si vous utilisez votre électro-aimant sur une batterie de 6 volts, passez à une batterie de 12 volts. Cependant, vous ne pouvez pas continuer à augmenter la tension indéfiniment, car la résistance du fil augmente avec la température jusqu'à ce qu'un courant limite soit atteint. Cela vous amène à l'option suivante.

• Abaissez la jauge de fil : La résistance du fil diminue avec l'augmentation de la section transversale, donc réduisez le calibre du fil. Gardez à l'esprit que réduire le calibre est synonyme d'augmenter l'épaisseur du fil. Si vous avez enveloppé votre solénoïde avec du fil de calibre 16, remplacez-le par un fil de calibre 14 et l'aimant sera plus fort.

• Baisser la température : La résistance augmente avec la température, donc si vous pouvez maintenir votre aimant au-dessous du point de congélation températures, il sera plus fort qu'un à température ambiante, bien que la différence ne sera probablement pas être beaucoup. À des températures extrêmement basses, cependant, la résistance disparaît presque et les fils deviennent supraconducteurs. Ce fait permet aux scientifiques de concevoir des aimants ultra-puissants, comme ceux du CERN.

• Utilisez un fil à haute conductivité : Vous pouvez également augmenter le courant en passant à un fil avec une conductivité plus élevée. Le fil de cuivre est probablement le fil le plus conducteur que vous puissiez utiliser, mais le fil d'argent est encore plus conducteur. Passez au fil d'argent, si vous pouvez vous le permettre, et vous aurez un aimant plus puissant.
  

La force d'un électro-aimant, également connue sous le nom de force magnétomotrice (mmf), est directement proportionnelle non seulement au courant (I), mais aussi au nombre d'enroulements (n) autour du solénoïde. Augmenter le nombre d'enroulements est probablement le moyen le plus simple d'augmenter la force d'un électro-aimant. Puisque mmf = nI, doubler le nombre d'enroulements double la force de l'aimant. C'est bien d'enrouler les fils en couches autour du noyau du solénoïde. Le champ magnétique n'est pas affecté lorsque les fils sont en contact les uns avec les autres.

Si vous le souhaitez, vous pouvez fabriquer un électro-aimant en enroulant des fils autour d'un rouleau d'essuie-tout usagé, mais si vous voulez un aimant puissant, enroulez-les plutôt autour d'un noyau de fer. Le fer est un matériau magnétique, et il devient magnétisé lorsque vous allumez le courant. Cela vous donne, en effet, deux aimants pour le prix d'un. L'acier contient du fer, il se comportera donc de la même manière, mais pas aussi fortement. Le nickel et le cobalt sont deux autres métaux ferromagnétiques que vous pourriez rencontrer.