- Intensité de champ magnétique
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L'unité de l'intensité d'un champ magnétique dans le système international est le tesla (T). On utilise parfois le gauss (G), sachant que :
Sommaire
Ordre de grandeurs d'intensité de champs magnétiques
- Source = cerveau humain ; champ mesuré à la surface du crâne :
- Champ typique dans le vide interstellaire, mesuré par une sonde spatiale :
- Source = fil rectiligne infini dans le vide parcouru par un courant de I = 10 A ; champ mesuré à une distance r = 2 cm du fil (les lignes du champ sont alors circulaires centrées sur le fil) :
- Source = aimant permanent ; champ mesuré à quelques centimètres :
- Source = électro-aimant à bobinage ; champ mesuré à l'intérieur :
- Source = magnétar, un type d'étoile à neutrons :
Champs magnétiques intenses
Fabrication
La fabrication de champ magnétiques intenses (supérieurs à 1 T) nécessite l'emploi d'un électro-aimant constitué d'un bobinage de fil conducteur appelé solénoïde parcouru par un courant électrique.
Problèmes rencontrés
Le dispositif de l'électro-aimant est sujet à deux limitations :
- l'effet Joule, qui tend à faire fondre les fils du bobinage lorsque l'énergie à dissiper sous forme de chaleur devient trop grande pour le matériau ;
- la « pression magnétique », action mécanique sur le bobinage résultante des forces de Lorentz sur les fils. Cette pression magnétique radiale est dirigée vers l'extérieur de la bobine et tend à faire éclater celle-ci.
Solutions techniques
- Pour contrer l'effet Joule, deux possibilités sont utilisées :
- l'utilisation d'un matériau supraconducteur sous sa température critique. Cette possibilité est limitée, car il existe un champ magnétique critique au-dessus duquel la supraconductivité du matériau disparait.
- le refroidissement liquide du bobinage pour évacuer l'excédent d'énergie Joule. Un débit typique de 300 litres d'eau par seconde permet d'atteindre une trentaine de teslas...
- Pour contrer la pression magnétique, il faut utiliser un conducteur plus solide que le cuivre et construire des renforts mécaniques extérieurs au bobinage.
Ordre de grandeurs
Champs statiques
- Source = électro-aimant de Faraday (1840) :
- Source = électro-aimant de 50 tonnes installé au laboratoire Bellevue (début du XXe siècle), consommant une puissance de 100 kW :
- Source = électro-aimant à bobinage supraconducteur (début du XXIe siècle) :
- Source = électro-aimant à refroidissement liquide (début du XXIe siècle) :
- Source = électro-aimant hybride (supraconducteur + refroidissement liquide - début du XXIe siècle) consommant une puissance de 20 MW :
Il n'est guère possible de faire mieux actuellement. Pour aller plus haut, on utilise un courant transitoire, qui ne circule que pendant une brève durée, de façon à laisser le bobinage refroidir ensuite. On fabrique ainsi des champs dit pulsés.Champs pulsés sans destruction de la source
- Source = électro-aimant monolithique renforcé (début du XXIe siècle) :
- Source = bobines gigognes (22 juin 2011 - record du monde[3] ) :
Champs pulsés avec destruction de la source
- Source = bobine monospire (début du XXIe siècle) :
- Source = générateur à compression de flux électromagnétique : striction axiale par forces électromagnétiques (début du XXIe siècle) :
- Source = générateur magnéto-cumulatif : électro-aimant + confinement magnétique des lignes de champ par explosif (milieu du XXe siècle) :
Articles liés
Liens externes
- (fr) Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI) (Grenoble)
- (fr) Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI) (Toulouse)
- (en) Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD) (Dresde, Allemagne)
- (en) High Field Magnet Laboratory (HFML) (Nimègue, Pays-Bas)
- (en) International MegaGauss Science Laboratory (Tokyo, Japon)
- (en) Francis Bitter Magnet Laboratory (FBML) (MIT, États-Unis)
- (en) National High Magnetic Field Laboratory's Pulsed Field Facility (NHMFL-PFF) (Los Alamos, États-Unis)
- (en) National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) (Tallahassee, États-Unis)
Bibliographie
- Geert Rikken ; La physique en champs magnétique intense, conférence donnée à l'Université de Tous Les Savoirs (18 juillet 2005). Vidéo disponible au format Real Video.
Références
- (fr)Observatoire magnétique à Chambon-la-Forêt. sur www.ipgp.fr. Consulté le 30 septembre 2010.
- (fr)Mesure du champ magnétique terrestre. sur www.chimix.com. Consulté le 30 septembre 2010.
- World record: The highest magnetic fields are created in Dresden, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (communiqué du 28 juin 2011). Christine Bohnet ;
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