Ce qui colle au frigo

Sommaire de ce cours :

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Ce qui colle au frigo : fer, nickel, cobalt

Du trombone au champ de la Terre

Un aimant de frigo tient une carte postale, une barre aimantée retient les couteaux de la cuisine, un petit aimant garde la porte du placard fermée. Approchez un trombone d'un aimant : il saute vers lui, même à travers votre main ou une feuille de papier, sans que rien ne les relie. Approchez une canette ou une bague en or : rien.
Ce cours répond aux « pourquoi » : pourquoi le fer et pas le cuivre, pourquoi un aimant perd sa force, pourquoi la boussole montre le nord, pourquoi un tube de cuivre freine un aimant qu'il n'attire pas. Les pôles, les lignes de force, l'électro-aimant et les formules sont dans le cours Électromagnétisme, en lien en fin de page.

Aimants et magnétisme : un aimant en fer à cheval attire des trombones, la limaille dessine son champ

Le principe de ce cours : un objet que vous connaissez avant chaque idée, de vraies valeurs, vérifiées, et quatre animations à manipuler. On part du frigo, on descend jusqu'à l'électron, puis on remonte jusqu'au champ de la Terre.

Le mot « aimant » vient du latin adamas, qui désignait le fer le plus dur, puis le diamant : au Moyen Âge, le français confondait encore la pierre d'aimant et le diamant. « Magnétique » vient de la « pierre de Magnésie », d'après un nom de lieu grec : la magnétite, qui attire le fer.

Qui colle ? À vous

Touchez un objet : l'aimant s'approche. Colle, ou pas ?

Essayez :
avant de toucher un objet, pariez : colle, ou pas ? Les pièces de monnaie et les couverts réservent des surprises.

L'aimant ne s'intéresse ni à la couleur, ni au prix, ni au poids d'un objet : seulement à ce dont il est fait, et même à la façon dont ses atomes sont rangés (les deux inox).

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Fer, nickel, cobalt : un club très fermé

À température ambiante, trois métaux seulement sont franchement attirés : le fer, le nickel et le cobalt, avec leurs alliages, comme l'acier, du fer avec un peu de carbone. On les dit ferromagnétiquesDu latin ferrum, le fer : qui se comportent comme le fer face à un aimant..

les pièces de 1, 2 et 5 centimes sont en acier recouvert de cuivre : elles collent. Celles de 10, 20 et 50 centimes, en « or nordique », un alliage de cuivre, d'aluminium, de zinc et d'étain, ne collent pas ;
le cœur des pièces de 1 et 2 euros contient une couche de nickel : il est faiblement attiré, pas l'anneau extérieur ;
l'inox « 18/10 » des couverts et des casseroles (18 % de chrome, 10 % de nickel) ne colle presque pas ; l'inox sans nickel, celui des lames de couteau le plus souvent, colle ;
l'or, l'argent, le cuivre, l'aluminium, le plomb : rien, ou si peu qu'aucun aimant de cuisine ne le montre (chapitre 2).

Idée reçue :
« un aimant attire les métaux ». Il attire le fer, le nickel, le cobalt et leurs alliages. Presque tous les autres métaux l'ignorent.

À faire chez vous :
passez un aimant de frigo sur vos pièces, vos couverts et le fond de vos casseroles. Une casserole dont le fond retient bien l'aimant chauffe en général sur une plaque à induction (cours Électromagnétisme, Aller plus loin).

L'aimant du frigo ne colle que d'un côté

Retournez un aimant souple publicitaire : il tient par une face, pas par l'autre. Il n'est pas aimanté comme un barreau, avec un nord à un bout et un sud à l'autre. Il est fait de fines bandes aimantées tour à tour nord et sud, disposées pour que leurs effets s'ajoutent d'un côté et s'annulent presque de l'autre.

Pourquoi un aimant de frigo ne colle que d'un côté

Un aimant de frigo souple n'est pas aimanté comme un barreau : il est fait de fines bandes aimantées tour à tour nord et sud, disposées pour que leurs champs s'ajoutent du côté qui colle et s'annulent presque du côté imprimé. Au contact, on mesure environ 18 millitesla, tour à tour dans un sens et dans l'autre. Cette disposition porte le nom de Klaus Halbach.

À faire chez vous :
posez deux aimants souples l'un sur l'autre, faces collantes face à face, et faites-les glisser : vous sentez des crans, tous les quelques millimètres. Ce sont les bandes, qui s'attirent puis se repoussent tour à tour.

Ce montage porte le nom de Klaus Halbach, physicien qui l'a développé pour les accélérateurs de particules ; John Mallinson en avait décrit le principe en 1973. Mesurées au contact d'un aimant de frigo, les bandes donnent environ 18 millitesla, tour à tour dans un sens et dans l'autre (chapitre 7 : l'échelle des champs).