Perméabilité magnétique

La perméabilité magnétique, en électrodynamique des milieux continus en régime linéaire, caractérise la faculté d'un matériau à modifier un champ magnétique $\overrightarrow{B}$, c’est-à-dire à modifier les lignes de flux magnétique. Cette valeur dépend ainsi du milieu dans lequel il est produit, où le champ magnétique varie linéairement avec l'excitation magnétique $\overrightarrow{H}$.

Inversement, en réponse à un champ magnétique $\overrightarrow{B}$ de valeur imposée, le matériau répond par une excitation magnétique $\overrightarrow{H}$ d'autant plus intense que la perméabilité magnétique est faible. Le principe de moindre action veut alors que les lignes de champ suivent préférentiellement les trajectoires passant par des zones de perméabilité magnétique forte.

La canalisation du champ magnétique dans un matériau qui est également conducteur est d'autant plus réduite que la fréquence de variation des champs, la perméabilité et la conductivité sont élevées, du fait des courants induits.

Relation de constitution

Si un champ magnétique $\overrightarrow{B}$ traverse un matériau « linéaire », il est relié au champ d'excitation magnétique $\overrightarrow{H}$ par la relation dite « constitutive » :

$\overrightarrow{B}=\mu \overrightarrow{H}$

où µ est la perméabilité magnétique du matériau. La perméabilité magnétique se mesure en henrys par mètre (H·mModèle:-1 ou H/m).

Cette relation de constitution pratique n'est pas universelle. Y échappent notamment les cycles d'hystérèse, les phénomènes de saturation, les milieux biréfringents, les milieux chiraux et les milieux optiques non linéaires.

La perméabilité magnétique du matériau $\mu$ s'exprime par le produit de la perméabilité du vide ${\mu }_0$ (qui s'exprime également en H/m) et de la perméabilité relative du matériau ${\mu }_{\mathrm{r}}$ (sans dimension) :

$\mu ={\mu }_0{\mu }_{\mathrm{r}}$

où

• ${\mu }_0$ est une constante universelle, la constante magnétique (ou perméabilité magnétique du vide), qui vaut Modèle:Unité ;
• ${\mu }_{\mathrm{r}}$ dépend du matériau.

Dans l'air, le vide, les gaz, le cuivre, l'aluminium, la terre et d'autres matériaux, ${\mu }_{\mathrm{r}}$ est approximativement égal à 1, ces matériaux ne pouvant alors canaliser le champ magnétique.

Perméabilité et type de magnétisme

On distingue les matériaux diamagnétiques (argent, cuivre, eau, or, plomb, zinc...), paramagnétiques (air, aluminium, magnésium, platine...) et ferromagnétiques (cobalt, fer, mu-métal, nickel...).

En général, les matériaux diamagnétiques et paramagnétiques présentent des valeurs de perméabilité relative proche de 1. La perméabilité absolue $\mu$ des matériaux diamagnétiques et paramagnétiques est donc pratiquement égale à celle du vide, c'est-à-dire Modèle:Unité.

La perméabilité des matériaux ferromagnétiques n'est pas constante mais dépend de l'excitation magnétique $\overrightarrow{H}$. Pour de faibles valeurs de $\overrightarrow{H}$, la valeur de ${\mu }_r$ reste plutôt basse (on parle de seuil avant que le champ d'excitation H ne produise une induction B significative), mais elle croît avec la valeur de $\overrightarrow{H}$ en passant par un maximum et peut ensuite redevenir unitaire au-delà d'un autre seuil en raison d'une saturation (on parle alors de « saturation magnétique »). C'est pourquoi nous indiquons des valeurs maximales de perméabilité relative dans le tableau ci-dessous.

Perméabilité magnétique relative de matériaux ferromagnétiques à Modèle:Unité

Matériaux ferromagnétiques	µModèle:Ind (valeur maximale)	Température de Curie en °C
Cobalt	250	Modèle:Unité
Fer	Modèle:Unité	770
Mu-métal	Modèle:Unité	420
Nickel	600	358

Influence de la température

Les matériaux ferromagnétiques présentent une température caractéristique, la température de Curie T_c, au-dessus de laquelle ils perdent leur propriété ferromagnétique pour redevenir paramagnétiques. Le tableau précédent liste quelques valeurs.

Remarque

Si $c$ est la vitesse de la lumière (dans le vide) et ${\epsilon }_0$ est la permittivité (du vide), on a la relation $c^2{\epsilon }_0{\mu }_0=1$.

Perméabilité magnétique de matériaux

Matériaux Perméabilité relative μr Perméabilité μ [H/m] Susceptibilité magnétique χm Supraconducteurs 0 0 -1 Bismuth 0,999 834 -Modèle:Unité Eau 0,999 992 Modèle:Unité -Modèle:Unité Cuivre 0,999 994 Modèle:Unité -Modèle:Unité -Modèle:Unité Saphir 0,999 999 76 Modèle:Unité -Modèle:Unité Hydrogène 1,000 000 0 Modèle:Unité -Modèle:Unité Vide 1 (par définition) Modèle:Unité ou Modèle:Unité 0 Téflon 1,000 0 Modèle:Unité Air 1,000 000 37 Bois 1,000 000 43 Aluminium 1,000 022 Modèle:Unité Modèle:Unité Platine 1,000 265 Modèle:Unité Aimant au néodyme 1,05 Ferrite (nickel-zinc) 16 – 640 Modèle:Unité – Modèle:Unité Acier 100 – 600 Modèle:Unité – Modèle:Unité Nickel 100 – 600 Modèle:Unité – Modèle:Unité Ferrite (manganèse-zinc) ≥ 640 > Modèle:Unité Fer doux Modèle:Unité Modèle:Unité Permalloy Modèle:Unité Modèle:Unité Modèle:Unité Mu-métal Modèle:Unité – Modèle:Unité Modèle:Unité Modèle:Lien Modèle:Unité 1,25

Articles connexes

• Perméabilité du vide
• Magnétostatique
• Susceptibilité magnétique
• Permittivité
• Réluctance
• Ferromagnétisme