Mesure de l’aimantation dans les solides

Réalisation Margaux Khalil (École Estienne), Julien Bobroff et Frédéric Bouquet (Laboratoire de Physique des solides, Université Paris-Sud et CNRS). Toutes les informations et les autres projets sur opentp.fr

Niveau : Difficile

3 jours

Dans ce projet, on mesurera les propriétés magnétiques de la matière. Pour cela, on étudiera la réaction de différents matériaux au champ magnétique...

Principe physique

On utilisera le fait que l’aimantation d’un matériau apparaît en présence d’un champ magnétique : le champ magnétique sera produit par un aimant et pourra être mesuré avec le capteur.

On se basera sur la formule \( M = \chi H \), et sur la variation du champ avec la distance.

Arduino
Shield Tinkerkit
Capteur à effet Hall
Aimants
Legos
Azote liquide

Matériel

Il vous faudra des échantillons magnétiques pour en mesurer les propriétés, par exemple des trombones. Attention, certains matériaux (comme la limaille de fer) demandent un manipulation particulière, renseignez-vous sur les consignes de sécurité.

Les échantillons supraconducteurs sont une extension intéressante de ce projet, mais ils nécessitent la manipulation d’azote liquide.

Prise en main

Concevoir un programme permettant de mesurer un champ magnétique, et testez-le avec des aimants.

Premiers tests

Construire un dispositif permettant de mesurer le champ magnétique créé par un aimant en fonction de la distance.

Etalonnage

Mesurer le champ créé par un aimant en NdFeB en fonction de la distance.

Attention : évaluer les incertitudes sur les mesures.

Comparer aux prédictions de la loi de Biot Savard.

Quel facteur domine vos incertitudes ?

Quelle est la reproductibilité de vos mesures ?

En mettant un échantillon devant la sonde, le champ mesuré change : en plus du champ créé par l’aimant, le capteur mesure également le champ crée par l’échantillon en réponse.

Système de mesure

Construire un système permettant de mesurer la contribution d’un échantillon en fonction du champ magnétique appliqué par l’aimant sur cet échantillon.

Attention, la reproductibilité du système de mesure est un point délicat.

Etude des premiers échantillons

Analyser les résultats en traçant la contribution magnétique des échantillons en fonction du champ magnétique créé par l’aimant.

Les effets magnétiques sont-ils importants ?

Comment explique-t-on l’origine de ce magnétisme ?

Mesures à l'azote

Construire un dispositif permettant de mesurer l’aimantation d’un supraconducteur plongé dans l’azote liquide en fonction du champ appliqué.

Attention à la manipulation de l’azote liquide !

Supraconductivité

Tracer l’aimantation du supraconducteur en fonction du champ magnétique, et comparer au comportement d’un échantillon ferromagnétique (trombone, ou petit aimant).

Le supraconducteur est-il un matériau paramagnétique ?

Présente-t-il une hystérésis dans les mesures ?

Trouver une idée d’un autre dispositif utilisant une mesure de force pour déterminer l’aimantation d’un échantillon.

Est-ce plus sensible ?