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La magnétostriction est la propriété des matériaux magnétiques qui les amène à changer de forme en présence d’un champ magnétique. Les vibrations sous forme de son sont provoquées par la fréquence des fluctuations du champ. Ce phénomène explique en partie pourquoi on trouve des vibrations de 100 Hz ou 120 Hz dans les machines électriques comme les moteurs et les transformateurs.

C’est une propriété des matériaux ferromagnétiques de changer de forme en présence de champs magnétiques. La magnétrostriction inverse est utilisée pour générer de l’électricité, l’application d’une compression modifie le flux magnétique qui, selon la loi de Faraday, induit un champ électrique.

Cet effet a été identifié par le scientifique James Prescott Joule en 1842 lors de l’observation de nickel pur

Explication

Intérieurement, les matériaux ferromagnétiques ont une structure qui se divise en deux domaines, chacun étant une région magnétiquement polarisée. Lorsqu’un champ magnétique est appliqué, les frontières entre les domaines changent et les domaines tournent, ces deux effets se traduisant par un changement dimensionnel du matériau. L’effet réciproque est la modification de la susceptibilité (réponse à un champ magnétique) d’un matériau lorsqu’il est soumis à une déformation mécanique, il est appelé effet Villari ou effet magnétostrictif inverse. Deux autres phénomènes sont étroitement liés à la magnétostriction : l’effet Matteucci, qui consiste en la création d’une anisotropie hélicoïdale de la susceptibilité d’un matériau magnétostrictif lorsqu’il est soumis à un couple, et l’effet Wiedemann, qui se manifeste par la torsion de tels matériaux lorsqu’un champ magnétique hélicoïdal leur est appliqué.

L’inversion de Villari est le changement de signe de la magnétostriction du fer, de positif à négatif, lorsqu’il est exposé à des champs magnétiques d’environ 40 000 A/m (500 Oersted).

Magnétostrictifs

Les matériaux magnétostrictifs peuvent convertir l’énergie magnétique en énergie cinétique, ou l’inverse, et sont utilisés dans la construction d’actionneurs et de capteurs. Cette propriété peut être quantifiée par le coefficient de magnétostriction, L, qui est la variation fractionnelle de la longueur lorsque la magnétisation du matériau augmente de zéro à la valeur de saturation. Cet effet est responsable du « ronflement » que l’on entend à proximité des transformateurs et des appareils électriques de forte puissance (selon les pays, il peut s’agir de 100 ou 120 hertz, plus les harmoniques).

Le cobalt présente la magnétostriction la plus élevée à température ambiante de tous les éléments purs, atteignant 60 parties par million (soit 6,0×10-5 m/m), parmi les alliages, la magnétostriction la plus élevée connue à ce jour est présentée par le Terfenol-D (un alliage de terbium, de dysprosium et de fer), qui a montré une magnétostriction de 2000 parties par million (0.002 m/m) dans un champ de 160 kA/m à température ambiante et est le matériau le plus couramment utilisé dans les applications magnétostrictives.

Un autre matériau magnétostrictif très courant est l’alliage amorphe Fe81Si3.5B13.5C2, dont le nom commercial est Metglas 2605SC, ce matériau a la qualité d’une constante de saturation magnétostrictive élevée, λ.

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