Des aimants de même puissance et de même volume ont-ils la même force magnétique ? On dit sur Internet que la force magnétique des aimants NdFeB est 640 fois supérieure à leur propre poids. Est-ce crédible ?
Cette question peut être approfondie, c'est-à-dire quels facteurs influencent la force d'aspiration des aimants. Il convient tout d'abord de préciser que les aimants n'exercent une force d'aspiration que sur les matériaux ferromagnétiques. À température ambiante, il n'existe que trois types de matériaux ferromagnétiques : le fer, le cobalt, le nickel et leurs alliages. Il n'existe aucune force d'aspiration sur les matériaux non ferromagnétiques.
Certaines formules de calcul de la force d'aspiration peuvent être trouvées sur Internet :
F=k*B²*S/2
F=0,577*S*B²
Ces formules sont-elles exactes ? La réponse est inexacte, mais la tendance est correcte. L'amplitude de la force d'aspiration d'un aimant est liée à l'intensité du champ magnétique et à la surface d'adsorption. Plus l'intensité du champ magnétique est élevée, plus la surface d'adsorption est grande et plus la force d'aspiration est importante.
La question suivante est : si les aimants ont le même volume, qu'ils soient plats, cylindriques et fins, leur force d'aspiration est-elle la même ? Sinon, lequel a la force d'aspiration la plus élevée ?
Tout d'abord, il est certain que la force d'aspiration n'est pas la même. Quelle force d'aspiration est la plus grande ? Il faut la relier à la définition du produit d'énergie magnétique maximal. Lorsque le point de fonctionnement de l'aimant est proche du produit d'énergie magnétique maximal, l'aimant possède l'énergie de travail la plus élevée. La force d'adsorption de l'aimant est également une manifestation du travail, de sorte que la force d'aspiration correspondante est également la plus élevée. Il convient de noter ici que l'objet à attirer doit être suffisamment grand pour couvrir entièrement le pôle magnétique, de sorte que le matériau, la taille, la forme et d'autres facteurs de l'objet à attirer peuvent être ignorés.
Comment déterminer si le point de fonctionnement de l'aimant se situe au point de produit d'énergie magnétique maximal ? Lorsque l'aimant est en adsorption directe avec le matériau à attirer, sa force d'adsorption est déterminée par la taille du champ magnétique de l'entrefer et la surface d'adsorption. Prenons l'exemple d'un aimant cylindrique : lorsque H/D ≈ 0,6, son centre Pc ≈ 1, et qu'il est proche du point de fonctionnement du produit d'énergie magnétique maximal, la force d'aspiration est maximale. Ceci est également conforme à la règle selon laquelle les aimants sont généralement conçus comme des adsorbants relativement plats. Prenons l'exemple de l'aimant N35 D10*6 : la simulation par éléments finis permet de calculer que la force d'aspiration de la plaque de fer adsorbée est d'environ 27 N, ce qui atteint presque la valeur maximale des aimants de même volume, soit 780 fois son propre poids.
Les aimants carrés sont similaires aux aimants circulaires. Lorsqu'ils sont directement adsorbés sur le matériau, leur centre Pc≈1, c'est-à-dire proche du point de fonctionnement du produit d'énergie magnétique maximal, atteint la valeur maximale des aimants de même volume, par exemple 10*10*6,5 ou 15*10*8.
Bien entendu, ce qui précède ne concerne que l'état d'adsorption d'un seul pôle de l'aimant. En cas d'aimantation multipolaire, la force d'aspiration sera complètement différente. La force d'aspiration d'une aimantation multipolaire sera bien supérieure à celle d'une aimantation unipolaire (à condition que la distance de l'objet adsorbé soit faible).
Pourquoi la force d'aspiration d'un aimant de même volume varie-t-elle autant après avoir été magnétisé avec plusieurs pôles ? La raison est que la surface d'adsorption S reste inchangée, tandis que la densité de flux magnétique B à travers l'objet adsorbé augmente fortement. Le diagramme des lignes de force magnétique ci-dessous montre que la densité des lignes de force magnétique traversant la plaque de fer d'un aimant magnétisé multipolaire est considérablement augmentée. Prenons l'exemple de l'aimant N35 D10*6, qui présente une aimantation bipolaire. La force d'aspiration de la simulation par éléments finis adsorbant la plaque de fer est environ 1 100 fois son propre poids.
Une fois l'aimant transformé en aimant multipolaire, chaque pôle est équivalent à un aimant plus fin et sa valeur Pc a changé. Elle ne peut plus être calculée en fonction de la valeur Pc de la taille globale. Par conséquent, sa taille optimale n'est plus H/D≈0,6, mais un aimant plus plat. La taille spécifique est liée à la méthode de magnétisation multipolaire et au nombre de pôles.