Le cuivre est-il magnétique

Le cuivre dans sa forme la plus pure est non magnétique. Il présente cependant de faibles propriétés magnétiques lorsqu’il est soumis à de forts champs magnétiques externes. Le cuivre repousse les aimants mais à un niveau plus faible que les métaux magnétiques.

Élément en cuivre
Élément en cuivre

Propriétés magnétiques de base du cuivre

Le cuivre est réputé et largement utilisé dans le câblage électrique en raison de sa conductivité impressionnante. Il est également réputé pour ses propriétés non magnétiques. Voici ses principales propriétés et comment elles influencent son magnétisme.

Structure cristalline de cuivre
Structure cristalline de cuivre

· Structure atomique

Un atome de cuivre est généralement constitué de 29 électrons, répartis dans les coquilles qui entourent son noyau. La plupart de ces électrons sont disposés par paires, ce qui conduit à ce que leurs spins s'annulent mutuellement. Cela réduit par conséquent la probabilité que le cuivre soit magnétisé et rend le cuivre faiblement répulsif pour les aimants.

Structure atomique du cuivre
Structure atomique du cuivre

· Propriétés thermiques

Le cuivre est universellement reconnu pour sa conduction thermique supérieure. Les courants de Foucault produits lorsque le cuivre est exposé à un champ magnétique puissant entraînent une génération de chaleur. Cette propriété thermique stable garantit que le cuivre conserve sa nature diamagnétique même lorsqu’il est exposé à des forces magnétiques externes.

· Conductivité

Le cuivre se caractérise par une forte conductivité électrique, ce qui explique pourquoi il est largement utilisé dans le câblage électrique. Ses électrons sont libres de se déplacer, ce qui augmente sa conductivité. Ce mouvement libre des électrons n’a cependant pas d’impact sur leur magnétisme. Les électrons ne s'alignent pas avec les champs magnétiques externes, ce qui conduit au non-magnétisme.

· Susceptibilité magnétique

Lorsque vous soumettez un objet en cuivre à un champ magnétique puissant, il devient difficilement magnétisé en raison de sa susceptibilité magnétique négative. Cela signifie que ses électrons ne s’alignent pas avec les lignes de champ magnétique externe dans des conditions normales. Sa faible susceptibilité magnétique contribue à ses mauvaises propriétés magnétiques.

Comment magnétiser le cuivre

Bien que le cuivre soit naturellement non magnétique, vous pouvez transformer un objet en cuivre en aimant en utilisant différentes méthodes.

· Induction électromagnétique

L'induction électromagnétique est principalement utilisée pour induire un magnétisme temporaire dans le cuivre. Pour y parvenir, vous devrez induire un puissant champ magnétique à l’aide de l’électricité. Vous aurez besoin d'une bobine de fil, que vous pourrez regrouper autour de votre objet en cuivre, et d'une source d'alimentation.

Une fois que vous allumez la source d’alimentation, le courant circulant dans le fil alignera avec force les atomes de l’objet sur les lignes de champ magnétique. Cela entraînera un magnétisme temporaire, qui disparaîtra une fois que vous éteindrez la source d’alimentation.

· Alliage

L'alliage consiste à mélanger du cuivre pur avec des traces d'éléments magnétiques comme le nickel et le manganèse. L'exposition du composé résultant à des champs magnétiques puissants peut induire un magnétisme permanent en raison des fortes propriétés magnétiques des alliages respectifs.

Pièces moulées en alliage de cuivre
Pièces moulées en alliage de cuivre

· Induction haute pression

Vous pouvez également induire des capacités magnétiques dans le cuivre en le soumettant à une pression élevée, généralement de plusieurs gigapascals. La haute pression modifie la configuration cristalline du cuivre, entraînant un arrangement électronique favorisant le magnétisme.

Facteurs affectant le magnétisme du cuivre

La réponse ou la réaction démontrée par le cuivre lorsqu’il est exposé à des forces magnétiques diffère selon les conditions. Voici quelques-uns des facteurs qui ont un impact considérable sur le comportement magnétique du cuivre.

· Champ magnétique externe

Le cuivre est considéré comme diamagnétique en raison de la répulsion relativement faible qu’il présente lorsqu’il est soumis à des champs magnétiques externes. Ceci est dû au fait que les moments magnétiques du cuivre combattent l’alignement avec les lignes de champ magnétique externes.

Champ magnétique externe
Champ magnétique externe

· Température

À des températures extrêmement élevées, le cuivre a tendance à présenter une répulsion magnétique plus faible en raison de moments magnétiques mal alignés. L’abaissement de la température induit au contraire une supraconductivité qui conduit à une répulsion plus forte face aux aimants.

· La présence d'alliages

L'injection d'éléments ferromagnétiques comme le fer et le nickel dans le cuivre pur améliore ses propriétés magnétiques. Le cuivre assume les capacités magnétiques des alliages, ce qui entraîne le magnétisme. Le matériau résultant peut être utilisé pour entreprendre diverses applications magnétiques telles que la séparation magnétique.

· Impuretés

Le cuivre dépourvu d’impuretés est typiquement diamagnétique, mais une fois les impuretés introduites, son comportement magnétique change. La présence d'impuretés ferromagnétiques a tendance à induire des propriétés magnétiques plus fortes dans le cuivre, tandis que la présence d'impuretés non magnétiques affaiblit ses propriétés.

· Courant électrique

Le courant électrique induit un magnétisme temporaire dans le cuivre. Une fois que vous enveloppez un objet en cuivre pur avec un fil transportant de l’électricité, l’objet est susceptible de se magnétiser. Cependant, retirer le fil ou le débrancher du secteur entraîne une perte de magnétisme.

· Déformation de cisaillement

La force peut modifier considérablement la structure et la disposition électronique de votre objet en cuivre. Cela peut entraîner une modification des propriétés magnétiques. Par exemple, frapper un objet en cuivre avec un marteau influencera sa réponse aux champs magnétiques.

Démonstration de la nature non magnétique du cuivre

Pour déterminer la réaction du cuivre aux aimants, vous aurez principalement besoin d’un objet en cuivre et d’un aimant puissant. Vous aurez peut-être également besoin d'un morceau de papier et d'une surface plane.

  • Tout d’abord, essuyez votre aimant avec un morceau de tissu pour déloger la poussière et autres impuretés pouvant impacter ses propriétés magnétiques.
  • Placez ensuite votre aimant sur une surface plane comme une table.
  • Apportez votre objet en cuivre vers l'aimant lentement et prudemment. Ne laissez pas les deux entrer en contact.

Observation

En rapprochant la tige de cuivre de l’aimant, vous remarquerez qu’elle n’est pas attirée par l’aimant. Au contraire, vous remarquerez peut-être une légère répulsion, ce qui explique les propriétés diamagnétiques du cuivre.

Utilisations magnétiques du cuivre

Dans certaines conditions, le cuivre pur présente des caractéristiques diamagnétiques, qui se traduisent par une faible révulsion. A ce titre, le cuivre est souvent utilisé dans des applications nécessitant ses propriétés diamagnétiques.

  • Blindage magnétique : Si vous disposez de certains équipements qui doivent être protégés des forces magnétiques externes, vous pouvez utiliser du cuivre pour les protéger. C'est parce qu'il repousse les champs magnétiques.
  • Revêtement magnétique : Le cuivre est également souvent appliqué aux objets magnétiques pour améliorer leur fonctionnalité. Par exemple, il est utilisé sur des périphériques de stockage magnétiques tels que des bandes pour améliorer leurs fonctionnalités.
  • Fabrication d'électro-aimants : Le fil utilisé pour envelopper le matériau ferromagnétique dans les électro-aimants est principalement constitué de cuivre. C'est parce qu'il est hautement conducteur.
électro-aimant
électro-aimant
  • Bobines de transformateur : Les bobines primaires et secondaires utilisées pour transmettre l'énergie dans les transformateurs sont généralement en cuivre.
Bobine de transformateur
Bobine de transformateur
  • Lévitation magnétique: En raison de sa nature diamagnétique, le cuivre est souvent utilisé pour fabriquer des objets qui doivent être suspendus dans l’air par sustentation magnétique.

Plus de ressources:

Point de fusion du cuivre – Source : HM

Propriétés magnétiques du cuivre – Source : UMD

Liste des métaux magnétiques – Source : SCIENCES

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