Classe fascinante de matériaux, les métaux ont tous leurs propriétés et qualités particulières. Le comportement magnétique des métaux est une des plus fascinantes propriétés. Certains métaux ont un champ magnétique très fort pendant que d’autres n’en ont pas du tout. Dans cet article, nous nous plongerons dans la physique du magnétisme du monde des métaux et nous verrons pourquoi certains métaux sont magnétiques.
Le rôle des électrons dans le magnétisme
Les actions des électrons des métaux en déterminent ses caractéristiques magnétiques. Les métaux contiennent des électrons libres et des électrons liés. Certains métaux peuvent transporter l’électricité parce que les électrons libres peuvent circuler entre les atomes. À l’inverse, les électrons liés sont impénétrablement contenus dans chaque atome et ne peuvent pas circuler par eux-mêmes.
Essentiellement, la capacité des métaux à attirer ou à repousser les objets magnétiques est liée à leurs propriétés magnétiques. Ce phénomène est causé par les forces magnétiques qui pénètrent les différents matériaux. Lorsque l’on travaille avec de la ferraille, plus particulièrement, il est important de comprendre comment les différentes propriétés magnétiques des métaux affectent leur valeur et leur utilité.
Le mystère des aimants révélé
Il y a des millénaires que la curiosité humaine a été piquée par l’idée du magnétisme. Les premiers rapports concernant ses effets ont été trouvés dans des travaux datant de 2 000 ans provenant de théoriciens indiens, chinois et grecs. Ces informations sont largement basées sur des études sur les interactions entre le fer et la magnétite, un minerai ferreux magnétique créé naturellement.
Bien qu’il y ait eu quelques premières théories sur le magnétisme, ce n’est qu’au début du 16e siècle que l’étude du champ magnétique a fait des avancées substantielles. Les domaines des haut-parleurs, les moteurs et les génératrices ne sont que quelques-uns des domaines qui ont été transformés par la création de puissants aimants, comme les aimants constitués d’aluminium, de nickel et de cobalt (aimants alnico) du 20e siècle. Il est primordial de comprendre les principes scientifiques du magnétisme, particulièrement lorsqu’on travaille avec les déchets électroniques et la vente de ferraille.
La physique derrière les métaux magnétiques
Les propriétés magnétiques des métaux résultent de la distribution déséquilibrée des électrons à l’intérieur des atomes des métaux. Les dipôles magnétiques sont le résultat de la rotation et les mouvements erratiques des électrons à cause de ce déséquilibre. Le métal devient magnétique lorsque ces dipôles s’alignent et font face dans la même direction pour créer un domaine magnétique, une surface magnétique localisée avec des pôles nord et sud. Les propriétés magnétiques des métaux dépendent fortement de la solidité de l’alignement de ces domaines; plus les domaines sont alignés, plus le magnétisme sera puissant.
Les types de métaux magnétiques
Sur la base de leurs caractéristiques magnétiques qui sont contrôlées par la configuration de leurs électrons intérieurs, les métaux peuvent être divisés en trois classes :
Les métaux ferromagnétiques : ces métaux ont un fort champ magnétique et sont très fortement attirés aux aimants. Plus encore, ils continuent d’être aimantés même après avoir été exposés à un champ magnétique. Un exemple très connu de métal ferromagnétique est le fer.
Les métaux paramagnétiques : lorsqu’ils sont exposés à un champ magnétique, les métaux paramagnétiques sont seulement faiblement attirés aux aimants et ils perdent leurs caractéristiques magnétiques. Ce groupe inclus des métaux tels que l’aluminium et la platine.
Les métaux diamagnétiques : les métaux diamagnétiques sont vus fréquemment comme étant non magnétiques puisqu’ils n’opposent que très légèrement les pôles magnétiques nord et sud. Cela inclut l’or, l’argent et le plomb, souvent trouvés dans les déchets électroniques.
Les types de magnétismes
Les métaux se distinguent aussi par la durée durant laquelle ils conservent leurs caractéristiques magnétiques. Les métaux peuvent présenter leur magnétisme de trois façons différentes :
Les électroaimants : ce sont les métaux qui agissent uniquement comme des aimants lorsqu’il y a un courant électrique qui passe à travers eux. Lorsqu’il n’y a plus de courant, il n’y a plus de champ magnétique.
Les aimants permanents : ce sont les matériaux avec plusieurs électrons libres qui produisent leurs caractéristiques magnétiques par eux-mêmes. Le magnétisme permanent des métaux ferromagnétiques, comme le fer, est bien reconnu.
Les aimants transitoires : ce sont les quelques métaux qui ne présentent des caractéristiques magnétiques que lorsqu’ils sont soumis à un puissant champ magnétique. Par exemple, l’acier est un métal ayant des caractéristiques magnétiques transitoires.
Le point sur les métaux magnétiques
Plusieurs métaux bien connus ont les caractéristiques magnétiques ci-dessous :
Fer : le fer est le plus puissant des métaux ferromagnétiques et est bien connu pour ses qualités magnétiques. Il est essentiel au champ magnétique de la Terre.
Nickel : le nickel, autre métal ferromagnétique fréquemment utilisé dans une multitude d’utilisations, est essentiel à la création d’aimants puissants tels que les aimants ALNICO.
Cobalt : autant les aimants durs que les aimants doux sont faits de cobalt, un métal ferromagnétique important.
Acier : certaines variétés d’acier sont magnétiques alors que d’autres ne le sont pas. Les propriétés magnétiques de l’acier sont influencées par la présence de chrome, tout comme dans les alliages d’acier inoxydable.
Les métaux non magnétiques
Bien que certains métaux possèdent des caractéristiques magnétiques, la majorité des métaux rencontrés n’en ont pas. Voici quelques exemples :
Aluminium : des caractéristiques magnétiques puissantes lui faisant défaut, l’aluminium est un métal paramagnétique. Il est reconnu pour sa résistance à la corrosion.
Or : ayant une répulsion magnétique négligeable, l’or réel est un métal diamagnétique et se distingue des imitations puisqu’il n’est pas magnétique.
Argent : parce qu’il est non magnétique et n’attire pas les aimants, l’argent est facilement identifiable dans plusieurs utilisations.
Cuivre : malgré quelques interactions aimant-cuivre, le cuivre est non magnétique et essentiel dans les installations de production d’énergie vu sa capacité à produire de l’énergie.
Il y a un lien étroit entre le comportement des électrons des métaux et leurs caractéristiques magnétiques. L’alignement des domaines magnétiques détermine l’intensité du magnétisme, qui est présent dans les métaux ayant des électrons non liés ou faiblement liés. Comprendre le magnétisme des métaux est crucial dans une multitude de secteurs, comme le recyclage et la gestion des déchets électroniques, puisqu’il a une influence importante sur le prix et la durabilité des métaux pour diverses utilisations.