Le cycle d'hystérésis

Définition

Un hystérésis est la caractéristique d'un système pour lequel l'évolution est différente selon qu'un élément extérieur augmente ou diminue. Il existe plusieurs types d'hystérésis selon les domaines. On en retrouve en sciences sociales, physiques ou encore biologiques.

Il existe des hystérésis dans la nature également : voyez l'exemple de cette fleur !

Hystérésis physiques

En physique, deux grands domaines d'hystérésis existent : les hystérésis de déformation élastique et les hystérésis magnétiques. Dans le cas des hystérésis élastiques, la réaction à la déformation élastique change les caractéristiques du matériau de manière différente de la diminution de la contrainte. En milieu magnétique, l'hystérésis se produit quand un matériau prend des valeurs différentes lors de son aimantation face à celles prises lors de sa désaimantation.

Hystérésis biologiques

Plusieurs hystérésis sont présent en biologie humaine et animale. Les vaisseaux sanguins par exemple ont un comportement élastique décrivent ainsi un hystérésis. Plus récemment, des mesures de l'hystérèse de la cornée humaine permettent de prévenir les glaucomes ou d'aider au traitement de celui-ci.

Hystérésis sociologiques

De manière inconsciente et involontaires, les populations laissent lieu à des hystérésis dans leur vie de tous les jours et ce dans de nombreux cas.

Quand on joue à un jeu de hasard, que ce soit un jeu de casino ou un jeu de grattage, il peut y avoir présence d'hystérésis. En effet, même si vous ne dépensez presque pas d'argent vous pouvez gagner des millions alors qu'en misant des milliers d'euros vous pouvez ne rien gagner du tout !

Jeu de hasard

Lorsque l'on joue à des jeux de hasard comme des jeux de grattage, quelles que soient les conditions initiales, on peut se retrouver avec des résultats finaux différents ou identiques en termes de gains. Il y a donc présence d'un hystérésis.

Milieu social

Le célèbre sociologue Pierre Bourdieu a démontré que le comportement d'un homme en société ne dépend pas que du milieu dans lequel il vit. L'hystérésis de l'habitus, comme il l'a nommé, indique que si l'on déplace un homme d'un milieu à un autre en modifiant son statut, il tendra à garder le même comportement pendant quelques temps.

Economie

En économie également on peut se retrouver face à des situations d'hystérésis. En effet, le chômage et l'inflation sont sujets à des hystérésis car une augmentation de l'imposition ne conduit pas toujours à une augmentation de la recette publique, mais plutôt à sa diminution. C'est ce qu'explique la courbe de Laffer.

Ferromagnétique

Le ferromagnétisme est la capacité d'un matériau à former un aimant ou à être attiré par des aimants. Il définit aussi la capacité des éléments qui s’aimantent lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique.

Explication du ferromagnétisme

Différents types d'aimantation existent au sein ds matériaux ferromagnétiques. L'aimantation a lieu à cause des mouvements des électrons de valence de la matière qui peuvent parfois être modifiés par les champs magnétiques qui les entourent. Certains de ces éléments ont la chance d'être aimantés directement de par leur constitution naturelle, on parle alors d'aimantation spontanée. Cette aimantation spontanée est dû à l'alignement des moments magnétiques au sein de la matière. L'ordre magnétique crée donc les aimants permanents qui n'ont pas besoin de champs magnétique extérieur pour s'aimanter.

La température de Curie

Il existe, dans un matériau dit ferromagnétique, une température de Curie (encore appelée point de Curie) notée TC qui est la température à partir de laquelle le matériau perd son aimantation permanente. Il devient alors paramagnétique.

On définit le paramagnétisme par un élément qui ne possède pas d’aimantation spontanée dans un milieu mais qui obtient une aimantation lorsqu’il est traversé par un champ magnétique. Son aimantation sera par ailleurs dirigée dans le même sens que le champ magnétique qui lui donne ces caractéristiques

C'est le physicien français Pierre Curie qui en 1895 a découvert ce phénomène. Une fois que le matériau perd son aimantation, on dit qu'il devient paramagnétique. Cela signifie qu'il n'a plus d'aimantation spontanée mais peut tout de même se voir aimanter dans le même sens qu'un champ magnétique qui serait proche de lui. Voici les températures de Curie de quelques éléments :

MatériauTempérature de Curie (°C)
Fer770
Nickel354
Gadolinium19
Dysprosium-185
Cobalt1115

Lien entre ferromagnétisme et hystérésis

L'hystérésis existe en ferromagnétique. C'est ce que l'on appelle l'hystérésis magnétique. Ce phénomène se produit lors de l'aimantation d'un matériau. En effet, lorsqu'un élément ferromagnétique est soumis à un champ magnétique, selon que le champ augmente ou diminue, le chemin de l'aimantation ne sera pas le même. C'est ce que décrit le modèle de Stoner-Whollfart.

Le modèle de Stoner-Wohlfarth

Le modèle de Stoner-Wohlfarth est un modèle qui explique de manière simple la physique des grains magnétiques composés d'un seul domaine. C'est grâce à ce modèle que l'on peut calculer le cycle d'hystérésis des particules magnétiques.

Un peu d'histoire

Le modèle de Stoner-Wohlfarth est un modèle décrit par Erich Peter Wohlfart et Edmund Clifton Stoner. Il l'ont élaboré à la suite de nombreuses recherches sur le magnétisme, le ferromagnétisme et les mémoires magnétiques.

Les champs électromagnétiques

Après tout ce que l'on vient d'apprendre, il semble alors légitime de se questionner les les différents champs existant, leurs origines et leur fonctionnement.

Un champ électromagnétique correspond à un champ comprenant des composantes électriques (champ électrique) et une composante électrique (champ magnétique).

Rappels

Champ électrique

En physique, on appelle champ électrique tout champ vectoriel créé par des particules électriquement chargées. Plus exactement, lorsque nous sommes en présence d'une particule chargée, les propriétés locale de l'espace défini sont alors modifié ce qui permet de définir la notion de champ. En effet, si une autre charge se trouve être dans le dit champ, elle subira ce qu'on appelle l'action de la force électrique qui est exercée par la particule malgré la distance. On dit alors du champ électrique qu'il est le médiateur de la dite action à distance. Si on se veut plus précis, on peut définir dans un référentiel galiléen défini, une charge q définie de vecteur vitesse v qui subit de la part des autres charges présentes, qu'elles soient fixes ou mobiles, une force qu'on définira de force de Lorentz. Cette force se décompose ainsi : [ overrightarrow { f } = q left ( overrightarrow { E } + overrightarrow { v } wedge overrightarrow { B } right) ] avec :

  • [ overrightarrow { E } ] le champ électrique. Celui-ci décrit dans ce cas la partie de la force de Lorentz qui est indépendante de la vitesse de la charge
  • [ overrightarrow { B } ] le champ magnétique. Celui-ci décrit ainsi la partie de la force exercée sur la charge qui dépend du déplacement de cette même charge dans le référentiel choisi.

De plus, il est important de noter que les deux champs, électrique et magnétique, dépendent du référentiel d'étude. Avec cette formule, on peut alors définir le champ électrique comme étant le champ traduisant l'action à distance subie par une charge électrique fixe dans un référentiel défini de la part de toutes les autres charges, qu'elles soient mobiles ou fixes. Mais on peut également définir le champ électrique comme étant toute région de l'espace dans laquelle une charge est soumise à une force dite de Coulomb. On commence à parler de champ électrostatique lorsque, dans un référentiel d'étude, les charges sont fixes. Notons d'ailleurs que le champ électrostatique ne correspond pas au champ électrique comme décrit plus haut dans cet article puisqu'en effet, lorsque les charges sont en mouvement dans un référentiel, il faut ajouter à ce référentiel un champ électrique qui est induit par les déplacement des charges afin d'obtenir un champ électrique complet. Mais, le champ électrique reste dans la réalité un caractère relatif puisqu'il ne peut exister indépendamment du champ magnétique. En effet, si on observe la description correcte d'un champ électromagnétique, celui-ci fait intervenir un tenseur quadridimensionnel de champ électromagnétique dont les composantes temporelles correspondent alors à celle d'un champ électrique. Seul ce tenseur possède un sens physique. Alors, dans le cas d'un changement de référentiel, il est tout à fait possible de transformer un champ magnétique en champ électrique et inversement.

Le champ électromagnétique

En physique, on appelle champ électromagnétique la représentation dans l'espace d'une force électromagnétique exercée par des particules chargées. Ce champ représente alors l'ensemble des composantes de la force électromagnétique qui s'appliquent à une particule chargée qui se déplace alors dans un référentiel galiléen. On peut alors définir la force subit par une particule de charge q et de vecteur vitesse par l'expression suivante : [ overrightarrow { f } = q left ( overrightarrow { E } + overrightarrow { v } wedge overrightarrow { B } right) ] avec : [ overrightarrow { E } ] le champ électrique. Celui-ci décrit dans ce cas la partie de la force de Lorentz qui est indépendante de la vitesse de la charge [ overrightarrow { B } ] le champ magnétique. Celui-ci décrit ainsi la partie de la force exercée sur la charge qui dépend du déplacement de cette même charge dans le référentiel choisi. En effet la séparation de la partie magnétique et de la partie électrique de dépend que du point de vue pris selon le référentiel d'étude. De plus, il peut être intéressant de savoir que les équations de Maxwell régissent les deux composantes couplées, c'est à dire électrique et magnétique, de sorte que toute variation d'une composante induira la variation de l'autre composante. D'ailleurs, le comportement des champs électromagnétiques se trouve décrit de façon classique par les équations de Maxwell et de manière plus générale par l'électrodynamique quantique. La façon la plus utilisée afin de définir le champ électromagnétique est celle du tenseur électromagnétique de la relativité restreinte.

Les équations de Maxwell-Gauss

Les équations de Maxwell-Gauss, aussi connues sous le noms d’équations de Maxwell-Lorenz sont des équations fondamentales de la physique. En effet, ces sont elles qui régissent l’électromagnétisme. Elles tiennent leur nom du physicien James Clerk Maxwell d’origine écossaise. Toute sa vie il a travaillé sur les champs électriques et magnétiques et il a également contribué à l’élaboration de nombreuses lois physiques dans son domaine. Il est considéré comme l’un des scientifiques les plus influents du IXXèmesiècle. Elle réunit sous la forme d’équations intégrales des lois déjà connues telles que celles de théorèmes de Gauss, Ampère et Faraday. Les équation de Maxwell sont essentielles puisqu’elles démontrent qu’en régime stationnaire, les champs électrique et magnétiques sont indépendants l’un de l’autre, ce qui n’est pas nécessairement le cas lorsque l’on se trouve en régime variable. En effet, dans le cas le plus général, il faut alors parler du champ électromagnétique puisque la séparation entre l’électrique et le magnétique n’est qu’un aspect visualisé par l’Homme.

Le champ électrostatique

On parle de champ électrostatique lors que les charges qui constitue le champ sont au repos dans le référentiel d'étude. Ce champ est donc déduit de l'expression de la loi de Coulomb, aussi appelée interaction électrostatique.

Vous avez aimé l’article ?

Aucune information ? Sérieusement ?Ok, nous tacherons de faire mieux pour le prochainLa moyenne, ouf ! Pas mieux ?Merci. Posez vos questions dans les commentaires.Un plaisir de vous aider ! :) (5,00/ 5 pour 1 votes)
Loading...

Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.

Vous avez aimé
cette ressource ?

Bravo !

Téléchargez-là au format pdf en ajoutant simplement votre e-mail !

{{ downloadEmailSaved }}

Votre email est invalide