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Vingt exemples de magnétisme au travail
- Aimants de réfrigérateur-. œuvres d’art & messages
- Amants de réfrigérateur- pour sceller et fermer les portes
- Dispositifs de maintien de l’atelier d’usinage des métaux
- Soulèvement de la ferraille et de l’aciérie
- Séparation des matériaux
- Création d’isotopes de rayonnement
- Recherche en physique pure
- Moteurs- automobile, tondeuse à gazon, mixeur de cuisine
- Incontinence- remplacement des valves de la vessie
- Dentures
- Lévitation des trains
- Navigation par la boussole
- Balises de sécurité des magasins et des articles de bibliothèque
- Shark. Navigation
- IRM pour l’analyse de la teneur en humidité & et en graisse
- IRM pour les images du corps et des organes
- Transformateurs de lignes de transmission
- Têtes d’enregistrement-. VCR, cassettes audio &vidéo, lecteurs de disquettes dures &
- Moyens d’enregistrement- VCR, cassettes audio &vidéo, lecteurs de disquettes dures &, disques magnéto-optiques
- Cartes de crédit &Cartes bancaires ATM
Le magnétisme existe sous deux formes, il existe dans les objets et dans l’air. Lorsque le magnétisme est observé dans les objets, il est représenté par un groupe de choses appelées » dipôles « , et il est désigné par la lettre » m « . Lorsque le magnétisme est observé dans l’air, il est simplement appelé « un champ appliqué », et il est désigné par la lettre « h ».
Un dipôle est une petite unité de magnétisation qui se compose d’une force et d’une direction. Le dipôle 1 (voir figure 1) a une force spécifique (désignée par l’aire du cercle), et une direction similaire à une heure. Le dipôle 2 (voir figure 2) a une force deux fois supérieure à celle du dipôle 1, et sa direction est semblable à celle de neuf heures. Un objet magnétique présente une aimantation totale (m) qui dépend de la combinaison de tous les dipôles à l’intérieur de l’objet.
Figure 1- Dipôle 1
Figure 2 -Dipôle 2
Un champ appliqué existe généralement à cause de l’une des deux raisons suivantes. Raison n° 1 – la magnétisation globale d’un objet est formée de telle sorte qu’elle envoie une partie de sa force dans l’air environnant. Raison n° 2 – l’électricité passant dans un fil génère un champ appliqué. Il est important de noter que ces deux formes de champ appliqué peuvent coexister, de manière coopérative ou non. Comme pour le dipôle, un champ appliqué a une force et une direction. Le champ appliqué 1 (voir figure 3) a une intensité désignée par la longueur de sa flèche, et une direction similaire à celle de trois heures. Le champ appliqué 2 (voir figure 4) a une force désignée comme étant la moitié de celle du champ appliqué 1 et une direction similaire à six heures.
Figure 3 – Champ appliqué 1
Figure 4- Champ appliqué 2
Chaque groupe de dipôles représenté sur la figure 5a et la figure 5b représente quelques scénarios ou situations magnétiques différents. Si l’on considère que chacune de ces situations peut exister dans tout objet magnétique, alors certaines combinaisons de groupes de dipôles peuvent être utilisées pour définir les deux types d’objets magnétiques de base ; un objet dur, et un objet mou.
Figure 5a- Groupe de dipôles représentant un objet dur
Un objet dur est un objet qui serait mieux décrit comme ayant un comportement associé à une séquence d’événements correspondant d’abord à ‘A’ puis à ‘B’ et ensuite à ‘C’. ‘A’ décrit un groupe de dipôles dans un objet où aucun champ appliqué n’est présent ; chaque dipôle est orienté dans une position unique. B’ décrit un groupe de dipôles dans un objet, où un champ appliqué est présent ; chaque dipôle est aligné avec le champ appliqué, comme à trois heures. ‘C’ décrit un groupe de dipôles dans un objet , où le champ appliqué de ‘B’ vient d’être supprimé ; veuillez noter que certains des dipôles ne sont pas revenus à leur position initiale dans ‘A’, mais ont pris une nouvelle position unique.
Figure 5b- Groupe de dipôles représentant un objet mou
Un objet mou serait mieux décrit si son comportement était associé à une séquence d’événements correspondant d’abord à ‘A’, puis à ‘B’ et enfin à ‘D’. ‘A’ décrit un groupe de dipôles dans un objet, où aucun champ appliqué n’est présent ; chaque dipôle est orienté dans une position unique. B’ décrit un groupe de dipôles dans un objet, où un champ appliqué est présent ; chaque dipôle est aligné avec le champ appliqué comme à trois heures. ‘D’ décrit un groupe de dipôles dans un objet , où le champ appliqué de ‘B’ vient d’être supprimé ; veuillez noter que tous les dipôles sont revenus à leur position d’origine dans ‘A’.
Le champ appliqué a changé la nature des objets durs et mous. L’objet dur a conservé certaines des nouvelles caractéristiques créées par le champ appliqué tandis que l’objet mou n’a conservé aucune des nouvelles caractéristiques créées par le champ appliqué. Ces comportements définissent la différence essentielle entre les objets durs et mous, et établissent aussi clairement quel objet doit être utilisé pour accomplir les exemples de magnétisme au travail.
Les lois de la physique exigent que toute matière existe dans son état d’énergie le plus bas possible. Cela signifie que lorsque les conditions environnementales changent, la matière s’adapte afin de rester à l’état d’énergie le plus bas possible. Un objet magnétique peut connaître des milliers de situations environnementales où un changement de champ appliqué implique une nouvelle situation environnementale.
Il existe deux types principaux d’objets durs. Le premier type d’objets durs est appelé aimants permanents, et le second type est appelé supports d’enregistrement. Les deux types d’objets durs partagent la capacité de stocker (ou de retenir) l’énergie bien que chacun stocke cette énergie d’une manière différente.
Les aimants permanents sont des objets construits avec un groupe spécial de minéraux combinés. Ces minéraux une fois unis ne présentent généralement pas de magnétisme jusqu’à ce que l’aimant soit chargé avec le processus décrit ci-dessus. L’objet entier présente le même caractère en coopération et l’objet est utilisé un dispositif d’énergie stockée.
Les supports d’enregistrement sont des objets construits avec un groupe différent de minéraux spécialement combinés. Bien que différents, ces objets ne présentent généralement pas de magnétisme jusqu’à ce qu’ils subissent également une séquence d’événements similaires au processus décrit ci-dessus. La différence ici est que le champ appliqué est utilisé ; il fournit une quantité concentrée d’énergie à une très petite partie localisée de l’objet. Il est donc possible de stocker de l’énergie à différents endroits de l’objet. En fait, il est possible de stocker l’énergie dans des motifs conçus sur l’objet ; ce qui correspond directement à l’information qu’un individu essaie d’archiver sur le support d’enregistrement.
Basiquement, il n’y a qu’un seul type d’objet mou. Des minéraux spécialement combinés sont utilisés pour ces objets également ; bien que, comme mentionné précédemment, ces objets ne retiennent aucune énergie. Néanmoins, ils sont très utiles, car ils ont une capacité d’organiser et parfois d’amplifier l’énergie d’un champ appliqué lorsqu’il est présent.
L’énergie communément associée au magnétisme est assez utile pour créer de grandes quantités de forces attractives et répulsives. Les diagrammes suivants sont utiles pour illustrer les différences entre les deux types de forces, et les situations nécessaires pour que des changements de direction en résultent. La répulsion est désignée par la lettre « R » (voir figure 6) et l’attraction par la lettre « A » (voir figure 7). Les forces qui résultent dans les deux cas sont le résultat direct de la tentative des dipôles de réduire leur énergie à l’état le plus bas possible. En général, cela nécessite un certain type de mouvement, qu’il s’agisse d’attraction ou de répulsion. Si l’un des dipôles d’interaction est fixé en place, alors le dipôle qui est libre de toute contrainte sera le seul à se déplacer.
Figure 6- Répulsion entre dipôles
Figure 7- Attraction entre dipôles
Passons maintenant aux exemples…
1. Aimants de réfrigérateur – œuvres d’art & messages :
Un aimant de réfrigérateur est un objet dur, et plus précisément un aimant permanent. Lorsque cet aimant est tenu dans votre main, il s’est adapté à sa situation actuelle et repose dans son état énergétique le plus bas possible. Si vous déplacez maintenant cet aimant vers la porte du réfrigérateur (qui est un objet mou), vous avez donné à l’aimant une nouvelle condition ou situation environnementale. L’aimant va s’adapter afin d’atteindre le nouvel état d’énergie le plus bas possible. Plus précisément, il le fera en envoyant une partie de son énergie dans la porte du réfrigérateur qui l’absorbera. Ce processus de minimisation de l’énergie illustre ce qui a été décrit plus haut comme une attraction ; l’aimant du réfrigérateur sera attiré par la porte du réfrigérateur. On peut profiter de cette force d’attraction et utiliser l’aimant pour faire tenir des œuvres d’art ou des messages sur la porte ; il y aura cependant une limite au poids que l’aimant peut supporter.
2. Aimants de réfrigérateur – pour sceller et fermer les portes :
Les fabricants de réfrigérateurs utilisent les connaissances décrites ci-dessus pour non seulement fermer la porte lorsqu’elle s’approche raisonnablement du cadre du réfrigérateur, mais aussi pour tirer la porte, qui a un joint d’aimant permanent le long du bord intérieur, très étroitement sur le cadre du réfrigérateur. Cela accomplit deux choses ; cela permet au propriétaire d’être libre de ne pas claquer la porte et cela fournit un joint thermique extrêmement efficace.
3. Dispositifs de maintien pour atelier d’usinage du métal :
Dans un atelier d’usinage, il est primordial que les pièces de métal soient maintenues fermement en place. Si cela est accompli, les accidents et les erreurs sont moins fréquents et moins dommageables. En utilisant les mêmes connaissances que ci-dessus, il est possible de produire des forces d’attraction qui sont assez grandes pour faire deux choses. D’une part, les forces d’attraction sont suffisantes pour retenir une pièce de métal plus lourde que l’aimant lui-même, et d’autre part, les forces d’attraction sont capables de résister aux forces supplémentaires créées par les différentes opérations de la machine. Ces forces d’attraction doivent pouvoir être activées et désactivées sur demande. Cela nécessite un détournement astucieux de l’énergie de l’aimant loin du métal maintenu.
4. Levage dans une cour à ferraille et une aciérie :
Dans une cour à ferraille ou une aciérie, il est nécessaire de soulever et de déplacer de grandes quantités de métal. Le métal étant en grande partie de l’acier, il s’agit d’un objet mou. Avec les connaissances mentionnées précédemment, le magnétisme est utilisé pour accomplir cette tâche. Une très grande grue utilisant soit un électro-aimant, soit un assemblage d’objets magnétiques durs au bout de son câble est capable de prendre, de relocaliser et de libérer les pièces d’acier.
5. La séparation des matériaux :
Les mines de différents types utilisent le magnétisme pour séparer les matériaux collectés. Des forces d’attraction, semblables à celles décrites précédemment, sont placées près d’un convoyeur transportant les matériaux minés. Au fur et à mesure que les objets magnétiques doux se déplacent près de l’ensemble magnétique, ils sont éloignés du convoyeur contenant le matériau souhaité et déviés vers la zone de collecte. Divers degrés de sophistication sont disponibles permettant à la mine d’être assez sélective dans sa collecte et sa séparation des matériaux.
6. Création d’isotopes de rayonnement :
De nombreuses formes de recherche médicale utilisent le rayonnement sous forme d’isotopes. Ces isotopes sont utilisés pour isoler et observer diverses formes de problèmes médicaux ; le diabète, le cancer et le sida ne sont que quelques exemples. La plupart de ces isotopes sont fabriqués ; ils ne sont pas abondants sous leur forme naturelle. Les connaissances présentées ci-dessus sont en fait utilisées pour produire ces isotopes. Un dispositif appelé accélérateurfournit à un élément ( comme le phosphore) une énorme quantité d’énergie provoquant un changement d’état de l’élément et l’émission de radiations afin de minimiser son énergie.
7. Recherche en physique pure :
Les expériences de physique subatomique utilisent le magnétisme pour créer et observer les plus petites structures de la matière. Des forces d’attraction et de répulsion sont générées par le magnétisme dans des chambres à environnement contrôlé. Les réponses sont prédites pour certaines structures de la matière dans des circonstances contrôlées. L’observation des réactions réelles clarifie ou infirme les prédictions. Cela permet à la société de mieux comprendre en quoi consiste la matière et de mieux s’équiper pour résoudre les problèmes futurs.
8. Moteurs – automobile, tondeuse à gazon, mélangeur de cuisine :
Les fabricants de moteurs utilisent les mêmes connaissances que ci-dessus pour produire la rotation dans leurs moteurs. Un moteur est divisé en plusieurs zones cunéiformes. Des signaux électriques synchronisés génèrent de petites forces d’attraction qui font tourner le moteur d’une région en forme de coin à la suivante. La vitesse du moteur est directement liée à la vitesse à laquelle les signaux électriques sont répétés.
9. Incontinence-remplacement de la valve vésicale :
Malheureusement, certaines personnes souffrent d’une incapacité à uriner à la demande ; il s’agit d’une forme d’incontinence. Dans le but d’aider ces personnes, des valves vésicales artificielles ont été développées. Ces valves sont implantées chirurgicalement à l’intérieur de l’individu. La valve contient un fluide qui contient des quantités d’un objet mou dispersé uniformément dans le fluide. Un aimant permanent produisant une force d’attraction est alors utilisé pour déplacer la valve et ouvrir les voies urinaires.
10. Les prothèses dentaires :
Une nouvelle forme d’adhésion des prothèses dentaires utilise les connaissances précédentes. De petits morceaux d’aimant permanent sont implantés chirurgicalement dans les gencives d’un individu, et des morceaux d’objets mous sont placés dans des parties sélectionnées de la prothèse dentaire. Lorsque le dentier est ensuite mis en place, l’adhésion résulte de l’attraction.
11. Lévitation des trains :
La répulsion magnétique est utilisée pour faire léviter les trains. Un ensemble de dipôles très forts (Le train) subit une force répulsive d’un autre ensemble de dipôles (La voie). En conséquence, le train s’éloigne le plus possible de la voie et est au moins partiellement en lévitation. Cette lévitation réduit la résistance que le train rencontre pour se déplacer (friction). Le train aura alors besoin de moins de carburant pour se déplacer d’une station à l’autre et pourra également se déplacer à des vitesses plus rapides.
12. La navigation par la boussole :
La navigation par la boussole se fait parce que la terre génère du magnétisme. Géographiquement, le haut du globe est appelé le « pôle nord », et le bas le « pôle sud ». Actuellement, le « pôle Nord » de la terre est magnétiquement un pôle Sud, et le « pôle Sud » de la terre est magnétiquement un pôle Nord. Une boussole placée à l’endroit « A » sur la Terre pointera vers le « pôle Nord » de la Terre. Si nous considérons les connaissances attractives que nous avons apprises ci-dessus, il devient évident que l’extrémité de la boussole marquée d’un « N » doit être magnétiquement un pôle nord, et que l’extrémité de la boussole marquée d’un « S » doit être magnétiquement un pôle sud. Cette configuration pour la boussole lui permet de minimiser son énergie en pointant vers le « pôle nord » de la Terre, qui fournit bien sûr notre référence directionnelle.
13. Balises de sécurité des articles de magasin et de bibliothèque :
Pour les mesures de sécurité, il est nécessaire de déterminer si un objet (soit un livre dans une bibliothèque, soit une paire de jeans dans un magasin) quitte une zone désignée sans permission. Cette surveillance peut être effectuée grâce au magnétisme. Comme nous l’avons vu, un groupe de dipôles peut avoir des réponses uniques à son environnement. Certains objets mous et certaines combinaisons d’objets durs et mous dans un motif en mosaïque présentent des réponses tellement uniques qu’ils peuvent être utilisés comme « étiquettes ». Si une personne quitte la zone désignée de manière appropriée, l’étiquette est neutralisée ou retirée. Si elle ne le fait pas, alors la ‘balise’ déclenche les systèmes de détection, et une alarme retentit pour avertir les autorités du problème.
14. La navigation des requins :
Les requins naviguent dans l’océan en se référant au « pôle Nord » et au « pôle Sud » de la terre. Lorsqu’ils nagent, ils bougent régulièrement leur tête d’un côté à l’autre. On a découvert qu’ils possèdent de petits éléments de détection dans leur tête qui convertissent l’énergie magnétique de la terre en impulsions électriques. Ces impulsions sont utilisées par le requin pour maintenir une référence directionnelle pour la navigation.
La résonance magnétique nucléaire se produit également à la suite d’une minimisation de l’énergie. Il y a longtemps, les physiciens ont émis l’hypothèse d’un ensemble unique de conditions environnementales qui provoqueraient en effet la précession d’un dipôle magnétique, puis sa rotation continue comme une toupie (ou résonance), afin de minimiser son énergie. Les dipôles libres en présence des conditions environnementales uniques suivantes produiront une résonance magnétique : un champ appliqué d’alignement fort dans une direction similaire à celle de douze heures, et un champ appliqué oscillant pulsé (de courte durée) dans une direction similaire à celle de trois heures. (Le champ appliqué oscillant pulsé se présente sous la forme d’une fonction sinusoïdale à une fréquence située dans la gamme des fréquences radio (plusieurs millions de cycles par seconde). La fréquence détermine le nombre de fois qu’une fonction est répétée dans un laps de temps donné. Plus la fréquence est élevée, plus la fonction change rapidement, et plus le nombre de cycles qui auront été produits est important.
Le résultat de l’expérience hypothétique ci-dessus nous a fourni un outil d’observation extrêmement important qui est non invasif ; cela signifie que le matériau ou l’objet observé n’est pas altéré ou détruit. Cette technique est appelée imagerie par résonance magnétique (IRM).
15. IRM pour l’analyse de la teneur en humidité &en graisses :
La résonance magnétique est utilisée par les fabricants de produits alimentaires (comme Pepperidge Farm) pour surveiller et optimiser la teneur en eau et en graisses de leurs ingrédients afin de déterminer et de maintenir le goût et la durée de conservation. De petites quantités de matériaux sont placées dans un dispositif qui reproduit les conditions susmentionnées. La réponse de résonance est contrôlée et directement corrélée à la teneur en eau ou en graisse. Ceci est accompli parce que l’eau et la graisse contiennent toutes deux des dipôles magnétiques et leur réponse est suffisamment différente pour être distinguée.
16. IRM pour les images d’organes du corps & :
La résonance magnétique est utilisée pour produire des images 3D des organes du corps avec une clarté et une résolution dépassant celles des rayons X conventionnels, et sans l’utilisation de rayons X pénétrant de manière nuisible. La production d’une image utile nécessite un ensemble de conditions encore plus particulières que celles décrites ci-dessus. L’alignement du champ appliqué est toujours nécessaire, mais ce champ a maintenant deux composantes, un champ uniforme et un champ de gradient. Un champ uniforme est un champ dont la magnitude sur un volume tel qu’une sphère de 16 pouces de diamètre ne diffère de la moyenne que de 30 ou 40 parties par million (ppm), ou encore de seulement 0,003 ou 0,004 pour cent (%) n’importe où dans la sphère. Le champ de gradient est un champ qui change linéairement en fonction de la distance par rapport au centre de la sphère lorsqu’on se déplace vers le bord de la sphère. Ce champ de gradient fournit un moyen de déterminer les relations spatiales pendant la production de l’image, et contribue donc largement à l’augmentation de la clarté et de la résolution qu’offre l’IRM. Le champ uniforme et le champ de gradient sont utilisés simultanément pour aligner les dipôles dans la région d’observation. Ces dipôles minimisent leurs énergies en s’alignant sur le champ. On introduit maintenant le champ pulsé ; comme décrit ci-dessus, les dipôles vont résonner afin de minimiser au mieux leurs énergies. Cette résonance est contrôlée et enregistrée sous la forme d’une impulsion électrique. Une séquence de différents champs de gradient sera appliquée pour couvrir toute la zone de l’organe concernée. Une fois que toutes les données ont été recueillies (cela prend près d’une heure), elles sont traitées par un ordinateur puissant pour produire l’image 3D.
17. Transformateurs de lignes de transmission :
Les objets magnétiques doux sont utilisés par les compagnies d’électricité. Les grands transformateurs (résidentiels et industriels) convertissent l’énergie d’une forme en énergie d’une autre forme. Plus précisément, ils transforment une tension d’une magnitude en une tension de 110 ou 220 volts, qui sont les tensions typiques des appareils ménagers. Les lignes de transmission contiennent plusieurs milliers de volts, et un transformateur contenant des objets magnétiques doux est utilisé pour transformer cette grande amplitude de tension en 110 et 220 volts utilisés dans votre maison.
18. Têtes d’enregistrement – magnétoscope, cassettes audio &vidéo, lecteurs de disquettes &dures :
Une séquence de codage spéciale est utilisée pour accomplir le stockage de l’information. Cette séquence de codage exige que l’énergie (sous forme de champs appliqués) soit présentée aux supports de stockage dans de petites zones organisées. Les objets magnétiques doux sont utilisés pour canaliser cette énergie magnétique dans les endroits appropriés afin d’accomplir le stockage de l’information.
19. Les supports d’enregistrement- magnétoscope, cassettes audio &vidéo, lecteurs de disquettes &dures :
Comme mentionné précédemment, les supports d’enregistrement sont des objets magnétiques durs. Cette forme de support est largement utilisée dans notre vie quotidienne, directement ou indirectement. L’information désirée est enregistrée sur le matériau magnétique pour que nous puissions la retrouver plus tard. Nous sommes également en mesure d’enregistrer et de réenregistrer comme nous le souhaitons sans dégradation des performances ou des capacités.
20. Cartes de crédit & Cartes bancaires ATM :
La plupart des cartes de crédit contiennent une bande d’objet magnétique dur au dos de la carte. Cette bande contient des informations codées ; plus précisément, votre ou vos noms, votre ou vos numéros de compte, et probablement quelques autres éléments spéciaux. Lorsque vous effectuez un achat avec une carte de crédit, il est rare que l’employé ait à parler à quelqu’un pour clarifier votre capacité à acheter un article. Au lieu de cela, l’employé fait passer votre carte dans une petite boîte. Cette boîte est une interface intelligente entre le magasin et le bureau des cartes de crédit. Les informations de votre carte de crédit sont lues par le petit boîtier, puis transmises directement à l’ordinateur de la carte de crédit via une ligne téléphonique. L’employé saisit alors le montant de votre achat et attend un numéro d’approbation. Si vous utilisez un distributeur automatique de billets (DAB), celui-ci accède aux informations de votre compte à partir de votre carte et vous invite ensuite à effectuer des transactions bancaires. Toutes vos sélections sont contrôlées par ordinateur et entièrement automatisées et toutes initiées par magnetics.