Magnétisme dans la matière

Les matériaux réagissent aux champs magnétiques en se magnétisant, présentant des comportements diamagnétiques, paramagnétiques et ferromagnétiques.

Definition

L'étude de la manière dont les matériaux acquièrent un moment magnétique par unité de volume (magnétisation) en réponse à des champs appliqués, caractérisée macroscopiquement par la susceptibilité et la perméabilité, et classée par le signe et l'amplitude de la réponse comme diamagnétique, paramagnétique ou ferromagnétique.

Scope

Ce sujet aborde la magnétisation de la matière, les courants liés, le champ auxiliaire H, la susceptibilité et la perméabilité magnétiques, ainsi que les trois principales classes de réponse magnétique — le diamagnétisme, le paramagnétisme et le ferromagnétisme — incluant l'hystérésis et les domaines magnétiques. Il traite des milieux linéaires et de l'origine microscopique qualitative de l'ordre magnétique, tandis que la théorie quantique détaillée relève de la physique de la matière condensée.

Core questions

• Comment la magnétisation donne-t-elle naissance aux courants liés et au champ H ?
• Qu'est-ce qui distingue les matériaux diamagnétiques, paramagnétiques et ferromagnétiques ?
• Pourquoi les ferromagnétiques présentent-ils une hystérésis et conservent-ils leur magnétisation ?

Key concepts

• magnétisation
• courant lié
• champ auxiliaire H
• susceptibilité magnétique
• perméabilité
• diamagnétisme
• paramagnétisme
• ferromagnétisme
• hystérésis
• domaines magnétiques

Key theories

Magnétisation et courants liés

Les dipôles atomiques alignés produisent une magnétisation dont la variation spatiale est équivalente à des courants volumiques et surfaciques liés, conduisant au champ auxiliaire H qui n'est généré que par les courants libres.

Classes de réponse magnétique

Les diamagnétiques s'opposent faiblement au champ, les paramagnétiques s'alignent faiblement avec celui-ci, et les ferromagnétiques présentent une magnétisation forte, souvent permanente, avec une structure en domaines et une hystérésis en dessous de la température de Curie.

Clinical relevance

Les matériaux magnétiques sont essentiels pour les aimants permanents, les noyaux de transformateurs et de moteurs, les supports d'enregistrement magnétique, ainsi que pour les considérations de contraste et de blindage en imagerie par résonance magnétique.

History

Faraday a classé les substances comme paramagnétiques ou diamagnétiques dans les années 1840. Pierre Curie a établi les lois de température pour la susceptibilité magnétique vers 1895, et Weiss a introduit la théorie du champ moléculaire du ferromagnétisme et des domaines au début du XXe siècle, théorie qui fut ensuite fondée sur les interactions d'échange quantiques.

Key figures

• Pierre Curie
• Pierre Weiss
• Michael Faraday

Seminal works

• landau1984
• kittel2005

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre B et H ?

B est le champ magnétique total incluant la contribution de la matière magnétisée, tandis que H (le champ auxiliaire) est construit de telle sorte que ses sources ne sont que les courants libres ; dans les milieux linéaires, ils sont proportionnels via la perméabilité.

Pourquoi les ferromagnétiques restent-ils magnétisés ?

Un fort couplage d'échange aligne les moments atomiques voisins en domaines ; une fois qu'un champ externe aligne les domaines, l'hystérésis permet à une grande partie de la magnétisation de persister après la suppression du champ, créant ainsi un aimant permanent.