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Moment magnétique

Qu'est-ce que le moment magnétique ?

Le moment magnétique est une mesure des forces magnétiques d'un aimant élémentaire ou d'un courant circulaire. Le moment magnétique indique généralement l'effet magnétique du spin des particules élémentaires. Le spin de l'électron possède ainsi un certain moment magnétique. Les spins atomiques dans les matériaux paramagnétiques et ferromagnétiques possèdent également un moment magnétique.
Le moment magnétique mesure l'intensité du champ magnétique généré par un courant circulaire. Pour le moment magnétique \(\vec{m}\) d'un courant circulaire I qui englobe une surface A, on applique la formule suivante :

\(\vec{m} = I \cdot \vec{A}\)
L'intensité des propriétés magnétiques des spins des électrons ou des spins d'autres particules élémentaires est également indiquée par le moment magnétique.

Illustration moment magnétique
Illustration de gauche : Un courant I engendre en principe une densité de flux magnétique B. L'intensité de cette densité de flux magnétique ainsi que sa direction à l'intérieur de la boucle conductrice peuvent aussi être caractérisées par le moment magnétique m.
Illustration de droite : Un dipôle électrique est représenté. Le champ électrique de deux corps de charge opposée a la même forme que le champ magnétique d'une boucle conductrice. On parle dans ce cas d'un champ dipolaire avec un moment dipolaire correspondant. Une seule charge a un moment électrique monopolaire.
Le moment magnétique est un vecteur perpendiculaire à la surface entourée par le courant et dont la flèche est orientée à l'opposé du pôle nord. Par conséquent, les lignes de champ s'étendent de manière fermée du pôle nord au pôle sud puis, dans la boucle conductrice, de manière parallèle au moment magnétique, à nouveau vers le pôle nord (voir illustration).

Comme il n'existe pas de champ magnétique avec un seul pôle (monopôles), le moment magnétique le plus simple est ce qu'on appelle un moment dipolaire. Il possède toujours deux pôles opposés. Les champs électriques peuvent également posséder un moment monopolaire. Il s'agit du champ qui émane d'une seule charge ponctuelle. En revanche, deux charges situées à une distance fixe forment un moment dipolaire électrique, de manière analogue au magnétisme. (Voir illustration)

L'effet magnétique est également expliqué pour les aimants permanents par des courants circulaires dans le matériau. On suppose que les électrons possèdent un spin électronique, duquel émane un moment magnétique. Lors de la magnétisation, tous ces moments magnétiques sont orientés parallèlement. On parle alors de polarisation magnétique. Dans les matériaux ferromagnétiques, cela conduit à une magnétisation permanente si l'orientation est suffisamment forte. La polarisation magnétique ne disparaît donc pas lorsque le champ magnétique extérieur est désactivé. La polarisation magnétique restante est également appelée rémanence. Les moments magnétiques de tous les spins d'électrons ont alors été alignés parallèlement et donnent une magnétisation macroscopique, qui résulte de la somme de tous les moments magnétiques des spins d'électrons.

La raison de cet alignement permanent est la interaction d'échange entre tous les moments magnétiques des spins d'électrons. Cette interaction d'échange stabilise les spins des électrons alignés entre eux et il en résulte une rémanence. L'alignement des moments magnétiques peut être perturbé par un apport de chaleur qui favorise le mouvement des électrons et donc le brassage des moments magnétiques des spins d'électrons. Des coups violents sur un aimant permanent détruisent également l'aimantation. Enfin, l'aimantation est détruite par un champ opposé de la force du champ coercitif, car en raison du champ opposé, une force agit sur les moments magnétiques des spins des électrons alignés et tente de faire tourner les moments magnétiques dans la direction opposée.



Portrait du Dr Franz-Josef Schmitt
Auteur:
Dr Franz-Josef Schmitt


Dr. Franz-Josef Schmitt est physicien et directeur scientifique des cours pratiques avancés de physique à l'université Martin-Luther de Halle-Wittenberg. Il a travaillé à l'université technique de 2011 à 2019 et a dirigé divers projets pédagogiques ainsi que le laboratoire de projets en chimie. Ses recherches se concentrent sur la spectroscopie de fluorescence résolue en temps sur des macromolécules biologiquement actives. Il est également directeur de Sensoik Technologies GmbH.

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