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Moment magnétique
Un moment magnétique, également appelé moment dipolaire magnétique ou couple magnétique, est une unité qui décrit la force d'un dipôle. Ainsi s'établit la relation entre l'intensité du champ et le couple mécanique le plus élevé pouvant être atteint . Une distinction est faite entre un moment de spin magnétique, qui spécifie la force générée par le spin des électrons, et un moment d'orbite magnétique. Ce dernier, à son tour, est utilisé pour caractériser les mouvements des électrons autour de leur noyau atomique. Les deux moments dipolaires sont liés par des interactions - appelées interactions spin-orbite.
Comment la paire magnétique agit-elle dans un champ magnétique?
La paire de champ magnétique d'un l'aimant externe agit sur un moment magnétique et le fait tourner dans le sens du champ. L'angle résultant entre le couple magnétique et la direction du champ affecte l'énergie régnante. La cause de la création d'un moment magnétique peut être d'une part les courants du circuit électrique ou d'autre part main l'élan angulaire intrinsèque des spins. Par exemple, si vous imaginez un chemin de courant fermé, le moment magnétique serait au centre de la zone circulaire qui est créée et dépend de la direction du courant. Quelque chose de similaire peut être observé au niveau atomique, puisque les noyaux atomiques sont mis en orbite par des électrons sur des orbites circulaires, similaires à la façon dont les planètes de notre système solaire tournent autour du soleil dans l'univers. La rotation des électrons est appelée spin. Le mouvement autour du noyau atomique forme un moment dipolaire magnétique. La somme de tous ces moments dans un corps magnétique serait à son tour une image de la force magnétique totale, exprimée dans l'unité de moment magnétique. Il est également possible que les moments magnétiques de différents atomes se combinent. Cela se produit, par exemple, dans le cas de l'aimantation d'un corps ferromagnétique. Lorsqu'un tel aimant se trouve à proximité d'un aimant externe suffisamment puissant, ou lorsqu'une tension électrique lui est appliquée, divers processus sont initiés au niveau du spectre atomique. Les aimants élémentaires en matériau ferromagnétique (le plus petit structures magnétiques qui ressemblent à de minuscules tiges magnétiques et ont leurs propres champs magnétiques) sont initialement disposées de manière irrégulière. Le corps n'est pas encore magnétique, car les champs magnétiques individuels plus petits que les aimants élémentaires s'équilibrent et donc ils neutraliser les uns les autres. Les aimants se trouvent dans de petites zones séparées par des parois, appelées domaines de Weiss. Si une tension ou un aimant externe est appliqué, les aimants élémentaires ou moléculaires s'alignent parallèlement les uns aux autres et les zones individuelles se confondent. Ce même alignement est basé sur une force également appelée interaction d'échange. Il peut être expliqué au niveau de la mécanique quantique et à l'aide du moment magnétique.
Les électrons chargés électriquement avec un moment cinétique orbital intrinsèque sont affectés par les champs électriques. Ils s'arrangent de manière à ce que leur énergie soit la plus faible possible. Si le moment cinétique orbital est maintenant réduit, l'interaction spin-orbite mentionnée ci-dessus diminue également. Les spins des électrons affectent le moment magnétique et les aimants moléculaires tournent parallèlement les uns aux autres vers le champ électrique ou magnétique externe. Cela crée un nouvel aimant, dont les lignes de champ convergent avec le champ magnétique existant et le renforcent.
Dans certains matériaux, il est possible d'interrompre l'interaction spin-orbite particulièrement rapidement, en fonction de la structure cristalline respective de la substance. Si tel est le cas, nous parlons d'un matériau magnétique doux qui peut être magnétisé et démagnétisé tout aussi rapidement. Voici des exemples:
- Fer
- Cobalt
- Nickel
- Alliages à base de fer-cobalt-nickel
- Ferrites douces (composés nickel-zinc ou manganèse-zinc)
- Matériaux en poudre
- Aimants néodyme fer bore
- Aciers martensitiques
- Ferrites dures à base de strontium ou de baryum
- Alliages fer-cuivre-chrome
Comment déterminer l'intensité du champ magnétique d'un aimant élémentaire à l'aide du moment magnétique?
Pour calculer le moment magnétique, deux facteurs doivent être liés l'un à l'autre dans un anneau conducteur plat: le courant circulant lui-même et la zone qu'il entoure. La formule de calcul du moment magnétique est:
Si l'on considère le moment magnétique dans une bobine plus longue, le nombre de spires n doit également être inclus dans le calcul:
Si vous souhaitez calculer le moment magnétique d'une seule particule, la charge présente doit être liée au moment cinétique respectif de la particule. Pour ce faire, la formule suivante est utilisé:
μ indique le moment magnétique de la particule, q la charge appliquée et μB le moment dit de Bohr. C'est le moment qui correspond au moment cinétique orbital d'un électron sur la première orbite de Bohr de l'atome d'hydrogène. Le s indique l'effet dominant. Les unités fixes e (charge élémentaire), g (facteur de Landé, qui décrit la relation entre le moment cinétique et le moment magnétique) et h (constante de Planck, qui enregistre le moment cinétique) doivent également être incluses dans le calcul.