Différence principale - diamagnétisme, paramagnétisme et ferromagnétisme

Le diamagnétisme, le paramagnétisme et le ferromagnétisme font référence à la façon dont différents matériaux réagissent aux champs magnétiques. Les différence principale entre le diamagnétisme, le paramagnétisme et le ferromagnétisme est que diamagnétisme fait référence à un type de magnétisme qui se forme en opposition à un champ magnétique externe et disparaît lorsque le champ externe est supprimé; paramagnétisme fait référence à un type de magnétisme qui se forme dans la direction d'un champ magnétique externe et disparaît lorsque le champ magnétique externe est supprimé; ferromagnétisme fait référence à un type de magnétisme dans les matériaux qui se forme le long de la direction du champ magnétique externe et peut rester lorsque le champ magnétique externe est supprimé.

Origine du magnétisme

En mécanique quantique, les électrons ont moment angulaire. Le « moment angulaire » auquel il est fait référence ici est une propriété de la mécanique quantique, mais il peut être considéré comme analogue au moment angulaire en physique classique, où les objets ont un moment angulaire s'ils sont en mouvement de rotation.

Les électrons présentent deux types de moments angulaires: moment angulaire de rotation et moment angulaire orbital. Moment angulaire de rotation est une propriété intrinsèque des électrons, comme leur charge ou leur masse. Moment angulaire orbital est une propriété que possèdent les électrons lorsqu'ils sont dans des atomes. Il y a un moment magnétique associé à chacun de ces moments angulaires. Le moment magnétique est une propriété qui fait que les électrons subissent une force lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique.

Le moment magnétique (

) dû au moment cinétique de spin (

) est donné par:

où

et

sont respectivement la charge et la masse d'un électron.

De même, le moment magnétique (

) en raison du moment angulaire orbital (

) est donné par:

Qu'est-ce que le diamagnétisme

Tous les matériaux sont diamagnétiques. Le diamagnétisme est le plus faible des trois types différents de magnétisme. Par conséquent, si un matériau est paramagnétique ou ferromagnétique, ses effets diamagnétiques sont masqués par ces deux autres types de magnétisme. Dans les matériaux diamagnétiques, les moments magnétiques de chacun des électrons individuels du matériau s'annulent. Lorsqu'un matériau diamagnétique est placé sous un champ magnétique, le matériau produit un champ magnétique qui s'oppose au champ magnétique externe. En conséquence, le matériau est repoussé par le champ externe. Par exemple, la figure ci-dessous montre une grenouille vivante qui a été amenée à léviter à l'aide d'un champ magnétique puissant. Ici, le corps de la grenouille présente un diamagnétisme:

En raison du diamagnétisme, la grenouille produit un champ magnétique qui l'amène à repousser le champ magnétique externe. Par conséquent, il "flotte".

Qu'est-ce que le paramagnétisme

Dans les matériaux dont les atomes ont des électrons non appariés, les moments magnétiques des électrons individuels ne peuvent pas s'annuler complètement, et les atomes se retrouvent donc avec un moment magnétique résultant. Cependant, les moments magnétiques des atomes sont alignés dans des directions aléatoires, de sorte que le matériau dans son ensemble ne présente pas de magnétisme. Cependant, si un tel matériau est placé dans un champ magnétique externe, les moments magnétiques des atomes individuels peuvent alors s'aligner avec le champ magnétique externe, provoquant la magnétisation du matériau. Le champ magnétique produit par les matériaux paramagnétiques pointe dans la même direction que le champ magnétique externe. Le matériau ne présente du magnétisme que tant qu'il se trouve à l'intérieur d'un champ magnétique externe. Si le champ magnétique externe est coupé, le matériau perd son aimantation. Les matériaux paramagnétiques comprennent l'oxygène liquide et certains métaux. La vidéo ci-dessous montre la propriété paramagnétique de l'oxygène liquide:

Qu'est-ce que le ferromagnétisme

Les atomes qui composent les matériaux ferromagnétiques ont des électrons non appariés dans leurs atomes, de sorte que chaque atome a un moment magnétique net. Les moments magnétiques des atomes voisins ont tendance à s'aligner, créant différentes régions (appelées domaines) dans le matériau, où les moments magnétiques dus aux atomes individuels sont alignés. Cependant, différents domaines peuvent encore avoir leurs moments magnétiques pointant dans des directions différentes. Lorsqu'un matériau ferromagnétique est placé à l'intérieur d'un champ magnétique externe, les différents domaines à l'intérieur des champs magnétiques s'alignent tous avec le champ magnétique externe.

Comment les moments magnétiques de différents domaines magnétiques s'alignent avec un champ magnétique externe, à mesure que l'intensité du champ magnétique externe augmente.

Même si le champ magnétique externe est supprimé, le matériau peut conserver son aimantation. Les matériaux ferromagnétiques comprennent le fer, le cobalt, le nickel et leurs alliages.

Différence entre diamagnétisme, paramagnétisme et ferromagnétisme

Moments magnétiques des atomes individuels

Dans diamagnétique matériaux, les atomes individuels n'ont pas de moment magnétique net.

Dans paramagnétique et ferromagnétique matériaux, chaque atome a son propre moment magnétique.

Comportement dans les champs magnétiques externes

Diamagnétique les matériaux alignent leurs champs magnétiques dans la direction opposée aux champs magnétiques externes.

Paramagnétique et ferromagnétique les matériaux alignent leurs champs magnétiques dans la même direction que les champs magnétiques externes.

Rétention du magnétisme

Diamagnétique et paramagnétique les matériaux perdent leur aimantation lorsque le champ magnétique externe est supprimé.

Ferromagnétique les matériaux peuvent conserver leur aimantation même lorsque le champ magnétique externe est supprimé.

Image de courtoisie

"Une grenouille vivante lévite à l'intérieur de l'alésage vertical Ø32 mm d'un solénoïde Bitter dans un champ magnétique d'environ 16 teslas au laboratoire d'aimants à champ élevé de Nimègue" par Lijnis Nelemans (Wikipédia anglais) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

« Esquema de dominios magnéticos de un ferromagneto alineándose con un campo creciente… » par 4lex sur Wikipedia espagnol (transféré de es.wikipedia à Commons) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons