Qu'est-ce que le magnétisme? Définition, exemples, faits

Les anciens utilisaient des pierres angulaires, des aimants naturels faits de magnétite minérale de fer. En fait, le mot "aimant" vient des mots grecs magnetis lithos, ce qui signifie "pierre magnésienne" ou lodestone. Thales of Miletus a étudié les propriétés du magnétisme autour de 625 BCE à 545 BCE. Le chirurgien indien Sushruta a utilisé des aimants à des fins chirurgicales à la même époque. Les Chinois ont écrit sur le magnétisme au quatrième siècle avant notre ère et ont décrit l'utilisation d'une pierre angulaire pour attirer une aiguille au premier siècle. Cependant, le boussole n'a été utilisé pour la navigation qu'au XIe siècle en Chine et 1187 en Europe.

Alors que les aimants étaient connus, il n'y avait aucune explication de leur fonction jusqu'en 1819, lorsque Hans Christian Ørsted a accidentellement découvert des champs magnétiques autour des fils sous tension. La relation entre l'électricité et le magnétisme a été décrite par James Clerk Maxwell en 1873 et incorporé dans Théorie d'Einstein de la relativité restreinte en 1905.

Alors, quelle est cette force invisible? Magnétisme est causée par la force électromagnétique, qui est l'un des quatre forces fondamentales de nature. Toute charge électrique en mouvement (courant électrique) génère un champ magnétique qui lui est perpendiculaire.

En plus du courant traversant un fil, le magnétisme est produit par les moments magnétiques de spin de particules élémentaires, comme les électrons. Ainsi, toute la matière est magnétique dans une certaine mesure parce que les électrons en orbite autour d'un noyau atomique produisent un champ magnétique. En présence d'un champ électrique, les atomes et les molécules forment des dipôles électriques, à charge positive noyaux se déplaçant un tout petit peu dans la direction du champ et électrons chargés négativement se déplaçant de l'autre façon.

Tous les matériaux présentent un magnétisme mais le comportement magnétique dépend de la configuration électronique des atomes et de la température. La configuration électronique peut entraîner l'annulation des moments magnétiques (rendant le matériau moins magnétique) ou l'alignement (le rendant plus magnétique). L'augmentation de la température augmente le mouvement thermique aléatoire, ce qui rend l'alignement des électrons plus difficile et diminue généralement la force d'un aimant.

Le magnétisme peut être classé selon sa cause et son comportement. Les principaux types de magnétisme sont:

Diamagnétisme: Affichage de tous les matériaux diamagnétisme, qui est la tendance à être repoussé par un champ magnétique. Cependant, d'autres types de magnétisme peuvent être plus forts que le diamagnétisme, de sorte qu'il n'est observé que dans des matériaux qui ne contiennent pas d'électrons non appariés. Lorsque des paires d'électrons sont présentes, leurs moments magnétiques de "spin" s'annulent. Dans un champ magnétique, les matériaux diamagnétiques sont faiblement magnétisés dans la direction opposée du champ appliqué. Des exemples de matériaux diamagnétiques comprennent l'or, le quartz, l'eau, le cuivre et l'air.

Paramagnétisme: Dans un matériau paramagnétique, il y a des électrons non appariés. Les électrons non appariés sont libres d'aligner leurs moments magnétiques. Dans un champ magnétique, les moments magnétiques s'alignent et sont magnétisés en direction du champ appliqué, le renforçant. Des exemples de matériaux paramagnétiques comprennent le magnésium, le molybdène, le lithium et le tantale.

Ferromagnétisme: Les matériaux ferromagnétiques peuvent former des aimants permanents et sont attirés par les aimants. Un aimant ferromagnétique a des électrons non appariés, et les moments magnétiques des électrons ont tendance à rester alignés même lorsqu'ils sont retirés d'un champ magnétique. Des exemples de matériaux ferromagnétiques comprennent le fer, le cobalt, le nickel, les alliages de ces métaux, certains alliages de terres rares et certains alliages de manganèse.

Antiferromagnétisme: Contrairement aux ferromagnétiques, les moments magnétiques intrinsèques des électrons de valence dans un point antiferromagnétique dans des directions opposées (anti-parallèle). Le résultat n'est pas un moment magnétique net ni un champ magnétique. L'antiferromagnétisme est observé dans les composés de métaux de transition, tels que l'hématite, le manganèse de fer et l'oxyde de nickel.

Ferrimagnétisme: Comme les ferromagnets, les ferrimagnets conserver l'aimantation lorsqu'il est retiré d'un champ magnétique, mais les paires voisines de spins d'électrons pointent dans des directions opposées. L'agencement en treillis du matériau rend le moment magnétique pointant dans une direction plus fort que celui pointant dans l'autre direction. Le ferrimagnétisme se produit dans la magnétite et d'autres ferrites. Comme les ferromagnétiques, les ferrimagnétiques sont attirés par les aimants.

Il existe également d'autres types de magnétisme, notamment le superparamagnétisme, le métamagnétisme et le verre de spin.

Certains organismes vivants détectent et utilisent des champs magnétiques. La capacité de détecter un champ magnétique est appelée magnéto-perception. Des exemples de créatures capables de magnéto-perception comprennent les bactéries, les mollusques, les arthropodes et les oiseaux. L'œil humain contient une protéine cryptochrome qui peut permettre un certain degré de magnéto-perception chez l'homme.

De nombreuses créatures utilisent le magnétisme, qui est un processus appelé biomagnétisme. Par exemple, les chitons sont des mollusques qui utilisent la magnétite pour durcir leurs dents. Les humains produisent également de la magnétite dans les tissus, ce qui peut affecter les fonctions du système immunitaire et nerveux.