Magn??tisme

Sujets connexes: ??lectricit?? et ??lectronique ; Physique

Saviez-vous ...

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Electromagn??tisme

??lectricit?? Magn??tisme
??lectrostatique Charge ??lectrique ??lectricit?? statique Champ ??lectrique Conducteur Isolant Tribo??lectricit?? D??charge ??lectrostatique Induction La loi de Coulomb La loi de Gauss Flux ??lectrique / ??nergie potentielle Moment dipolaire ??lectrique Polarisation
Magn??tostatique La loi d'Amp??re Champ magn??tique Magn??tisation Flux magn??tique Loi de Biot-Savart Moment de dip??le magn??tique La loi de Gauss ?? magn??tisme
??lectrodynamique Droit de la force de Lorentz Induction ??lectromagn??tique La loi de Faraday La loi de Lenz D??placement actuel Les ??quations de Maxwell Champ ??lectromagn??tique Un rayonnement ??lectromagn??tique Tenseur de Maxwell Vecteur de Poynting Potentiel Li??nard-Wiechert Les ??quations de Jefimenko ?? courant de Foucault
R??seau ??lectrique Courant ??lectrique Potentiel ??lectrique Tension R??sistance La loi d'Ohm circuit de la s??rie Circuit parall??le Courant continu Courant alternatif Force ??lectromotrice Capacitance Inductance Imp??dance Cavit??s r??sonnantes Guides d'ondes
Formulation covariante Tenseur ??lectromagn??tique ( tenseur-??nergie) Four ?? courant continu Potentiel ??lectromagn??tique ?? quatre
Les scientifiques Amp??re Coulomb Faraday Gauss Heaviside Henri Hertz Lorentz Maxwell Tesla Volta Weber ??rsted

Le magn??tisme est une classe de ph??nom??nes physiques qui comprend forces exerc??es par des aimants sur d'autres aimants. Il a son origine dans les courants ??lectriques et les moments magn??tiques fondamentales des particules ??l??mentaires. Ceux-ci donnent lieu ?? une champ magn??tique qui agit sur d'autres courants et des moments. Tous les mat??riaux sont influenc??es dans une certaine mesure par un champ magn??tique. L'effet le plus fort est sur les aimants permanents, qui ont des moments magn??tiques persistantes caus??es par ferromagn??tisme. La plupart des mat??riaux ne ont pas moments permanents. Certains sont attir??s par un champ magn??tique ( paramagn??tisme); d'autres sont repouss??s par un champ magn??tique ( diamagn??tisme); d'autres ont une relation beaucoup plus complexe avec un champ magn??tique appliqu?? ( comportement de verre de spin et antiferromagn??tisme). Les substances qui sont affect??s de fa??on n??gligeable par les champs magn??tiques sont connus comme substances non magn??tiques. Ils comprennent le cuivre , l'aluminium , des gaz , et plastique . Pur l'oxyg??ne pr??sente des propri??t??s magn??tiques lorsqu'il est refroidi ?? un liquide Etat.

L'??tat magn??tique (ou phase) d'un mat??riau d??pend de la temp??rature (et d'autres variables telles que la pression et le champ magn??tique appliqu??) de sorte qu'un mat??riau peut pr??senter plus d'une forme de magn??tisme en fonction de sa temp??rature, etc.

Histoire

Aristote attribu?? le premier de ce qu'on pourrait appeler une discussion scientifique sur le magn??tisme ?? Thales de Milet, qui a v??cu environ 625 BC ?? environ 545 BC. Vers la m??me ??poque, dans l'Inde ancienne , le Chirurgien indien, Sushruta, ??tait le premier ?? faire usage de l'aimant ?? des fins chirurgicales.

Dans la Chine ancienne , la r??f??rence litt??raire plus t??t au magn??tisme se trouve dans un livre 4??me si??cle BC nom de son auteur, Le Ma??tre de D??mon Valley (鬼谷子): "Le magn??tite de fer fait venir ou il l'attire "La plus ancienne mention de l'attraction d'une aiguille appara??t dans un ouvrage compos?? entre AD 20 et 100 (Louen-heng):".. un aimant attire une aiguille "L'ancienne Scientifique chinois Shen Kuo (1031-1095) ??tait la premi??re personne ?? ??crire de la boussole de l'aiguille magn??tique et qu'il a am??lior?? la pr??cision de la navigation en utilisant le astronomique concept de True North ( Mengxi Bitan, AD 1088), et par le 12??me si??cle les Chinois ??taient connus pour utiliser l'aimant compas pour la navigation. Ils sculpt??es une cuill??re directionnel de magn??tite de fa??on que le manche de la cuill??re toujours soulign?? sud.

Alexander Neckham, par 1187, a ??t?? le premier dans l'Europe pour d??crire la boussole et son utilisation pour la navigation. En 1269, Peter Peregrinus de Maricourt ??crit l'Epistola de magnete, le premier trait?? existant qui d??crit les propri??t??s des aimants. En 1282, les propri??t??s des aimants et la boussole s??che ont ??t?? discut??s par Al-Ashraf, un Physicien y??m??nite, astronome, et g??ographe.

Michael Faraday, 1842

En 1600, William Gilbert publie son De Magnete, Magneticisque corporibus, et de Magno Magnete Tellure (sur l'aimant et magn??tiques organes, et sur la Grande Aimant la Terre). Dans cet ouvrage, il d??crit un grand nombre de ses exp??riences avec sa terre de mod??le appel?? le terrella. De ses exp??riences, il a conclu que la Terre elle-m??me ??tait magn??tique et que ce ??tait la raison, les boussoles ont soulign?? nord (pr??c??demment, certains croyaient que ce ??tait l'??toile polaire ( Polaris) ou une grande ??le magn??tique sur le p??le nord qui a attir?? la boussole).

Une bonne compr??hension de la relation entre l'??lectricit?? et le magn??tisme a commenc?? en 1819 avec le travail par Hans Christian Oersted, professeur ?? l'Universit?? de Copenhague, qui a d??couvert plus ou moins par accident qu'un courant ??lectrique pourrait influencer une aiguille de boussole. Cette exp??rience historique est connu comme l'exp??rience d'Oersted. Plusieurs autres exp??riences ont suivi, avec Andr??-Marie Amp??re, qui d??couvrit en 1820 que le champ magn??tique circulant dans un chemin ferm?? est li??e au courant circulant ?? travers le p??rim??tre de la voie; Carl Friedrich Gauss ; Jean-Baptiste Biot et F??lix Savart, tous deux en 1820 est venu avec la Loi de Biot-Savart donnant une ??quation pour le champ magn??tique d'un fil de transport de courant; Michael Faraday , qui en 1831 a constat?? qu'un variant dans le temps du flux magn??tique ?? travers une boucle de fil induit une tension, et d'autres de trouver d'autres liens entre magn??tisme et l'??lectricit?? . James Clerk Maxwell synth??tis?? et ??tendu ces id??es dans les ??quations de Maxwell , unifiant l'??lectricit??, le magn??tisme et l'optique dans le domaine de l'??lectromagn??tisme . En 1905, Einstein a utilis?? ces lois pour motiver sa th??orie de la relativit?? restreinte , exigeant que les lois lieu de vrai dans tout cadres de r??f??rence inertiels.

Electromagn??tisme a continu?? ?? se d??velopper dans le 21??me si??cle, d'??tre incorpor??s dans les th??ories les plus fondamentaux de th??orie de jauge, ??lectrodynamique quantique, th??orie ??lectrofaible, et enfin le mod??le standard .

Sujets

Hi??rarchie des types de magn??tisme.

Diamagnetism

Diamagn??tisme appara??t dans tous les mat??riaux, et ce est la tendance d'un mat??riau ?? se opposer ?? un champ magn??tique appliqu?? et, par cons??quent, ?? ??tre repouss??e par un champ magn??tique. Cependant, dans un mat??riau ayant des propri??t??s paramagn??tiques (ce est-?? tendance ?? am??liorer un champ magn??tique externe), le comportement paramagn??tique domine. Ainsi, malgr?? sa pr??sence universelle, le comportement diamagn??tique est observ??e que dans un mat??riau purement diamagn??tique. Dans un mat??riau diamagn??tique, il n'y a pas des ??lectrons non appari??s, de sorte que les moments magn??tiques des ??lectrons intrins??que ne peuvent pas produire un effet de volume. Dans ces cas, l'aimantation r??sulte de mouvements orbitaux des ??lectrons, qui peuvent ??tre comprises classiquement comme suit:

Lorsqu'un mat??riau est plac?? dans un champ magn??tique, les ??lectrons en orbite autour du noyau conna??tront, en plus de leur Coulomb attirance pour le noyau, un Force de Lorentz du champ magn??tique. Selon la direction dans laquelle l'??lectron est en orbite, cette force peut augmenter le force centrip??te sur les ??lectrons, en les tirant vers le noyau, ou bien il peut diminuer la force, en les ??cartant du noyau. Cet effet augmente syst??matiquement les moments magn??tiques orbitaux qui ont ??t?? align??es en face du champ et diminue ceux align??s parall??lement au champ (conform??ment ?? La loi de Lenz). Il en r??sulte un faible moment magn??tique en vrac, avec un sens oppos?? au champ appliqu??.

A noter que cette description est destin??e uniquement ?? titre d' heuristique; une bonne compr??hension n??cessite une m??canique quantique description.

Notez que tous les mat??riaux subissent cette r??ponse orbitale. Cependant, dans les substances paramagn??tiques et ferromagn??tiques, l'effet diamagn??tique est submerg?? par les effets beaucoup plus fortes provoqu??es par les ??lectrons non appari??s.

Paramagn??tisme

Dans un mat??riau paramagn??tique des ??lectrons non appari??s, il ya, ?? savoir atomique ou orbitales mol??culaires avec exactement un ??lectron en eux. Bien ??lectrons appari??s sont tenus par le Principe d'exclusion de Pauli d'avoir leur intrins??que (??spin??) des moments magn??tiques pointant dans des directions oppos??es, provoquant leurs champs magn??tiques se annulent, un ??lectron non appari?? est libre pour aligner son moment magn??tique dans ne importe quelle direction. Quand un champ magn??tique externe est appliqu??, ces moments magn??tiques tendent ?? se aligner dans la m??me direction que le champ appliqu??, renfor??ant ainsi.

Ferromagn??tisme

Un aimant permanent brandissant plusieurs pi??ces de monnaie

Un ferromagn??tique, comme une substance paramagn??tique, a ??lectrons non appari??s. Cependant, en plus de la tendance du moment magn??tique intrins??que des ??lectrons ?? ??tre parall??le ?? un champ appliqu??, il est aussi dans ces mat??riaux une tendance de ces moments magn??tiques ?? orienter parall??lement les uns aux autres pour maintenir un ??tat d'??nergie basse. Ainsi, m??me lorsque le champ appliqu?? est enlev??, les ??lectrons dans le mat??riau de maintenir une orientation parall??le.

Chaque substance ferromagn??tique a sa propre temp??rature individuel, appel?? Temp??rature de Curie, ou point de Curie, au-dessus duquel il perd ses propri??t??s ferromagn??tiques. Ce est parce que la tendance au d??sordre thermique accable l'??nergie baissant en raison de l'ordre ferromagn??tique.

Certains mat??riaux ferromagn??tiques bien connus qui pr??sentent des propri??t??s magn??tiques facilement d??tectables (pour former aimants ) sont le nickel , le fer , le cobalt , le gadolinium et de leur alliages.

Domaines magn??tiques

Domaines magn??tiques dans un mat??riau ferromagn??tique.

Le moment magn??tique des atomes dans un mat??riau ferromagn??tique les amener ?? se comporter quelque chose comme de minuscules aimants permanents. Ils collent ensemble et se rallient en petites r??gions de l'alignement plus ou moins uniforme appel??s domaines magn??tiques ou Domaines de Weiss. Des domaines magn??tiques peuvent ??tre observ??s avec un microscope ?? force magn??tique pour r??v??ler les limites des domaines magn??tiques qui ressemblent ?? des lignes blanches dans l'esquisse. Il ya de nombreuses exp??riences scientifiques qui peuvent physiquement montrer champs magn??tiques.

Effet d'un aimant sur les domaines.

Quand un domaine contient trop de mol??cules, il devient instable et se divise en deux domaines align??s dans des directions oppos??es afin qu'ils collent ensemble plus stable comme indiqu?? ?? droite.

Lorsqu'ils sont expos??s ?? un champ magn??tique, les limites du domaine se d??placent de sorte que les domaines align??s avec le champ magn??tique se d??veloppent et dominent la structure telle que repr??sent??e ?? gauche. Lorsque le champ de magn??tisation est retir??, les domaines ne peuvent pas retourner ?? un ??tat non magn??tis??. Il en r??sulte ??tant magn??tis?? de mat??riau ferromagn??tique, la formation d'un aimant permanent.

Lorsque magn??tis?? jamais assez que le domaine en vigueur envahit tous les autres pour aboutir ?? un seul domaine unique, le mat??riau est magn??tiquement satur??. Lorsqu'un mat??riau ferromagn??tique magn??tis?? est chauff?? ?? la Temp??rature du point de Curie, les mol??cules sont agit??s au point que les domaines magn??tiques perdent l'organisation et les propri??t??s magn??tiques qu'ils causent cessez. Lorsque le mat??riau est refroidi, cette structure d'alignement de domaine retourne spontan??ment, de fa??on ?? peu pr??s analogue ?? la fa??on dont un liquide peut figer dans un solide cristallin.

Antiferromagn??tisme

Ordre antiferromagn??tique

Dans un antiferromagn??tique, contrairement ?? un mat??riau ferromagn??tique, il ya une tendance pour les moments magn??tiques intrins??ques des ??lectrons de valence voisin pour pointer dans des directions oppos??es. Lorsque tous les atomes sont dispos??s dans une substance telle sorte que chaque voisin est ??anti-align??s", la substance est antiferromagn??tique. Antiferroaimants ont un moment magn??tique net de z??ro, ce qui signifie pas de champ est produit par eux. Antiferromagn??tiques sont moins fr??quents par rapport aux autres types de comportements, et sont le plus souvent observ??s ?? de basses temp??ratures. Dans des temp??ratures variables, antiferroaimants peuvent ??tre vus pour pr??senter des propri??t??s diamagn??tiques et ferromagn??tiques.

Dans certains mat??riaux, les ??lectrons voisins veulent pointer dans des directions oppos??es, mais il n'y a aucune disposition g??om??trique dans laquelle chaque paire de voisins est anti-align??. Ceci est appel?? un tourner le verre, et est un exemple de frustration g??om??trique.

Ferrimagn??tisme

Commande ferrimagn??tique

Comme ferromagn??tisme, ferrimagn??tiques conservent leur magn??tisation en l'absence d'un champ. Cependant, comme antiferromagn??tiques, paires voisines de spins ??lectroniques comme le point dans des directions oppos??es. Ces deux propri??t??s ne sont pas contradictoires, puisque dans l'arrangement g??om??trique optimal, il n'y a actuellement plus de la sous-r??seau magn??tique des ??lectrons qui pointent dans une direction, ?? partir du sous-r??seau qui pointe dans la direction oppos??e.

Plus ferrites sont ferrimagn??tique. La substance magn??tique d'abord d??couvert, la magn??tite, est une ferrite et a ??t?? consid??r?? comme un mat??riau ferromagn??tique; Louis N??el r??fut?? cela, cependant, apr??s avoir d??couvert ferrimagn??tisme.

Superparamagn??tisme

Quand un ferromagn??tique ou ferrimagn??tique est suffisamment petit, il agit comme un spin magn??tique unique qui est soumis ?? Mouvement brownien. Sa r??ponse ?? un champ magn??tique est qualitativement similaire ?? la r??ponse d'un paramagn??tique, mais beaucoup plus grande.

??lectro-aimant

Une ??lectro-aimant est un type d' aimant dont le magn??tisme est produit par le courant ??lectrique de courant. Le champ magn??tique dispara??t lorsque le courant cesse.

Autres types de magn??tisme

Aimant mol??culaire
M??tamagn??tisme
Aimant ?? base de mol??cule-
verre Spin

Magn??tisme, l'??lectricit?? et la relativit?? restreinte

En cons??quence de la th??orie d'Einstein de la relativit?? restreinte, l'??lectricit?? et le magn??tisme sont fondamentalement li??s. Les deux magn??tisme manque d'??lectricit??, le magn??tisme et l'??lectricit?? sans, sont incompatibles avec la relativit?? restreinte, ?? cause des effets tels que la contraction des longueurs, dilatation du temps, et le fait que le force magn??tique est fonction de la vitesse. Toutefois, lorsque l'??lectricit?? et le magn??tisme sont pris en compte, la th??orie qui en r??sulte (??lectromagn??tisme) est pleinement compatible avec la relativit?? restreinte. En particulier, un ph??nom??ne qui appara??t purement ??lectrique pour un observateur peut ??tre purement magn??tique ?? l'autre, ou plus g??n??ralement les contributions relatives de l'??lectricit?? et le magn??tisme sont d??pendants sur le cadre de r??f??rence. Ainsi, la relativit?? restreinte "m??lange" ??lectricit?? et le magn??tisme en une seule, ph??nom??ne ins??parable appel?? ??lectromagn??tisme, analogue ?? la fa??on dont la relativit?? "m??lange" espace et le temps dans l'espace-temps.

Les champs magn??tiques dans un mat??riau

Dans le vide,

$\ Mathbf {B} \ = \ \ mu_0 \ mathbf {} H,$

o?? $μ 0$ est la la perm??abilit?? du vide.

Dans un mat??riau,

$\ Mathbf {B} \ = \ \ mu_0 (\ mathbf {H} + \ mathbf {M}). \$

La quantit?? $μ 0 M$ est appel?? polarisation magn??tique.

Si le champ $H$ est faible, la r??ponse de l'aimantation $M$ en un diamagnet ou paramagn??tique est ?? peu pr??s lin??aire:

$\ Mathbf {M} = \ chi \ mathbf {} H,$

la constante de proportionnalit?? appel??e la susceptibilit?? magn??tique. Dans l'affirmative,

$\ Mu_0 (\ mathbf {H} + \ mathbf {M}) \ = \ \ mu_0 (1+ \ chi) \ mathbf {H} \ = \ \ mu_r \ mu_0 \ mathbf {H} \ = \ \ mu \ mathbf {H}.$

Dans un aimant dure comme un ferromagn??tique, $M$ ne est pas proportionnelle au champ et est g??n??ralement non nulle m??me lorsque $H$ est ??gal ?? z??ro (voir R??manence).

Force due au champ magn??tique - La force magn??tique

Lignes de force magn??tique d'un aimant bar montr??es par la limaille de fer sur papier

Le ph??nom??ne du magn??tisme est "m??diation" par le champ magn??tique. Un dip??le de courant ??lectrique ou magn??tique cr??e un champ magn??tique, et ce champ, ?? son tour, transmet des forces magn??tiques sur d'autres particules qui se trouvent dans les champs.

Les ??quations de Maxwell, qui simplifient la Loi de Biot-Savart dans le cas des courants stables, d??crire l'origine et le comportement des champs qui r??gissent ces forces. Par cons??quent, chaque fois que le magn??tisme est consid??r?? ??lectriquement les particules charg??es sont en mouvement --- par exemple, de mouvement des ??lectrons dans un courant ??lectrique, ou dans certains cas de mouvement orbital des ??lectrons autour du noyau d'un atome. Ils d??coulent ??galement de ??intrins??que?? dip??les magn??tiques r??sultant de la m??canique quantique essorage.

Les m??mes situations qui cr??ent des champs magn??tiques - charge se d??pla??ant sur un courant ou dans un atome, et dip??les magn??tiques intrins??ques - sont ??galement les situations dans lesquelles un champ magn??tique a un effet, la cr??ation d'une force. Voici la formule de d??placement des charges; pour les forces sur un dip??le intrins??que, voir dip??le magn??tique.

Lorsque une particule charg??e se d??place ?? travers un champ magn??tique B, il se sent un Force de Lorentz F donn?? par le produit crois?? :

$\ Mathbf {F} = q (\ mathbf {v} \ times \ mathbf {B})$

o??

$q$ est la charge ??lectrique de la particule, et

v est la vitesse vecteur de la particule

Parce que ce est un produit en croix, est la force perpendiculaire ?? la fois le mouvement de la particule et du champ magn??tique. Il se ensuit que la force magn??tique ne fait pas de travaux sur la particule; il peut changer le sens du mouvement de la particule, mais il ne peut pas la faire acc??l??rer ou ralentir. La grandeur de la force est

$F = QVB \ sin \ theta \,$

o?? $\ Theta$ est l'angle entre V et B.

Un outil pour d??terminer la direction du vecteur de vitesse d'une charge en mouvement, le champ magn??tique, et la force exerc??e est la ??tiqueter l'index "V", le doigt du milieu "B", et la pouce "F" avec votre main droite. Lorsque vous effectuez une configuration des armes ?? feu comme, avec le majeur passer sous l'index, les doigts repr??sentent le vecteur vitesse, vecteur du champ magn??tique, et vecteur de force, respectivement. Voir ??galement r??gle de la main droite.

Dip??les magn??tiques

Une source tr??s courante du champ magn??tique montr?? dans la nature est un dip??le, avec un " P??le sud "et un" P??le Nord ", termes qui remontent ?? l'utilisation d'aimants que compas, l'interaction avec le Le champ magn??tique terrestre pour indiquer Nord et du Sud sur le monde. Depuis extr??mit??s oppos??es d'aimants sont attir??s, le p??le nord d'un aimant est attir?? par le p??le sud d'un autre aimant. De la Terre P??le Nord magn??tique (actuellement dans l'oc??an Arctique, au nord du Canada) est physiquement un p??le sud, car il attire le p??le nord d'une boussole.

Un champ magn??tique contient l'??nergie , et les syst??mes physiques se d??placer vers des configurations avec une ??nergie inf??rieure. Lorsque le mat??riau diamagn??tique est plac?? dans un champ magn??tique, un dip??le magn??tique a tendance ?? se aligner dans une polarit?? oppos??e ?? celle champ, r??duisant ainsi l'intensit?? du champ net. Lorsque le mat??riau ferromagn??tique est plac?? dans un champ magn??tique, les dip??les magn??tiques se alignent au champ appliqu??, ??largissant ainsi les parois de domaine des domaines magn??tiques.

Monop??les magn??tiques

Depuis une barre aimant??e tire son ferromagn??tisme des ??lectrons r??partis uniform??ment dans la barre, quand un barreau aimant?? est coup?? en deux, chacune des pi??ces r??sultant est un aimant de petit bar. M??me si un aimant est dit avoir un p??le nord et un p??le sud, ces deux p??les ne peuvent ??tre s??par??es l'une de l'autre. Un monopole - si une telle chose existe - serait une nouvelle et fondamentalement diff??rente de l'objet magn??tique. Il serait agir comme un p??le nord isol??, reli?? ?? un p??le sud ou inversement. Monop??les porteraient "charge magn??tique" analogue ?? charge ??lectrique. Malgr?? des recherches syst??matiques depuis 1931, ?? partir de 2010, ils ne ont jamais ??t?? observ??s, et pourraient tr??s bien ne pas exister.

N??anmoins, certaines mod??les de physique th??orique pr??disent l'existence de ces monop??les magn??tiques. Paul Dirac a observ?? en 1931 que, parce que l'??lectricit?? et le magn??tisme montrent une certaine sym??trie , tout comme la th??orie quantique pr??dit que individuels positifs ou n??gatifs des charges ??lectriques peuvent ??tre observ??s sans la charge adverse, isol??s p??les sud ou le nord magn??tique devraient ??tre observables. En utilisant la th??orie quantique de Dirac a montr?? que si monop??les magn??tiques existent, on pourrait expliquer la quantification de la charge ??lectrique --- ce est, pourquoi l'observ?? particules ??l??mentaires portent des charges qui sont des multiples de la charge de l'??lectron.

Certain grandes th??ories unifi??es pr??disent l'existence de monop??les qui, ?? la diff??rence des particules ??l??mentaires, sont solitons (paquets d'??nergie localis??es). Les premiers r??sultats de l'utilisation de ces mod??les pour estimer le nombre de monopoles cr????s dans le big bang contredites observations cosmologiques - les monopoles auraient ??t?? si abondante et massif qu'ils ont depuis longtemps stopp?? l'expansion de l'univers. Cependant, l'id??e de l'inflation (pour lequel ce probl??me a ??t?? une motivation partielle) a r??ussi ?? r??soudre ce probl??me, la cr??ation de mod??les dans lequel monop??les exist??, mais ??taient assez rare pour ??tre compatible avec les observations actuelles.

Origine m??canique quantique du magn??tisme

En principe, tous les types de magn??tisme origine (similaire ?? supraconductivit?? ) ?? partir de ph??nom??nes de la m??canique quantique sp??cifique (par exemple, Formulation math??matique de la m??canique quantique, en particulier les chapitres sur rotation et sur la Principe de Pauli). Un mod??le de r??ussite a d??j?? ??t?? d??velopp?? en 1927, par Walter et Heitler Fritz London, qui d??rive m??caniquement quantique, comment les mol??cules d'hydrog??ne sont form??s ?? partir d'atomes d'hydrog??ne, ce est ?? dire ?? partir des orbitales atomiques d'hydrog??ne $u_A$ et $u_B$ centr??e sur les noyaux A et B, voir ci-dessous. Cela conduit ?? ce magn??tisme, ne est pas du tout ??vident, mais cela sera expliqu?? dans la suite.

Selon la th??orie Heitler-Londres, soi-disant ?? deux corps mol??culaire $\ Sigma$ -orbitals sont form??s, ?? savoir l'orbitale r??sultant est:

$\ Psi (\ mathbf r_1, \, \, \ mathbf r_2) = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \, \, \ left (u_A (\ mathbf r_1) u_B (\ mathbf r_2) + u_B ( \ mathbf r_1) u_A (\ mathbf r_2) \ right)$

Ici, le dernier produit signifie qu'un premier ??lectron, R ₁ est un atome d'hydrog??ne en-orbital centr?? sur le deuxi??me noyau, tandis que le second ??lectron tourne autour du premier noyau de l'atome. Ce ph??nom??ne "d'??change" est une expression pour la propri??t?? de la m??canique quantique que les particules avec des propri??t??s identiques ne peuvent ??tre distingu??s. Il est sp??cifique non seulement pour la formation de liaisons chimiques , mais comme nous allons le voir, ??galement pour le magn??tisme, ce est ?? dire ?? cet ??gard le terme interaction d'??change se pr??sente, un terme qui est essentiel pour l'origine de magn??tisme, et qui est plus fort, plus ou moins par des facteurs de 100 et m??me 1000, que les ??nergies r??sultant de l'??lectrodynamique interaction dip??le-dip??le.

Quant ?? la fonction de vrillage $\ Chi (s_1, S_2)$ , Qui est charg?? de le magn??tisme, nous avons d??j?? mentionn?? le principe de Pauli, ?? savoir qu'une orbitale sym??trique (ce est ?? dire avec le signe + comme ci-dessus) doivent ??tre multipli??es avec une fonction de spin antisym??trique (avec un signe -), et vice versa. Ainsi:

$\ Chi (s_1, \, \, S_2) = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \, \, \ left (\ alpha (s_1) \ beta (S_2) - \ beta (s_1) \ alpha ( S_2) \ right)$ ,

Ce est ?? dire, non seulement $u_A$ et $u_B$ doit ??tre substitu?? par α et β, respectivement (la premi??re entit?? signifie "spin up", la seconde une ??spin down"), mais aussi le signe + par le signe -, r _i et enfin par les valeurs discr??tes s _(i = ?? ??); de ce fait, nous avons $\ Alpha (+1/2) = \ beta (-1/2) = 1$ et $\ Alpha (-1/2) = \ beta (+1/2) = 0$ . Le " Singulet ", ce est ?? dire le signe -, signifie: les spins sont antiparall??les, ce est ?? dire pour le solide, nous avons antiferromagn??tisme, et pour les mol??cules deux atomiques on a diamagn??tisme. La tendance ?? former un (homoeopolar) liaison chimique (ce qui signifie: la formation d'une orbitale mol??culaire sym??trique, ce est ?? dire avec le signe +) r??sulte ?? travers le principe de Pauli automatiquement dans un ??tat de spin antisym??trique (ie avec le signe -). En revanche, la r??pulsion de Coulomb des ??lectrons, ce est ?? dire la tendance qu'ils tentent d'??viter l'autre par cette r??pulsion, conduirait ?? une fonction antisym??trique orbitale (ce est ?? dire avec le signe -) de ces deux particules, et compl??mentaire ?? une fonction de rotation sym??trique (ce est ?? dire avec le signe +, l'un des soi-disant " fonctions triplet "). Ainsi, maintenant les tours seraient parall??les ( ferromagn??tisme dans un solide, paramagn??tisme dans les gaz deux atomiques).

Cette derni??re tendance domine dans la m??taux fer , cobalt et nickel , et dans certaines terres rares, qui sont ferromagn??tique. La plupart des autres m??taux, o?? la tendance mentionn??e en premier domine, sont non magn??tique (par exemple, sodium , aluminium et magn??sium ) ou antiferromagn??tique (par exemple mangan??se ). Gaz diatomiques sont ??galement presque exclusivement diamagn??tique, et non paramagn??tique. Cependant, la mol??cule d'oxyg??ne, en raison de l'implication de π-orbitales, est une exception importante pour les sciences de la vie.

Les consid??rations Heitler-Londres peuvent ??tre g??n??ralis??s ?? la Mod??le de Heisenberg du magn??tisme (Heisenberg 1928).

L'explication des ph??nom??nes est donc essentiellement bas??e sur toutes les subtilit??s de la m??canique quantique, alors que l'??lectrodynamique couvre principalement la ph??nom??nologie.

Unit??s de l'??lectromagn??tisme

Unit??s SI li??e au magn??tisme

Unit??s SI de l'??lectromagn??tisme
Symbole	Nom de la Quantit??	Des unit??s d??riv??es	Conversion de International unit??s SI de base
Je	Courant ??lectrique	Amp??re ( SI unit?? de base )	$\ Mathrm {A = C \ s ^ {- 1}}$
q	Charge ??lectrique	Coulomb	$\ Mathrm {C = A \ s}$
$U, \ \ Delta V, \ \ Delta \ phi, \ \ Epsilon$	Diff??rence de potentiel; Force ??lectromotrice	volt	$\ Mathrm {V = J \ C ^ {- 1} = \ kg A ^ {- 1} m ^ 2s ^ {- 3}}$
$R; \ \ Zeta; \ \ Chi$	R??sistance ??lectrique ; Imp??dance; R??actance	ohm	$\ Mathrm {\ Omega = V \ A ^ {- 1} = kg \ m ^ {2} \ A ^ {- 2} s ^ {- 3}}$
$\ \ Rho$	R??sistivit??	ohm m??tre	$\ Mathrm {\ Omega \ m = kg \ A ^ {- 2} m ^ 3s ^ {- 3}}$
$\ \ Rho$	Courant ??lectrique	watt	$\ mathrm {W = V \ A = kg \ m ^ 2s ^ {- 3}}$
$\ C$	Capacitance	farad	$\ Mathrm {F = C \ V ^ {- 1} = A ^ 2 kg ^ {- 1} m ^ {- 2} s ^ 4}$
$\ Mathbf {\ Epsilon}$	Champ ??lectrique force	volt par m??tre	$\ Mathrm {V \ m ^ {- 1} = C ^ {- 1} N = kg \ A ^ {- 1} m \ s ^ {- 3}}$
$\ Mathbf {D}$	Induction ??lectrique	Coulomb par m??tre carr??	$\ Mathrm {C \ m ^ {- 2} = A \ m ^ {- 2} s}$
$\ Varepsilon$	Permittivit??	farad par m??tre	$\ Mathrm {F \ m ^ {- 1} = A ^ {2} kg ^ {- 1} m ^ {- 3} s ^ {4}}$
$\! \ Chi_e$	Susceptibilit?? ??lectrique	Dimension
$\ Beta; \ G; \ \ Upsilon$	Conductance ; Entr??e; Susceptance	siemens	$\ \ Mathrm {S = \ Omega ^ {- 1} = kg ^ {- 1} A ^ 2m ^ {- 2} s ^ 3}$
$\ Gamma, \ \ kappa, \ \ sigma$	Conductivit??	siemens par m??tre	$\ Mathrm {S \ m ^ {- 1} = A ^ 2 kg ^ {- 1} m ^ {- 3} s ^ 3}$
$\ \ Mathbf {B}$	Densit?? de flux magn??tique, l'induction magn??tique	tesla	$\ Mathrm {T = Wb \ m ^ {- 2} = kg \ A ^ {- 1} s ^ {- 2}}$
$\ \ Phi$	Flux magn??tique	weber	$\ Mathrm {Wb = V \ s = kg \ A ^ {- 1} m ^ 2s ^ {- 2}}$
$\ Mathbf {H}$	Intensit?? du champ magn??tique	amp??re par m??tre	$\ Mathrm {A \ m ^ {- 1}}$
$L, \ \ Mu$	Inductance	Henri	$\ Mathrm {H = Wb \ A ^ {- 1} = V \ A ^ {- 1} s = kg \ A ^ {- 2} m ^ 2s ^ {- 2}}$
$\ \ Mu$	Perm??abilit??	henry par m??tre	$\ Mathrm {H m ^ {- 1} = kg \ A ^ {- 2} m \ s ^ {- 2}}$
$\ \ Chi$	Susceptibilit?? magn??tique	Dimension

Autres unit??s

gauss - Le gauss est le centim??tre-gramme-seconde (CGS) unit?? de champ magn??tique (not?? B).
oersted - Le oersted est l'unit?? CGS de champ magn??tisant (H not??e).
maxwell - Le Maxwell est l'unit?? CGS pour flux magn??tique.
gamma - est une unit?? de densit?? de flux magn??tique qui a ??t?? couramment utilis?? avant la Tesla est entr?? en usage (1,0 gamma = 1.0 nanotesla)
μ ₀ - symbole commun pour la perm??abilit?? de l'espace libre (4π ?? 10 ^-7 newton / ( amp??re-tour) ^2).

Vivre les choses

Certains organismes peuvent d??tecter des champs magn??tiques, un ph??nom??ne connu sous le nom magnetoception. ??tudes de Magnetobiology champs magn??tiques comme un m??decin de traitement; champs produites naturellement par un organisme sont appel??s biomagn??tisme.

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