Différence entre le diamagnétisme, le paramagnétisme et le ferromagnétisme

Différence principale - Diamagnétisme, Paramagnétisme et Ferromagnétisme

Le diamagnétisme, le paramagnétisme et le ferromagnétisme font référence à la manière dont différents matériaux réagissent aux champs magnétiques. le différence principale entre le diamagnétisme, le paramagnétisme et le ferromagnétisme est que diamagnétisme se réfère à un type de magnétisme qui se forme en opposition à un champ magnétique externe et disparaît lorsque le champ externe est supprimé; paramagnétisme se réfère 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 se réfère à un type de magnétisme dans les matériaux qui se forme dans 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 moments angulaires. Le «moment cinétique» mentionné ici est une propriété de la mécanique quantique, mais il peut être considéré comme analogue au moment cinétique de la physique classique, où les objets ont un moment cinétique s’ils sont en mouvement de rotation.. 

Les électrons présentent deux types de moments angulaires: spin moment angulaire et moments angulaires orbitaux. Moment angulaire de rotation est un propriété intrinsèque d'électrons, comme leur charge ou leur masse. Moment angulaire orbital est une propriété des électrons quand ils sont dans des atomes. Il y a un moment magnétique associé à chacun de ces moments cinétiques. 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 () en raison du moment angulaire de rotation () est donné par:

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

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 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 dans le matériau sont annulés. Lorsqu'un matériau diamagnétique est placé sous un champ magnétique, il génère un champ magnétique qui s'oppose au champ magnétique externe. En conséquence, le matériau est repoussé par le champ extérieur. Par exemple, la figure ci-dessous montre une grenouille vivante qui a été amenée à léviter en utilisant un puissant champ magnétique. Ici, le corps de la grenouille présente un diamagnétisme:

En raison du diamagnétisme, la grenouille produit un champ magnétique qui lui permet de 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 être totalement annulés, de sorte que les atomes se retrouvent 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 d'atomes individuels peuvent alors s'aligner sur le champ magnétique externe, ce qui provoque la magnétisation du matériau. Le champ magnétique produit par les matériaux paramagnétiques est orienté dans la même direction que le champ magnétique externe. Le matériau présente du magnétisme uniquement tant qu'il se trouve dans un champ magnétique externe. Si le champ magnétique externe est désactivé, 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 proches tendent à s’aligner, créant différentes régions (appelées domaines) dans le matériau, où les moments magnétiques dus aux atomes individuels sont alignés. Cependant, les moments magnétiques de différents domaines peuvent toujours être dirigés dans des directions différentes. Lorsqu'un matériau ferromagnétique est placé à l'intérieur d'un champ magnétique externe, les différents domaines situés à l'intérieur des champs magnétiques s'alignent tous sur le champ magnétique externe..

Comment les moments magnétiques de différents domaines magnétiques s'alignent sur un champ magnétique externe lorsque 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 le diamagnétisme, le paramagnétisme et le ferromagnétisme

Moments magnétiques d'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.

Courtoisie d'image

«Une grenouille vivante lévite à l'intérieur du trou vertical de Ø32mm d'un solénoïde de Bitter dans un champ magnétique d'environ 16 teslas au laboratoire d'aimants à champ élevé de Nimègue» par Lijnis Nelemans (Wikipedia anglais) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

“Équitation des armes magnétiques d'un ferromagnétique avec un camp cru…” par 4lex sur Wikipedia espagnol (transféré de es.wikipedia à Commons) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons