[Quantique] Aimantation d'une point de vue quantique.

[Cech]

Salut !

Pour mieux CeRNer la RMN, je recherche des informations sur la description quantique de l'aimantation et je reste bredouille :l. C'est toujours le même blabla du coup je fais appel à vous pour ces questions pourtant simple ! (Du moins je cherche pas compliqué ^^).

1) Les recherches.

Un aimant est un matériau qui a la propriété d'exercer des forces de répulsions et d'attractions sur n'importe quel objet contenant des matériaux ferromagnétigque.

Cette définition ne dit malheureusement pas : Quelle est la propriété de l'atome qui permet qui permet d'avoir une aimantation ?
La réponse : Le moment magnétique, un des 4 propriétés fondamentales en physique quantique ça veut dire qu'on est bon on est à la source !

En recherchant la définition du moment magnétique on a u = IAn (I de intensité électrique, A de l'aire et n un vecteur unitaire donc u est aussi un vecteur).

Ah... Puisque l'aimantation c'est le moment magnétique et que le moment magnétique contient un composante électrique, finalement la composante électrique du magnétisme est indissociable du magnétisme !

Et victoire sur wikipédia on peut lire : "Les propriétés magnétiques de la matière s'expliquent par la présence de courants microscopiques dans la matière, liés au mouvement des électrons autour du noyau, aux répartitions des nuages électroniques dans les molécules et structures cristallines, et au moment magnétique de spin propre(spin) d'un électron".


2) L'idée à confirmer.

Peut-on considérer que l'électron étant chargé négativement crée un champ électrique dont l'influence sur le particule positive du noyau fait qu'il precesse sur lui même ce qu'on appelle le spin ? Je sais c'es tout bête mais est-ce qu'on peut l'imaginer comme ça, j'en demande pas plus, qu'en dite vous ? ^^ (Et au passage en électricité macroscopique statique on aurait utilisé la loi de Coulomb, à ce niveau comment s'appelle cette force ?)

Si c'est pas ça bon tant pis, ce n'est pas peine perdu car j'ai bien noté où j'en étais alors si quelqu'un pourrait me filer un coup de main en partant des courants électrique microscopique pour remonter vers les propriétés magnétique (en précisant simplement chaque étape afin que ce soit comme un film ^^) ce serait vraiment cool dans tout les cas merci de m'avoir lu et bonne soirée .

Merci de m'avoir lu et bonne soirée.
-----

[SchliesseB]

Je ne suis pas sûr de bien te comprendre mais oui,classiquement, l'électron chargée négativement qui tourne autour du noyau crée comme une spire de courant et donc un dipôle magnétique.

Après ce n'est qu'une vision classique des choses qui ne contient pas tout (la quantique) mais déjà un bon modèle.

Cela vous convient comme réponse?

[Cech]

Salut SchliesseB.

Merci c'est niquel, j'avais peur que la force exercé enfin que la norme des points du champs tende vers 0 arriver au noyau y'a quand même un sacré espace ! Bon c'est cool et maintenant j'aimerais juste avoir quelques éléments juste pour être certains de bien imaginer le phénomène. Le moment magnétique ça c'est bon j'imagine bien grâce à votre confirmation maintenant le magnétisme.
1) Je me demande tout bêtement pourquoi la magnétisme n'augmente pas avec le nombre quantique principale ? En effet plus y'a électron et plus l'intensité du micro courant est forte (I = Dq/dt).

2) I = U/R : Les meilleurs aimants sont les supraconducteurs qui n'ont donc pas de résistivité du coup... On a l'aimantation proportionnelle à l'intensité ? (Et l'aire ne dirais vous ?).

3) Par l'expérience il serait alors plus dur d'arracher un aimant à un autre lorsqu'un des deux est soumis à un courant ?

Bon tout cela va dans le même sens, je cherche à vérifier cette idée nouvelle mais que j'ai beaucoup c'est simple à imaginer ^^.

Après cette idée ne me permet pas de voir l'apparition des pôles au sein d'un aiment ? Ai-je raté quelque chose ? Qu'en diriez vous ?

[Cech]

Ca vient de me revenir, si jamais quelqu'un peut me parler de cette force en tout cas du champs magnétique je suis prenneur ^^. En fait j'aimerais juste savoir en le fait de précessé peut modifier l'environnement autour de la particule.
Par analogie avec le champs électrique, en partant du fait que plus et moins s'attire et se repousse et grâce à la loi de Coulomb on peut imaginer comment marche le champs électrique et en voir quelque propriété basique (proportionnel aux charges et inverse proportionnel à carré de la distance entre les charges). Mais pour la champs magnéfique alors là... ^^ Quels est cette force ? En quoi le moment magnétique va modifier l'environnement (par analogie avec la charges) ?

Voilà je vous en parle, je m'arrêterais là haha, bonne soirée .

[A voir en vidéo sur Futura]

[SchliesseB]

tu cherches quelques choses comme cela: Interaction magnétique dipôle-dipôle(wikipédia) ?

[Cech]

Merci pour le lien. Non, je cherche plutôt la discussion enfin du moins des échanges sur strictement les questions que j'ai posé et que j'espère précises et claires.

[mariposa]

Merci pour le lien. Non, je cherche plutôt la discussion enfin du moins des échanges sur strictement les questions que j'ai posé et que j'espère précises et claires.

Bonjour,

Je te fais une réponse courte.

La source atomique du ferromagnétisme sont les moments magnétiques attachés aux spins des électrons. Cela ne suffit pas pour expliquer le magnétisme. Encore faut-il que ces moments magnétiques soient alignés pour donner une aimantation macroscopique. Ce qui aligne les moments magnétiques ce sont les interactions coulombiennes entre électrons. En effet lorsque tous les spins sont alignés la fonction d'onde spatiale est antisymétrique ce qui entraîne une corrélation de position entre les électrons qui diminue la contribution coulombienne a l'énergie totale de l'état fondamental.

[banankerdi]

Bonjour,
le champ magnetique est cause par des charges en mouvement , c'ast une correction de l'enrgie coulombien cause par la relativite.
Puisqu'on sait bien que les equations de Maxwell sont invariants de Lorentz.
A titre d'exemple le facteur de lande pour un spin electronique g=2 mais en realite g=2.0023 pour de raison relativiste.
Au revoir.

[Cech]

Bonjour Mariposa.

Un grand merci ! Vous avez mis des mots sur ce phénomène, c'est incroyable j'aurais jamais pensé que ce soit coulombien donc de l'électricité statique. J'aimerais refaire si vous le permettez le raisonnement de manière à être certains d'avoir toutes les clefs en mains.

Très simplement car je me doute que le sujet est complexe.
0) Le spin
Je le note 0 car ce n'est pas une étape de raisonnement c'est intrinsèque à l'atome.

1) Polarisation du spin
C'est délicats je ne sais pas comment on fait du coup je me prends pas la tête on fait appel à la spintronique comme dans les disque dur et on va considérer qu'on a un matériaux qui ne laisse passer que les spin de même alignement.

2) Alignement des moments magnétique.
Les spins étant alignés les intéractions coulombienne permettent au moment magnétique de s'aligner.

3) Champs magnétique
Les moments magnétiques crée un champs magnétique.

Bon, j'espère avoir bien suivi vos idée mariposa qu'en pensez vous ? Et j'aimerais bien avoir quelque éléments supplémentaires je pense que ça m'aiderait à mieux comprendre.

1) Comment se polarise les spins dans un atome isolé ?

2) On ressort notre bonne vielle formule de Coulomb F= n.Ke.q/r² (n vecteur unitaire donc F est un vecteur / Ke : Le quart de la constate diélectrique du milieu / r² : Le rayons entre les deux charges).
J'aimerais savoir le lien entre le spin et cette loi de coulomb ; Tout bêtement je pense à l'effet zeeman, si s'il y'a changement de couche électronique le r augmente/diminue mais bon dis ça sans aucune prétention juste je tente de réfléchir tout seul avant de vous demander la réponse ^^.

3) J'aimerais bien savoir comment ces moments magnétiques alignés peuvent crée un champs magnétique ? En effet pour l'instant je vois surtout leurs composante électrique, u=IAn (intensité.Aire.vecteur unitaire = vecteur moment magnétique).
Quant à savoir comment des charges électriques crée un champs électrique ça, ça ne me pose aucun problème car j'y vois la réprésente de la force coulombienne dans l'espace
Mais pour le magnétiques : De quelles forces s'agit-il ? Là c'est beaucoup plus sombre ^^.

[maxwellien]

Pour en savoir sur ce qu'est le spin il faut se tourner vers l'équation de Dirac

[Cech]

Ne peut on pas en discuter ? Car ces équations me rebutent personnellement !

[Stephane_C]

Bonjour.
Je vais essayer de faire mon propre résumé de la conversation, tu me diras si ça t'aides et si j'ai bon. :
Tu veux comprendre comment fonctionne la résonance magnétique nucléaire.
Tu veux savoir ce qu'ai un aimant, d'où vient l'aimantation.

Alors tout d'abord, le spin...
Vaste question pas dut tout triviale. Bon alors il y a toute une panoplie de particule qui possèdent un spin. Ça vient de l'Anglais, ça veut dire tourner sur soi même, ça vient de la première interprétation classique qui a été faite du spin de l'électron.
En fait l'électron a plusieurs caractéristiques, notamment sa masse, sa charge électrique, et son spin. Quand on dit qu'il a un spin de 1/2 c'est parce qu'on compte en unité étrange de physiciens. On compte en unités de ħ. Je dis ça parce que ça m'a perturbé pendant des années avent de faire des études de physiques.
Bref, tu as très bien dit, le moment magnétique, c'est AIn. Voila ça ça permet d'avoir une représentation classique du moment magnétique. Ça permet de caractériser une spire de courant, et moyennant certaines approximations, à partir de ce vecteur, on arrive à remonter au champ magnétique créé par une spire en à peu près n'importe quel point de l'espace. À savoir aussi qu'un moment magnétique plongé dans un champ magnétique a envie de s'aligner avec ce champ.
Bon ; on a découvert je ne sais plus en quelle année que l'électron, en plus d'avoir une charge électrique, avait une charge magnétique. Et une charge magnétique, on appelle ça un moment magnétique. À la différence de la charge électrique qui est une grandeur scalaire (scalaire parce que ça induit des interactions de manières isotropes dans toutes les directions de l'espace, donc une grandeur scalaire suffit), le moment magnétique est une grandeur vectorielle (pseudo vecteur pour les puristes).
La première interprétation qui a été faite fut que l'électron était une sphère chargée électriquement uniformément qui tournait sur elle même, et avait donc un moment cinétique, ou spin, et que la charge surfacique qui tournait agissait comme une spire de courant, créant le moment magnétique de l'électron. Bon le soucis est qu'il faudrait que ces charges se déplacent à des vitesse supraluminiques, donc pas possibles, donc on abandonne l'interprétation classique et on dit que le spin est une propriété intrinsèque de la particule, et que son moment magnétique est proportionnel à son fameux moment cinétique intrinsèque.

Voilà ça c'était pour mettre les idées un peu au clair sur le spin, j'espère que c'est réussi. En gros, spin : moment cinétique de la particule qui s'apparente classiquement à une rotation sur elle même, mais qui dans la réalité ne s'apparente qu'à un moment cinétique. Ça parait bizarre, mais du point de vue des calculs, c'est cool.

Donc le moment magnétique des électrons ( mais aussi des noyaux) est un des aimants qui permet un peu de comprendre ce qu'est un aimant et ce qu'est l'aimantation. Maintenant pourquoi un aimant attire un morceau de fer plus qu'un morceau d'alu, et pas un morceau de bois ?
Comment on fait pour faire léviter une grenouille dans un champ magnétique ?
C'est pas du tout trivial et je vais retourner à mes cours pour plancher un peu sur la question...