Comment fonctionne le magnétisme ?

[Deedee81]

Dirais-tu la même chose pour le champ gravitationnel ?

Oui, tout à fait.
-----

[andretou]

Les équations de l'électromagnétisme rendent-elles compte de la formation des lignes de champs magnétiques ?
https://fr.wikipedia.org/wiki/Champ_...Magnet0873.png
De telles lignes de champs sont-elles également présentes dans les champs gravitationnels ?

[coussin]

Les équations de l'électromagnétisme rendent-elles compte de la formation des lignes de champs magnétiques ?

J'ai du mal à comprendre ce que vous voulez dire par là... Les équations de Maxwell vous disent ce que sont les champs. Donc, les lignes de champ.

[andretou]

Le fait qu'il y ait un champ magnétique ne signifie pas, a priori, que les particules magnétiques doivent se mettre en lignes... Elles pourraient tout aussi bien se disperser de manière homogène à proximité des pôles.

[coussin]

Je comprends mieux. Les particules de limaille de fer ont plutôt une forme d'aiguille. Quand une particule d'une telle forme est soumise à un champ magnétique, elle a tendance à s'aligner avec le champ magnétique (c'est le principe d'une boussole).
Cela donne donc une représentation visuelle des lignes de champ magnétique.

[andretou]

Ok, mais pourquoi ces petites boussoles se disposent-elles sur des lignes de crêtes, laissant des couloirs blancs (comme des franges d'interférences) ?
Les équations de Maxwell justifient-elles de telles crêtes et de tels couloirs dans les champs magnétiques ?
Par ailleurs, la théorie de la relativité générale prévoit-elle de telles crêtes et de tels couloirs dans les champs gravitationnels ?

[coussin]

Non, ce ne sont pas des interférences. Le champ est continu, son intensité aussi. Il n'y a pas de crêtes, couloirs, etc.
C'est comme ça, c'est la façon dont ces particules s'agrègent.

[andretou]

Oui, le champ magnétique est théoriquement continu, mais pourtant on voit bien qu'il se forme des lignes...
Je trouve ça bizarre !!!

[coussin]

Oui, le champ magnétique est théoriquement continu, mais pourtant on voit bien qu'il se forme des lignes...
Je trouve ça bizarre !!!

Encore une fois : c'est comme ça. C'est extrêmement difficile à décrire. C'est comment un milieu granulaire (la limaille de fer) s'organise en réponse à un champ de force (le champ magnétique) sachant que chaque particule de limaille de fer elle-même se magnétise et donc interagit avec ses voisins via une interaction EM.
C'est bien plus simple de constater, de visu, que la limaille de fer s'organise comme ça plutôt que de modéliser tout ça théoriquement.

[andretou]

Ok, j'ai bien noté que c'est comme ça.
Mais le plus logique ne serait-il pas que les poussières de limaille se contentent de s'orienter comme des boussoles en restant à leur place, au lieu de se mettre toutes en lignes à la queue-leu-leu ? Qu'est-ce qui les conduit à adopter cette configuration particulière ?

[coussin]

Je ne sais pas. La physique des milieux granulaires n'est pas ma spécialité. Vous avez la même chose avec les ferrofluides qui forment des "piquants".

[Deedee81]

Salut,

J'arrive comme la cavalerie.

Le champ électromagnétique est vectoriel (représenté par des petites flèches ). Et les lignes de champ ne sont rien d'autre que les lignes tracées en suivant ces flèches. Il est donc normal d'avoir de telles lignes.
Il n'y en a pas pour un champ scalaire (mais on peut tracer des "lignes de niveau" comme avec le "champ" d'altitude d'une région. J'ai mis des guillemets car on ne l'appelle jamais champ mais techniquement c'est bien ça)
Pour un champ tensoriel, il n'y a pas une direction privilégiée en un point, ce n'est pas des vecteurs/flèches. On n'a donc pas de lignes de champ (mais on pourrait tracer aussi des lignes de niveaux en prenant l'intensité moyenne du champ gravitationnel, ou la courbure scalaire par exemple). Par contre si on considère le champ de pesanteur, il est bien vectoriel. On ne s'amuse jamais à tracer des lignes de champs mais on pourrait.

Imaginons des milliards de petits fils à plomb répartis dans une grande région où il y a des variations notables du champ de pesanteur. Alors, en regardant de loin, on verrait ces alignements / lignes de champ.
Tout comme les particules métalliques ont tendance à s'aligner sur les lignes de champs.

Il y a un autre effet. On pourrait penser que cet alignement sur les lignes est normal pour un objet longiligne (comme le fil à plomb). Mais pour des granulés ??? Il se fait là que ces particules métalliques modifient le champ (ce qui n'est pas le cas du fil à plomb, ou très peu s'en faut, à moins d'utiliser des mini trous noirs à la place des plombs ). Les lignes de champs entrent dans le ferromagnétique et se resserrent, augmentant l'intensité du champ magnétique dans leur voisinage et surtout aux deux pôles (définis par les lignes de champ qui traversent la particule) ce qui pousse les autres granulés à se mettre là (ils dérivent à cause du gradient métallique). En somme, chaque granulé se transforme en aimant alignés sur les lignes de champ et les aimants se collent les uns aux autres, faisant l'opération que je suggérais "suivre les flèches".

[stefjm]

Ok, j'ai bien noté que c'est comme ça.
Mais le plus logique ne serait-il pas que les poussières de limaille se contentent de s'orienter comme des boussoles en restant à leur place, au lieu de se mettre toutes en lignes à la queue-leu-leu ? Qu'est-ce qui les conduit à adopter cette configuration particulière ?

C'est une des règles les plus courantes de la nature : règle de flux extrémum (principe de Huygens, Fresnel, etc...)
Ici, les particules se placent pour rendre le flux magnétique (B scalaire surface) extrémum.
C'est un peu comme une porte dans un courant d'air.
Soit elle reste complètement ouverte (flux minimum pour elle, maximum pour l'extérieur), soit elle claque en se fermant (flux maximum pour elle, minimum pour l'extérieur)

Le choix entre ouvert ou fermé est une question de stabilité locale.


Pour ce qui est des espaces entre grain cote à cote, ce serait intéressant à modéliser pour voir si cela est calculable "facilement".

[Deedee81]

Salut,

C'est une des règles les plus courantes de la nature : règle de flux extrémum (principe de Huygens, Fresnel, etc...)
....

+1
C'est complémentaire à mon explication.

Pour ce qui est des espaces entre grain cote à cote, ce serait intéressant à modéliser pour voir si cela est calculable "facilement".

Qualitativement oui (voir mon explication). Quantitativement, non, c'est même ardu. Me rappelle un pote qui avait calculé le champ magnétique dans un moteur asynchrone. Il avait dû faire ça numériquement sur un gros calculateur.
(après ça on le surnommait Maxwell )
Paix à son âme à ce chouette gars décédé précocement dans un accident de voiture en France lors d'un déplacement pour une étude sur la foudre.

En électromagnétisme, en dehors de cas simples et idéalisés, il est rare de pouvoir faire le calcul "à la main".

[mach3]

Mais le plus logique ne serait-il pas que les poussières de limaille se contentent de s'orienter comme des boussoles en restant à leur place, au lieu de se mettre toutes en lignes à la queue-leu-leu ? Qu'est-ce qui les conduit à adopter cette configuration particulière ?

Il faut considérer les nuages électroniques d'un matériau comme étant des petites boucles de courant, qui vont subir une contrainte dans un champ magnétique extérieur. Par une simple application qualitative de la force de Lorentz, on peut prédire comment une boucle de courant va réagir (en supposant qu'il n'y a rien d'autre qu'elle autour). On pourrait détailler un peu, mais je manque de temps, donc pour faire court, la boucle de courant va avoir tendance à s'orienter de façon à ce que le champ qu'elle génère elle-même soit aligné avec le champ extérieur dans lequel elle est plongée.

Dans les matériaux magnétiques, les boucles de courant sont assez "puissantes", elles génèrent des champs assez fort pour s'influencer mutuellement de façon significative. Problème, les champs à l'intérieur et à l'extérieur de la boucle sont en sens inverse (le champ s'enroule autour de la boucle). Prenons une boucle dans le plan xOy. Si je mets une boucle au-dessus d'elle (sur l'axe des z), alors elle se positionnera de façon à tourner dans le même sens. Si je mets une boucle à coté (sur le plan xOy), alors elle tournera dans le sens inverse, parce que le champ est dans l'autre sens.

Si je plonge mon matériau magnétique dans un champ extérieur, celui-ci va imposer une direction aux boucles. Elles vont le plus possible s'orienter de façon à ce que le champ qu'elle génère soit dans le sens du champ extérieur. Du coup toutes les boucles qui sont sur un même axe parallèle au champ vont se renforcer entre-elles (elles verront à la fois le champ extérieur et le champ généré par les voisines de l'axe qui est dans le même sens et donc s'ajoute), alors que celles qui sont dans un plan orthogonal au champ vont se gêner mutuellement (elles verront à la fois le champ extérieur et le champ généré par les voisines du plan qui est dans le sens contraire, donc se retranche). La particule de matériau va changer d'orientation (toujours de la force de Lorentz) de façon à minimiser le plus possible les gênes mutuelles entre boucles : si c'est une aiguille, elle va s'aligner avec le champ (-->boussole). Si c'est une poudre, alors les grains de poudre vont s'attirer mutuellement pour former des agrégats en formes de lignes, alignés sur le champ pour minimisé la gêne. Un tel agrégat va générer sont propre champ. Dans l'agrégat, le champ sera dans le même sens que le champ extérieur, alors qu'à l'extérieur il sera dans le sens inverse. Deux agrégats l'un à coté de l'autre vont donc s'attirer si ils sont à la queue-leu-leu et se repousser si ils sont cote-à-cote. Du coup on aura des lignes de particules de poudre, dans le sens du champ, séparées par des vides parce que chaque ligne repousse ses voisines.

m@ch3

[andretou]

Imaginons des milliards de petits fils à plomb répartis dans une grande région où il y a des variations notables du champ de pesanteur. Alors, en regardant de loin, on verrait ces alignements / lignes de champ.
Tout comme les particules métalliques ont tendance à s'aligner sur les lignes de champs.

L'aspect aligné des anneaux de Saturne est-il à la gravitation ce que les lignes de champ sont au magnétisme ? L'aspect aligné des anneaux comme de la limaille procède-t-il du même principe de distribution de la matière dans un champ ?

[mach3]

L'aspect aligné des anneaux de Saturne est-il à la gravitation ce que les lignes de champ sont au magnétisme ? L'aspect aligné des anneaux comme de la limaille procède-t-il du même principe de distribution de la matière dans un champ ?

rien à voir, hélas.

m@ch3

[Deedee81]

Pour les anneaux, c'est plutôt juste que ça suit des orbites. Et le fait que ces anneaux sont alimentés (par exemple par les geysers d'Encelade) et structurés par les forces de marées dues aux "chiens de berge" (de petits satellites comme Pan, au bord ou dans les anneaux).

Donc, la forme circulaire est grosso modo liée aux lignes de niveau (les orbites) mais pas aux lignes du champ de pesanteur (ces lignes sont radiales !).

[andretou]

rien à voir, hélas.

m@ch3

En effet, je n'avais pas lu ton explication...
Merci pour celle-ci.

[andretou]

Il faut considérer les nuages électroniques d'un matériau comme étant des petites boucles de courant, qui vont subir une contrainte dans un champ magnétique extérieur. Par une simple application qualitative de la force de Lorentz, on peut prédire comment une boucle de courant va réagir (en supposant qu'il n'y a rien d'autre qu'elle autour). On pourrait détailler un peu, mais je manque de temps, donc pour faire court, la boucle de courant va avoir tendance à s'orienter de façon à ce que le champ qu'elle génère elle-même soit aligné avec le champ extérieur dans lequel elle est plongée.

Dans les matériaux magnétiques, les boucles de courant sont assez "puissantes", elles génèrent des champs assez fort pour s'influencer mutuellement de façon significative. Problème, les champs à l'intérieur et à l'extérieur de la boucle sont en sens inverse (le champ s'enroule autour de la boucle). Prenons une boucle dans le plan xOy. Si je mets une boucle au-dessus d'elle (sur l'axe des z), alors elle se positionnera de façon à tourner dans le même sens. Si je mets une boucle à coté (sur le plan xOy), alors elle tournera dans le sens inverse, parce que le champ est dans l'autre sens.

Si je plonge mon matériau magnétique dans un champ extérieur, celui-ci va imposer une direction aux boucles. Elles vont le plus possible s'orienter de façon à ce que le champ qu'elle génère soit dans le sens du champ extérieur. Du coup toutes les boucles qui sont sur un même axe parallèle au champ vont se renforcer entre-elles (elles verront à la fois le champ extérieur et le champ généré par les voisines de l'axe qui est dans le même sens et donc s'ajoute), alors que celles qui sont dans un plan orthogonal au champ vont se gêner mutuellement (elles verront à la fois le champ extérieur et le champ généré par les voisines du plan qui est dans le sens contraire, donc se retranche). La particule de matériau va changer d'orientation (toujours de la force de Lorentz) de façon à minimiser le plus possible les gênes mutuelles entre boucles : si c'est une aiguille, elle va s'aligner avec le champ (-->boussole). Si c'est une poudre, alors les grains de poudre vont s'attirer mutuellement pour former des agrégats en formes de lignes, alignés sur le champ pour minimisé la gêne. Un tel agrégat va générer sont propre champ. Dans l'agrégat, le champ sera dans le même sens que le champ extérieur, alors qu'à l'extérieur il sera dans le sens inverse. Deux agrégats l'un à coté de l'autre vont donc s'attirer si ils sont à la queue-leu-leu et se repousser si ils sont cote-à-cote. Du coup on aura des lignes de particules de poudre, dans le sens du champ, séparées par des vides parce que chaque ligne repousse ses voisines.

m@ch3

Est-ce pour la même raison que les aurores boréales forment dans le ciel ces lignes et ces voiles caractéristiques plutôt qu'un nuage lumineux à la manière d'un néon ?

[increa]

Bonjour à tous
Je n'arrive pas à comprendre comment 2 aimants peuvent s'attirer.

ceci dit, aucune explication donnée ici ne décrit le "coté magique" de l'interaction à distance !
les explications sont comportementales et quantitatives mais n'expliquent en rien le mécanisme qui fait que 2 objets à distance interagissent .

[coussin]

ceci dit, aucune explication donnée ici ne décrit le "coté magique" de l'interaction à distance !
les explications sont comportementales et quantitatives mais n'expliquent en rien le mécanisme qui fait que 2 objets à distance interagissent .

.
C'est que vous n'avez pas saisi les explications.
Il n'y a rien de magique, c'est trivial. Un des objets crée un champ dans lequel baigne l'autre objet. L'interaction s'effectue via ce champ : si vous changez la position d'un des objets au temps t, la force agissant sur l'autre objet changera à t+c/d (d la distance entre les objets) le temps que la nouvelle configuration du champ se soit propagée d'un objet à l'autre.

[mach3]

Est-ce pour la même raison que les aurores boréales forment dans le ciel ces lignes et ces voiles caractéristiques plutôt qu'un nuage lumineux à la manière d'un néon ?

Aucune idée. C'est un phénomène différent.

Petite réflexion. Les aurores polaires sont dues à l'excitation des molécules de l'air par un fort courant de particules chargées diverses.
A cause de la force de Lorentz, une particule chargée du vent solaire va prendre une trajectoire hélicoïdale dans le champ terrestre (si sa vitesse est exactement orthogonale au champ, la trajectoire sera circulaire, et si elle est parallèle, la trajectoire est droite, l'hélice est l'intermédiaire entre les deux), qui semble s'enrouler autour des lignes de champ. Ce courant hélicoïdale va lui-même générer un champ, qui va s'opposer au champ terrestre à l'intérieur de l'hélice mais s'y ajouter à l'extérieur de l'hélice. On peut donc imaginer que les différentes particules, en prenant des trajectoires hélicoïdales vont d'influencer les unes les autres et que cela va induire un comportement d'ensemble particulier, qui expliquerait au moins en partie la forme des aurores. Enfin bon là je pars en hors-piste dans ce que je ne connais pas assez donc on va arrêter là.

m@ch3

[Deedee81]

Salut,

Je viens de faire quelques recherches. Les aurores polaires peuvent avoir toutes sortes de formes : en draperies, diffuses, filandreuses, etc.....
Mais c'est souvent les draperies qu'on montre (parce qu'on trouve ça beau ).

Curieusement, on trouve beaucoup de documents (y compris sur certains sites que je connais bien) qui classent les différentes formes.
Mais on trouve difficilement des infos sur l'origine de ces formes.

J'ai bien quelques idées mais ce serait très personnel, donc je m'abstiendrai. Il semble juste que ce soit complexe et que trois choses entrent en ligne de compte : le vent, le champ magnétique et le fait qu'elles sont produites par des particules très énergétiques (ce qui joue sur la cinématique du phénomène). Mais je n'ai pas réussi à trouver plus d'infos !!!!!

[minushabens]

les explications sont comportementales et quantitatives mais n'expliquent en rien le mécanisme qui fait que 2 objets à distance interagissent .

remarque que l'interaction à distance n'est pas propre au magnétisme. La pomme et la Terre interagissent à distance elles aussi, enfin tant que la pomme n'est pas tombée.

[Deedee81]

remarque que l'interaction à distance n'est pas propre au magnétisme. La pomme et la Terre interagissent à distance elles aussi, enfin tant que la pomme n'est pas tombée.

Même le son agit à distance. Ou les séismes

Et la poste aussi

[andretou]

remarque que l'interaction à distance n'est pas propre au magnétisme. La pomme et la Terre interagissent à distance elles aussi, enfin tant que la pomme n'est pas tombée.

Une différence notable cependant : l'attraction gravitationnelle est - dans une certaine mesure - "compréhensible". La pomme et la Terre n'interagissent pas véritablement l'une sur l'autre, leur interaction est un effet de la courbure de l'espace produite par leurs masses.
En revanche, dans le cas du magnétisme, je crois savoir que l'interaction résulte d'un alignement particulier des spins des électrons périphériques des atomes de l'aimant. Mais à ma connaissance, on ignore pourquoi un spin d'électron a le pouvoir d'attirer (ou de repousser) un électron distant.
Accessoirement, je serais curieux de savoir si l'alignement de spins de protons ou de neutrons est susceptible de produire un champ magnétique ? Ou est-ce que le magnétisme est exclusivement généré par le spin des électrons ?

[coussin]

C'est bien la première fois que je lis que l'interprétation en terme de courbure de l'espace-temps est plus compréhensible que celle en terme de champs

[increa]

.
L'interaction s'effectue via ce champ : si vous changez la position d'un des objets au temps t, la force agissant sur l'autre objet changera à t+c/d (d la distance entre les objets) le temps que la nouvelle configuration du champ se soit propagée d'un objet à l'autre.

bref, vous êtes en train , de me dire qu'une interaction à distance s'effectue à l'aide d'une propriété de l'espace propagée d'un objet sur l'autre .Ceci sans décrire le mécanisme de propagation, ni les forces internes qui siègent dans le milieu spatial entre les deux objets ...
Moi je trouve ça un peu juste comme explication .

[coussin]

Ceci sans décrire le mécanisme de propagation, ni les forces internes qui siègent dans le milieu spatial entre les deux objets ...

Les caractéristiques et la dynamique de ces champs est bien connu. Ça s'appelle les équations de Maxwell.