Comment fonctionne le magnétisme ?

[andretou]

Bonjour à tous
Je n'arrive pas à comprendre comment 2 aimants peuvent s'attirer.
En effet, si j'interprète correctement la théorie de l'électromagnétisme, l'attraction entre aimants résulte d'un échange de particules entre ces aimants, en l'occurrence des photons.
Mais quelle est la particularité de ces photons "attracteurs" ? Sont-ils de même nature que les photons de lumière ? Mais dans ce cas pourquoi 2 sources lumineuses orientées l'une vers l'autre ne s'attirent-elles pas comme 2 aimants ?
Merci pour vos réponses
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[Deedee81]

Salut,

Evite l'explication en termes de photons (déjà, un champ magnétique pur, c'est des photons virtuels, alors que un rayon lumineux, c'est des photons réels). Trop compliqué.

L'électromagnétisme, c'est des champs, et c'est déjà beaucoup plus facile à comprendre avec ça.
Regarde ici : https://fr.scribd.com/document/31986...ctromagnetisme

[albanxiii]

Bonjour,

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

C'est pourtant simple, par rapport aux questions que vous posez d'habitude.
Interaction dipôle-dipôle magnétique : https://fr.wikipedia.org/wiki/Intera...le-dip%C3%B4le bonne lecture.
N'hésitez pas à aller lire sur les notions utilisées dans cet article et que vous ne connaîtriez pas.

[andretou]

Merci Deedee et Albanxiii pour ces documents (Deedee ce cours sur l'électromagnétisme est remarquablement clair, je le recommande à tous).
Toutefois, le concept de champ magnétique reste encore obscur pour moi. Que contient en effet un champ magnétique ?
1/ Le champ magnétique est-il simplement l'espace situé entre 2 pôles magnétiques opposés ? Mais dans ce cas qu'est-ce qui génère la force d'attraction entre les pôles ?
2/ Le champ magnétique est-il l'espace situé entre les 2 pôles, mais traversé par un flux de photons produit par les pôles ? Mais dans ce cas, ne doit-on pas alors observer un rayonnement entre les pôles ? De plus, la masse des pôles ne doit-elle pas varier conformément à la relation d'équivalence E=mc², et finir à terme par disparaître ? Et si c'est le flux de photons qui génère la force d'attraction, comment concrètement les photons réalisent-ils cet exploit à mains nues ?
3/ Autre possibilité ?...

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

Oubliez ce flux de photons, ce n'est pas de votre niveau (sans offenses...)

[andretou]

Le magnétisme est-il donc plus complexe que la relativité générale ou que la mécanique quantique ?

[jacknicklaus]

non, c'est plus simple. En effet, dans un cursus universitaire classique, on aborde l'électromagnétisme avant la relativité et la MQ.

Et ce sont justement vos notions de RG et MQ issues de vulgarisation pas bien digérées (là aussi, sans offense) qui vous perturbent. Laissez de côté tout ce que vous savez de la relativité et de la physique quantique, vous n'en aurez pas besoin avant un bon bout de temps lors de vos études de ce très beau domaine de la physique.

bon courage

[coussin]

Le magnétisme est-il donc plus complexe que la relativité générale ou que la mécanique quantique ?

Non, c'est très simple. C'est l'interaction entres moments dipolaires magnétiques comme indiqué dans les messages #2 et #3.
Une conséquence désastreuse de la "vulgarisation scientifique" c'est de marteler à tout bout de champ que tout ça se fait via échange de photons. C'est stupide et irresponsable de dire ça comme ça.

[albanxiii]

Que contient en effet un champ magnétique ?

Il vaut mieux considérer qu'il ne contient rien.

Vous pouvez vous imaginer une champ magnétique comme une région de l'espace dans laquelle une charge test de valeur et de vitesse subit une force égale à . C'est largement suffisant pour aller jusqu'au niveau M2, donc a fortiori (sans vouloir vous offenser), pour vous.

C'est moins sexy que de parler de photons et de E=mc². C'est à vous de décider si vous voulez essayer de comprendre un peu de physique ou rester sur le superficiel de la vulgarisation.

[andretou]

Merci à tous pour vos commentaires non-offensants
Je note en effet que dans les cours universitaires sur l'électromagnétisme, le champ est défini comme un espace vectoriel, et rien de plus (voir notamment le cours de Mr Taillet à 15.50 qui dit "il n'y a rien à comprendre, on appelle ça comme ça")
https://www.youtube.com/watch?v=5EU9BcWCKlQ

Pour autant, la force magnétique fait bien partie de l'interaction électromagnétique.
Or, n'est-il pas établi que l'interaction électromagnétique est transportée par le photon ?
https://fr.wikipedia.org/wiki/Intera...agn%C3%A9tique

De ce fait, je ne comprends pas pourquoi vous me demandez de renoncer à l'idée que le photon puisse être impliqué dans les phénomènes magnétiques...
Car si le photon n'est pas le vecteur de la force magnétique, alors quel est le vecteur ?

[Deedee81]

Salut,

Faraday parlait d'ailleurs de "champs de force".

[coussin]

Il n'est pas question de renoncer à quoi que ce soit. Encore une fois, c'est une question de niveau.
Ce qu'on ne dit jamais dans ces articles de vulgarisation, c'est que ces fameux photons vecteurs de l'interaction électromagnétique n'ont rien à voir avec les photons de la lumière.
Ils n'ont tellement rien à voir que toutes les questions que vous posez dans votre premier message ne s'appliquent pas à ces photons là.
De plus, il n'est pas nécessaire de faire appel à ces photons de gauge pour décrire l'interaction. La description en terme de champs est suffisante, plus simple et tout aussi correcte.

[Deedee81]

Croisement, je répondais suite aux explications de Albanxiii

[andretou]

Ce qu'on ne dit jamais dans ces articles de vulgarisation, c'est que ces fameux photons vecteurs de l'interaction électromagnétique n'ont rien à voir avec les photons de la lumière.

Peux-tu STP préciser ? Quelle est la différence entre ces deux types de photons ?

[coussin]

Peux-tu STP préciser ? Quelle est la différence entre ces deux types de photons ?

Recensez toutes les propriétés que vous connaissez au sujet des "photons de lumière". Aucune de ces propriétés ne s'appliquent aux photons de jauge.

[andretou]

Recensez toutes les propriétés que vous connaissez au sujet des "photons de lumière". Aucune de ces propriétés ne s'appliquent aux photons de jauge.

Si les photons de jauge (responsables de l'interaction électromagnétique) n'ont pas les mêmes propriétés que les photons de lumière, alors qu'est-ce qui permet de dire qu'il s'agit bien de photons ?

[Deedee81]

Salut,

Si les photons de jauge (responsables de l'interaction électromagnétique) n'ont pas les mêmes propriétés que les photons de lumière, alors qu'est-ce qui permet de dire qu'il s'agit bien de photons ?

J'avoue ne pas avoir compris le message de coussin. Je le laisse répondre.

Sinon je ne peux qu'insister sur une chose :
- les descriptions vulgarisées en termes de photons sont trop vagues et incomplètes pour vraiment répondre à la question 1.
- Pour répondre à la question il faut une bonne maîtrise de la théorie quantique des champs (et notamment les développements multipolaires et autres joyeusetés)
- Pour bien maîtriser la théorie quantique des champs il faut une très bonne maîtrise de la théorie classique de l'électrodynamique
Et si on raisonne en termes de champs classiques sans essayer de chercher la "nature profonde des choses" (question qui généralement sort du cadre de la physique), alors cette théorie n'est pas si difficile à maitriser.
Physiquement elle est très abordable (et mathématiquement il faut juste connaitre les équations différentielles, ce qui n'est pas trop la mer à boire)

[coussin]

J'avoue ne pas avoir compris le message de coussin. Je le laisse répondre.

C'est simple : les photons de jauge sont des particules virtuelles. Ils n'ont pas forcément E=pc (ce qui est à peu de chose près la définition d'un photon). Ils ne peuvent pas intervenir dans aucun processus réel.

[andretou]

C'est simple : les photons de jauge sont des particules virtuelles. Ils n'ont pas forcément E=pc (ce qui est à peu de chose près la définition d'un photon). Ils ne peuvent pas intervenir dans aucun processus réel.

Mais la force magnétique est pourtant un phénomène bien réel !

[coussin]

Mais la force magnétique est pourtant un phénomène bien réel !

Oui.
Des moments magnétiques dans un des aimants créent un champ magnétique. Ce champ magnétique interagit avec les moments magnétiques (induits ou permanents) présents dans l'autre aimant résultant en une force.
C'est comme ça qu'il faut le voir et ça répond à votre question "Comment fonctionne le magnétisme ?"

Maintenant, si votre question est "Comment fonctionne le magnétisme en termes d'échange de photons de jauge ?" c'est une autre question à laquelle je suis bien incapable de répondre.

[andretou]

Merci Deedee et Coussin pour vos précisions.
Je crois comprendre que le modèle mathématique des champs permet d'analyser et de quantifier parfaitement le phénomène du magnétisme, mais que ce modèle exclut toute interprétation sur la nature du mécanisme.
Est-ce correct ?

[ecolami]

Bonjour,
Une chose que je comprend c'est que les ondes électromagnétiques ont une dualité onde corpuscule avec le photon. Mais un champ magnétique STATIQUE SEUL sans champ électrique parvient mystérieusement a exercer un effet statique sur certain matériaux. Donc tant que tout est statique il n'y a pas d'onde mais cela n'empêche pas qu'un action a distance puisse exister.
Il manque clairement quelque chose là dedans: dire qu'il y a un champ c'est bien mais ça n'explique RIEN. La découverte des ondes electromagnetique a permis de répondre précisément au pourquoi de la transmission d'un effet (ou d'un signal). Mais séparément les notions de champ magnétique et électrique ne répondent pas a la question du lien statique qui unit deux objets dont au moins l'un produit un champ.

[coussin]

Je ne sais pas ce que vous voulez vraiment dire par "nature du mécanisme"...
La nature du magnétisme est, in fine, facile à comprendre. Ce n'est rien d'autre que l'interaction via la force de Lorentz (la partie qv x B de la force de Lorentz) de charges électriques possédant un moment orbital. Ce moment orbital peut être intrinsèque (spin) ou extrinsèque (moment orbital "classique" dû à un mouvement).
L'électrostatique est l'interaction entre des charges immobiles, la magnétostatique (le magnétisme) est l'interaction entre des courants (des charges qui gigotent, plus précisément des charges qui ont un moment angulaire).

Ca, c'est "en gros". Les détails, comme toujours, sont compliqués (présences de domaines (de Weiss) macroscopiques, considérations thermodynamiques, etc...)

[Deedee81]

Juste deux petites choses.

C'est simple : les photons de jauge sont des particules virtuelles. Ils n'ont pas forcément E=pc (ce qui est à peu de chose près la définition d'un photon). Ils ne peuvent pas intervenir dans aucun processus réel.

Je ne l'aurais pas du tout formulé comme ça, mais cette fois j'ai compris. Ok
EDIT et je ne le reformulerai pas, pour éviter d'embrouiller andretou. Autant garder le même langage.

Mais la force magnétique est pourtant un phénomène bien réel !

Attention, on ne vas pas s'engager une nième fois sur la réalité des particules virtuelles, mais il faut tout de même faire attention aux mots en physique et ne pas se laisser abuser par leur signification en "français de tous les jours".
Regarde ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Particule_virtuelle
"particule virtuelle" ne signifie pas du tout "particule irréelle".
EDIT mais je suis bien d'accord que le mot "virtuel" a été très mal choisi. J'aurais préféré "particule transitoire"

Je crois comprendre que le modèle mathématique des champs permet d'analyser et de quantifier parfaitement le phénomène du magnétisme, mais que ce modèle exclut toute interprétation sur la nature du mécanisme.

Hé bien, la théorie quantique des champs apporte un éclairage plus profond sur le phénomène de l'électromagnétisme mais il faut être très prudent sur son interprétation (c'est déjà pas facile avec la mécanique quantique, alors en théorie quantique des champs !!!!) et il faut aussi être prudent sur le sens de l'expression "nature des choses" qui sort souvent du cadre de la physique.

Une chose que je comprend c'est que les ondes électromagnétiques ont une dualité onde corpuscule avec le photon. Mais un champ magnétique STATIQUE SEUL sans champ électrique parvient mystérieusement a exercer un effet statique sur certain matériaux. Donc tant que tout est statique il n'y a pas d'onde mais cela n'empêche pas qu'un action a distance puisse exister.
Il manque clairement quelque chose là dedans: dire qu'il y a un champ c'est bien mais ça n'explique RIEN. La découverte des ondes electromagnetique a permis de répondre précisément au pourquoi de la transmission d'un effet (ou d'un signal). Mais séparément les notions de champ magnétique et électrique ne répondent pas a la question du lien statique qui unit deux objets dont au moins l'un produit un champ.

Je ne suis pas d'accord avec cette analyse pour deux raisons :
- les effets du champ électromagnétique sont locaux. Par exemple, la force de Newton-Lorentz (effet des champs électriques et magnétiques sur une particule chargée), ne concerne que ce qui se passe là où se trouve la particule. Par conséquent, pas besoin d'avoir une transmission de quelque chose pour avoir un effet.
- ensuite, le champ statique n'est pas venu là tout seul. Il y a forcément un moment dans le passé où il y a une transfert de quelque chose. Par exemple, si tu branches le courant sur un condensateur, le temps de sa charge tu as un champ variable entre les plaques avec transmission d'ondes électromagnétiques. Ce n'est qu'une fois le régime établit que tu as un champ électrostatique.

[andretou]

Question idiote, pour laquelle je tiens à m'excuser par avance
Est-il possible de transposer le formalisme de la relativité générale au magnétisme, et d'interpréter ainsi la force d'attraction magnétique comme une contraction de l'espace (plutôt que comme l'action de particules virtuelles) ?
Est-ce que mathématiquement c'est possible ? Cela a-t-il été envisagé ? A priori si ça marche pour la gravitation, pourquoi cela ne marcherait-il pas pour la force d'attraction magnétique (ou pour la force d'attraction électrique, voire pour la force nucléaire forte) ?

[Deedee81]

Est-il possible de transposer le formalisme de la relativité générale au magnétisme, et d'interpréter ainsi la force d'attraction magnétique comme une contraction de l'espace (plutôt que comme l'action de particules virtuelles) ?

On adapte facilement les équations de l'électromagnétisme classique au domaine des espace-temps courbe mais ce n'est clairement pas ça que tu veux dire.

Par contre, oui, on peut interpréter le magnétisme comme un effet de contraction des longueurs (et plus généralement comme un effet relativiste).
Mais pas besoin de la relativité générale, la relativité restreinte suffit.
A lire : https://couleur-science.eu/?d=2014/0...ite-restreinte

Si tu veux parler d'une unification de la relativité générale et de l'électromagnétisme, oui, c'est possible : voir la théorie de Kaluza-Klein.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%...e_Kaluza-Klein
Plus technique : http://www.lpt.ups-tlse.fr/IMG/pdf_EA_2.pdf

Pour l'interaction forte, c'est plus compliqué car c'est une théorie asymptotiquement libre. Son intensité augmente avec la distance.
Sujet très difficile.
C'est assez contre-intuitif, à cause de cette augmentation, l'énergie pour écarter deux quarks augmente très vite et l'énergie impliquée crée d'autres particules.... et on n'arrive pas à isoler des quarks.
C'est le mécanisme de confinement. A cause de cela, la charge "forte" (aussi appelée charge de couleur) est toujours nulle et on observe qu'une interaction résiduelle, l'interaction nucléaire, qui, elle, diminue très vite avec la distance.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Libert%C3%A9_asymptotique
https://en.wikipedia.org/wiki/Callan...anzik_equation

Un livre génial : https://www.amazon.fr/ph%C3%A9nom%C3.../dp/2868833594
Assez technique. Le début est très abordable (ferromagnétisme, modèle d'Ising,...) mais la fin est assez ardue (groupe de renormalisation, équations de Callan-Symanzik)

[ecolami]

Juste deux petites choses. Je ne suis pas d'accord avec cette analyse pour deux raisons :
- les effets du champ électromagnétique sont locaux. Par exemple, la force de Newton-Lorentz (effet des champs électriques et magnétiques sur une particule chargée), ne concerne que ce qui se passe là où se trouve la particule. Par conséquent, pas besoin d'avoir une transmission de quelque chose pour avoir un effet.
- ensuite, le champ statique n'est pas venu là tout seul. Il y a forcément un moment dans le passé où il y a une transfert de quelque chose. Par exemple, si tu branches le courant sur un condensateur, le temps de sa charge tu as un champ variable entre les plaques avec transmission d'ondes électromagnétiques. Ce n'est qu'une fois le régime établit que tu as un champ électrostatique.

Bonjour,
J'ai bien compris que lors d'un mouvement dans un champ magnetique statique un champ électromagnétique est (ou plutôt peut être) crée.
La vraie question concerne en statique le champ magnétique seul d'un aimant permanent capable d'exercer une force sur un objet magnétisable: qu'est-ce qui transmet cet effet si ce n'est pas une onde? Si c'est une onde quelle est sa nature? elle ne peut pas être électromagnétique puisqu'il n'y a pas de champ électrique NI de mouvement qui pourrait en créer.
En réalité autant on sait parfaitement décrire les propriétés d'un champ magnétique autant on ne sait toujours pas la nature du lien qu'il crée entre les objets qui y sont sensibles.

[coussin]

C'est de la magnétostatique, c'est tout.

[Deedee81]

Salut,

J'ai bien compris que lors d'un mouvement dans un champ magnetique statique un champ électromagnétique est (ou plutôt peut être) crée.
La vraie question concerne en statique le champ magnétique seul d'un aimant permanent capable d'exercer une force sur un objet magnétisable: qu'est-ce qui transmet cet effet si ce n'est pas une onde? Si c'est une onde quelle est sa nature? elle ne peut pas être électromagnétique puisqu'il n'y a pas de champ électrique NI de mouvement qui pourrait en créer.
En réalité autant on sait parfaitement décrire les propriétés d'un champ magnétique autant on ne sait toujours pas la nature du lien qu'il crée entre les objets qui y sont sensibles.

Ma réponse reste la même. Le champ agit localement, pas besoin de transmettre quelque chose.
Et si le champ est là c'est parce que l'aimant a été créé à un certain moment et/ou déplacé.

[andretou]

Le champ agit localement, pas besoin de transmettre quelque chose.

Dirais-tu la même chose pour le champ gravitationnel ?