Origine précession atome plongé champ magnétique ext

[Loosgin]

Salutation les scientifiques,

Je me suis inscrit à un MOOC d'introduction à la mécanique quantique. En mécanique quantique, un atome peut être représenté comme une boucle de courant électrique. Et cette boucle de courant se mettra en précession si elle est placée dans un champ magnétique extérieur uniforme :

Et je vous écris car ce MOOC n'explique pas l'origine de la mise en précession de l'atome (de la boucle de courant). La seule chose qui est dite : cette boucle de courant peut être caractérisée par un moment magnétique. Le moment magnétique exprime l'intensité de la source magnétique. Si on représente un atome comme une boucle de courant (comme le fait le MOOC), la source magnétique est induite par sa boucle de courant (équation de Maxwell-Ampère, soit dit en passant, je ne sais pas si ça a du sens de faire appel aux équations de la mécanique classique en mécanique quantique).

En présence d'un champ magnétique extérieur uniforme, le moment magnétique de l'atome sera mise en mouvement et légèrement dévié par rapport au vecteur du champ magnétique : c'est la mise en précession de l'atome par le champ magnétique extérieur.
precessionAtom.jpg

Mais concrètement (tout ceci me paraît bien abstrait; bien conceptuel), Comment ça se passe ?! Le champ magnétique extérieur a en réalité un effet sur la direction des charges dans la boucle ? Cette interaction est modélisée par la partie magnétique de la force de Lorentz:


Le changement de direction des charges électriques dans le boucle entraînerait une modification de la direction du moment magnétique.

On est d'accord que le champ magnétique extérieur n'aura pas un effet direct sur le champ magnétique induit par le courant (il sera seulement indirect, en effet, il dévie les charges et en déviant, la direction de la résultante du moment magnétique change) ?

J'ai mis 2 schémas pour illustrer mon explication :
boucle de courant vue de dessus.png
Vue coupe transversale.png

Je vous remercie par avance pour l'attention que vous porterez à mon explication.
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[Nicophil]

Salut,

Le phénomène est similaire à la précession d'une toupie inclinée dans un champ gravitationnel exerçant un couple.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A9cession_de_Larmor

[Loosgin]

Donc, si je comprends bien : lorsqu'on modélise un atome par une boucle de courant. Le champ magnétique extérieur exercera un couple au niveau de l'anneau. Le couple est possible car les particules électriques seront déviées. Est-ce bien cela ?

[Deedee81]

Salut,

Donc, si je comprends bien : lorsqu'on modélise un atome par une boucle de courant. Le champ magnétique extérieur exercera un couple au niveau de l'anneau. Le couple est possible car les particules électriques seront déviées. Est-ce bien cela ?

Oui c'est ça. Ou "pourraient" être déviées (ça dépend des forces en jeu, l'atome peut parfois être "frustré" s'il est lié dans un solide lui imposant une orientation à cause des liaisons chimiques). Plus précisément les particules sont (éventuellement) déviées par le couple appliqué, pas l'inverse. Forces appliquées à la particule chargée => déviation. La déviation + la rotation => précession
(le lien wikipedia de Nicophil est très bien, il a l'avantage d'être court et simple tout en étant suffisant pour expliquer)

[A voir en vidéo sur Futura]

[albanxiii]

Bonjour,

Une boucle de courant est équivalente du point de vue mécanique à un moment magnétique.
J'avais écrit tout un message, mais le forum a buggé...

[Loosgin]

Bonjour messieurs,
je tiens à vous remercier pour vos réponses.

Oui c'est ça. Ou "pourraient" être déviées (ça dépend des forces en jeu, l'atome peut parfois être "frustré" s'il est lié dans un solide lui imposant une orientation à cause des liaisons chimiques). Plus précisément les particules sont (éventuellement) déviées par le couple appliqué, pas l'inverse. Forces appliquées à la particule chargée => déviation. La déviation + la rotation => précession
(le lien wikipedia de Nicophil est très bien, il a l'avantage d'être court et simple tout en étant suffisant pour expliquer)

Je pense que je me suis mal exprimé et je pense qu'on est sur la même longueur d'onde : à chaque particule électrique de l'anneau y est appliquée une force magnétique dont le sens est orthogonal au sens du vecteur vitesse de la particule. La somme de toutes les forces appliquées à chaque particule de l'anneau (des millions (je ne connais pas l'ordre de grandeur)) est nulle, autrement formulé, la résultante de la force magnétique qui est appliquée à l'anneau est nulle alors que mon moment ne l'est pas : c'est le couple appliqué. Je pense qu'on est en phase sur ça.

En conclusion, et en reformulation de ce que tu as écrit, la déviation des particules entraînera une déviation de l'axe de rotation de l'atome (ou de l'anneau) => on observe sa précession.

Une boucle de courant est équivalente du point de vue mécanique à un moment magnétique.
J'avais écrit tout un message, mais le forum a buggé..."

Moment magnétique est une belle modélisation mais cette modélisation n'explique pas le phénomène qui est à l'origine de la précession. Je pense que c'est plutôt une déduction.

[Deedee81]

Salut,

Ca m'a l'air correct.

Moment magnétique est une belle modélisation mais cette modélisation n'explique pas le phénomène qui est à l'origine de la précession. Je pense que c'est plutôt une déduction.

La modélisation est obtenue par déduction forcément et le résultat (la précession), par calcul. Mais note que la boucle de courant aussi (un atome doit être décrit par la mécanique quantique, et les électrons n'ont pas de trajectoires précises, c'est donc beaucoup plus compliqué. Dans le cas où il y a un moment angulaire orbital non nul ou un spin total non nul, la boucle de courant est une grosse approximation de type analogie, qui marche assez bien.... mais tintin pour expliquer le ferromagnétisme avec ça EDIT pour le diamagnétisme ce serait certainement grossier, par contre la boucle de courant marche bien pour le paramagnétisme)

[Loosgin]

Super merci Deedee81 ! Je t'avoue que m'as perdu sur les dernières lignes... J'ai une bonne connaissance sur l'électromagnétisme du point de vue classique : équations de Maxwell et de Lorentz mais du point de vue Quantique; j'en suis qu'à mes débuts du MOOC: les notions de : spin total; diamagnétisme; paramagnétisme et tutti canti me sont encore étrangères.

[gts2]

Moment magnétique est une belle modélisation mais cette modélisation n'explique pas le phénomène qui est à l'origine de la précession. Je pense que c'est plutôt une déduction.

En restant en mécanique classique, en écrivant le PFD sur l'électron soumis au champ coulombien et au champ magnétique et en effectuant un changement de référentiel tournant , on s'aperçoit que dans ce référentiel, on retrouve (quasi !) l'équation avec uniquement le champ coulombien. Donc le mouvement dans le référentiel initial est l'orbite initiale qui tourne.
Mais cela ressort plus du calcul que de l'explication phénoménologique.

[Deedee81]

Super merci Deedee81 ! Je t'avoue que m'as perdu sur les dernières lignes... J'ai une bonne connaissance sur l'électromagnétisme du point de vue classique : équations de Maxwell et de Lorentz mais du point de vue Quantique; j'en suis qu'à mes débuts du MOOC: les notions de : spin total; diamagnétisme; paramagnétisme et tutti canti me sont encore étrangères.

C'était à titre information (et pour répondre sur l'aspect modélisation/explication/déduction)