Aimantation

Aimantation

Un aimant permanent possède une aimantation qui est orientée du pôle sud vers le pôle nord.

Données clés

Unités SI	ampère par mètre
Base SI	A·m-1
Nature	Grandeur vectorielle intensive
Symbole usuel	M
Lien à d'autres grandeurs	Moment magnétique / volume

En physique, l’aimantation est une grandeur vectorielle qui caractérise à l'échelle macroscopique le comportement magnétique d'un échantillon de matière. Elle a comme origine le moment magnétique orbital et le moment magnétique de spin des électrons. Elle se mesure en ampères par mètre ou, parfois, en teslas par µ₀.

Définitions

L'aimantation, habituellement désignée par le symbole M (en majuscule), est définie comme la densité volumique de moment magnétique. Autrement dit,

$\mathbf {M} ={\frac {\mathrm {d} \mathbf {m} }{\mathrm {d} V}},$

où dm est le moment magnétique contenu dans le volume élémentaire dV.

L'aimantation peut aussi se déduire d'une description microscopique : si on modélise le matériau comme une assemblée de dipôles magnétiques discrets ayant chacun un moment magnétique m, l'aimantation est donnée par

$\mathbf {M} =n\langle \mathbf {m} \rangle ,$

où n désigne la densité numérique des dipôles et ⟨m⟩ la valeur moyenne de leur moment magnétique.

Interactions avec un champ magnétique

Lignes de champ autour d'un aimant.

La matière est caractérisée d'un point de vue magnétique par le champ magnétique qu'elle produit et par la façon dont elle répond à un champ magnétique extérieur.

Effet de l'aimantation sur le champ magnétique

La matière aimantée est, avec le courant électrique, l'une des deux façons de produire un champ magnétique statique. Les champs B et H produits par l'aimantation M sont solution des équations

$\nabla \cdot \mathbf {B} =0$

$\nabla \times \mathbf {B} =\mu _{0}\nabla \times \mathbf {M} .$

$\nabla \cdot \mathbf {H} =-\nabla \cdot \mathbf {M}$

$\nabla \times \mathbf {H} =0$

Un aimant permanent produit, à l'extérieur de celui-ci, des lignes de champ magnétique qui sont orientées du pôle nord vers le pôle sud.

Effet du champ magnétique sur l'aimantation

Une boussole est une aiguille aimantée libre de s'orienter dans le champ magnétique terrestre.

Un champ magnétique extérieur est susceptible d'exercer un couple sur l'aimantation. S'il est suffisamment fort, ce couple peut changer l'orientation de l'aimantation, voire conduire à un renversement d'aimantation. Il peut aussi produire une rotation mécanique de l'objet aimanté si celui-ci est libre de tourner. Cet effet est mis à profit dans les boussoles.

Le champ magnétique crée aussi une force sur les objets aimantés. Ainsi, les objets qui s'aimantent sous l'effet d'un champ sont attirés par les aimants, et les aimants s'attirent entre eux ou se repoussent suivant l'orientation de leurs pôles.

Typologie magnétique de matériaux

Les matériaux sont généralement caractérisés du point de vue magnétique par la façon dont leur aimantation dépend du champ magnétique qui leur est appliqué. On distingue ainsi :

• les matériaux ferromagnétiques, qui peuvent garder une aimantation non nulle même en absence de champ appliqué ; ils sont utilisés dans les aimants permanents et dans l'enregistrement magnétique (bandes et disques durs) ;
• les matériaux paramagnétiques s'aimantent uniquement en réponse à un champ appliqué et dans la même direction que ce champ ;
• les matériaux diamagnétiques s'aimantent dans la direction opposée au champ appliqué ;
• les matériaux ferrimagnétiques et antiferromagnétiques ressemblent macroscopiquement aux ferromagnétiques et paramagnétiques (respectivement) tout en ayant une structure magnétique microscopique différente.
• les aimants moléculaires qui présentent un comportement superparamagnétique en dessous d'une certaine température de blocage.

L'aimantation rémanente (c.-à-d. celle qui reste en absence de champ appliqué) est, avec le champ coercitif, l'un des principaux paramètres qui caractérisent les aimants permanents.

Articles connexes

• Électrodynamique des milieux continus, dont l'aimantation est l'une des grandeurs fondamentales
• Magnétisme
• Magnétostatique
• Susceptibilité magnétique : constante de proportionnalité, pour un matériau linéaire, entre l'aimantation et le champ magnétique H
• Température de Curie : température à laquelle un matériau ferromagnétique perd son aimantation spontanée
• Hystérésis magnétique : comportement hystérétique de l'aimantation
• Applications du magnétisme