Susceptibilité
Qu'est-ce que la susceptibilité magnétique ?
La susceptibilité magnétique χ (latin suscipere = recevoir) décrit, comme la perméabilité magnétique, la capacité d'un flux magnétique à pénétrer dans un matériau. Alors que la perméabilité indique le flux total à l'intérieur d'un corps solide, la susceptibilité ne désigne que la partie du flux magnétique absorbée par la matière. La susceptibilité χ est donc inférieure d'exactement 1 à la perméabilité μ : χ=μ-1.Table des matières
La susceptibilité (du latin suscipere
= recevoir) est étroitement liée à la perméabilité
(du latin permeare
= passer à travers).
La susceptibilité décrit la polarisation magnétique lors d'une densité de flux magnétique externe, c'est-à-dire la magnétisation dans le champ magnétique
externe.
La susceptibilité est abrégée par la lettre grecque χ.
La perméabilité décrit le champ total tel qu'il se présente sous l'influence de la matière polarisée.
Déterminer la susceptibilité magnétique
Si l'on regarde l'aimantation M d'un matériau dans un champ magnétique externe H0, l'aimantation est directement donnée par la susceptibilité χ. La formule suivante s'applique : M= χ•H0.Le champ magnétique total H est alors la somme de l'aimantation et du champ magnétique incident H0 : H= M+H0=χ•H0+H0=(χ+1)•H0.
De même, on peut écrire : H=μ•H0. Cette équation exprime le fait que le champ magnétique total à l'intérieur ou à la surface de la matière est proportionnel au champ incident. Le facteur de proportionnalité est la perméabilité. Un observateur mesurerait cette intensité de champ à la surface du matériau. Cependant, si un observateur pouvait faire la différence entre la partie du champ incident initial et le champ provoqué par l'aimantation, il constaterait que l'aimantation est justement décrite par la susceptibilité comme facteur de proportionnalité.
La formule suivante s'applique alors : M= χ•H0. La susceptibilité indique la partie qui a été "absorbée" par la matière. La somme de cette partie et de la partie initialement présente est alors le champ magnétique H "passé à travers".
La formule H= M+H0=χ•H0+H0=(χ+1)•H0=μ•H0 s'applique.
Ainsi, la relation simple μ=χ+1 entre la perméabilité μ et la susceptibilité χ s'applique.
L'illustration montre le tracé des lignes de champ du champ magnétique H
à travers un matériau paramagnétique ou ferromagnétique (μ
=2,χ=1) (à gauche) et autour d'un supraconducteur (μ
=0, χ
=-1) (à droite).
Le champ incident initial est représenté par une flèche bleue et l'aimantation par une flèche rouge.
Dans un matériau ferromagnétique, l'aimantation est positive et donc orientée dans le même sens que le champ initial.
C'est toujours le cas lorsque χ
>
0, le matériau "absorbe" donc le champ magnétique dans la même direction et le renforce ainsi.
Dans un aimant diamagnétique, en revanche, l'aimantation est justement opposée au champ incident.
Le champ absorbé est négatif et donc χ
< 0.
Alors que l'amplification positive du champ peut même être plusieurs fois supérieure au champ incident, la diminution négative maximale n'est possible que jusqu'à la compensation complète du champ.
Cette compensation totale se produit dans les supraconducteurs.
Pour le supraconducteur s'applique χ
= -1.
Donc μ
= 0.
Le supraconducteur ne laisse donc passer aucun champ.
Un supraconducteur est alors un "aimant diamagnétique parfait".
On peut se rendre compte de l'absorption positive ou négative du champ magnétique en gardant à l'esprit la raison du paramagnétisme, ferromagnétisme ou diamagnétisme.
Si un matériau possède des aimants élémentaires, appelés moments magnétiques, qui peuvent s'orienter dans le champ extérieur (ce sont généralement des spins d'électrons non appariés), le matériau lui-même devient un aimant qui a été "activé" par le champ extérieur. Le champ magnétique total peut être plusieurs fois plus grand que le champ incident.
S'il n'y a pas de spins d'électrons individuels dans le matériau, celui-ci ne possède pas de moments magnétiques. Dans ce cas, un effet faible, toujours présent, prédomine, à savoir le diamagnétisme. Il correspond à l'induction d'un courant circulaire lors de l'introduction de la matière dans le champ magnétique. Ce courant circulaire est, selon la règle de Lenz, opposé au champ magnétique extérieur (sa cause) et, par conséquent, l'aimantation de l'aimant diamagnétique est également opposée au champ extérieur.
Auteur:
Dr Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt est physicien et directeur scientifique des cours pratiques avancés de physique à l'université Martin-Luther de Halle-Wittenberg. Il a travaillé à l'université technique de 2011 à 2019 et a dirigé divers projets pédagogiques ainsi que le laboratoire de projets en chimie. Ses recherches se concentrent sur la spectroscopie de fluorescence résolue en temps sur des macromolécules biologiquement actives. Il est également directeur de Sensoik Technologies GmbH.
Dr Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt est physicien et directeur scientifique des cours pratiques avancés de physique à l'université Martin-Luther de Halle-Wittenberg. Il a travaillé à l'université technique de 2011 à 2019 et a dirigé divers projets pédagogiques ainsi que le laboratoire de projets en chimie. Ses recherches se concentrent sur la spectroscopie de fluorescence résolue en temps sur des macromolécules biologiquement actives. Il est également directeur de Sensoik Technologies GmbH.
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