Les très basses fréquences du spectre électromagnétique



Base : magnétostatique et ondes électromagnétiques

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Un fil parcouru par un courant électrique se comporte comme un aimant. Une charge électrique en mouvement génère un champ magnétique que l’on peut modéliser par un vecteur tangent aux lignes de champ.

La valeur du champ B sera proportionnelle à l'intensité I du courant électrique et la constante de proportionnalité dépendra de la géométrie du circuit électrique :

Fil rectiligne

Bobine plate

Solénoide

Les 4 nombres quantiques définissent la configuration électronique des atomes :

n : nombre quantique principal, c’est un entier, et il définit la couche.

• n = 1 (couche K)
• n = 2 (couche L)
• n = 3 (couche M)

l : nombre quantique secondaire, c’est un entier qui varie de 0 à n-1. Il va définir les sous-couches s, p, d, f, et la forme des orbitales

• l = 0 (sous couche s)
• l = 1 (sous couche p)
• l = 2 (sous couche d)
• l = 3 (sous couche f)

m : nombre quantique magnétique, 
Il peut prendre des valeurs comprises entre –l et +l (-l ≤ m ≤l).

Pour une valeur de m, correspondent 2l+1 valeur de m. Ce nombre détermine l’orientation des orbitales dans l’espace.

s : nombre quantique de spin

Le spin correspond à une propriété quantique associée à chaque particule, tout comme sa masse et sa charge électrique. Le spin est souvent représenté comme la rotation d’une particule sur elle-même ce qui est en partie inexact.

Le spin est une grandeur vectorielle qui va prendre des valeurs discrètes, permettant de classer les particules selon la valeur du spin ou moment cinétique intrinsèque.

On peut diviser les particules élémentaires en deux familles selon la valeur de leur spin. Il se mesure en une unité qui est la « constante de Planck réduite » qui correspond à la constante de Planck (h) divisée par 2π, et elle se note h.

Pour la première famille de particules nommée bosons, le spin prend des valeurs entières de h (0, 1 ou 2) ce sont les bosons, Pour la seconde famille de particules, les fermions, le spin prend des valeurs demi-entières (1/2 ou 3/2 le plus souvent, chez la seconde famille de particules nommées fermions, le spin prend des valeurs demi-entières (1/2 ou 3/2 le plus souvent).

On peut quantifier la norme du spin :

• s= nombre quantique de spin
• h= constante de planck réduite

Pour l’électron, le spin peut prendre deux valeurs : +1/2 et -1/2

Le spin va également être responsable d’un moment magnétique appelé moment magnétique intrinsèque :

• g : facteur de Landé, constante dépendant du type de particule, pour l’électron = 2,0023
• q : charge de la particule
• m : masse de la particule

Pour l'électron, le spin s=1/2 ou -1/2, il existe deux valeurs possibles du moment magnétique de spin.

Il est noté L, en mécanique classique c’est une grandeur vectorielle qui correspond à la rotation d’une particule autour d’un noyau.

En physique quantique, le moment cinétique ne va pouvoir prendre que certaines valeurs (discrètes), L ne va pouvoir prendre que certaines orientations, car sa norme et ses composantes ne vont prendre que certaines valeurs.

• h : constante de planck réduite
• l : nombre quantique secondaire

Un moment magnétique orbital est associé au moment cinétique :

• q : charge de la particule
• m : masse de la particule
• le facteur q/2m est appelé rapport gyromagnétique

Dans un échantillon de matière, il existe un très grand nombre de noyaux. En l’absence de champ magnétique, le moment magnétique élémentaire de chaque atome est orienté au hasard. En présence d'un champ magnétique, les moments magnétiques vont s'orienter de façon parallèle ou bien antiparallèle au champ.

Classification des effets magnétiques

Diamagnétisme : certains matériaux, lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique, génèrent un autre champ magnétique opposé. Ex : or, argent.

Paramagnétisme : milieu matériel ne possédant pas d’aimantation spontanée mais qui, sous l'effet d'un champ magnétique extérieur, va acquérir une aimantation dirigée dans le même sens que ce champ d'excitation. Ex : oxygène, aluminium.

Ferromagnétisme et ferrimagnétisme : Dans un matériau ferrimagnétique, les moments magnétiques sont anti-parallèles mais d'amplitude différente. Il va en résulter une aimantation spontanée du matériau. Ex : fer, nickel.