PARAMAGNÉTISME: CAUSES, MATÉRIAUX PARAMAGNÉTIQUES, EXEMPLES - PHYSIQUE - 2025

Le paramagnétisme est une forme de magnétisme dont certains matériaux sont faiblement attirés par un champ magnétique externe et forment des champs magnétiques internes induits en direction du champ magnétique appliqué.

Contrairement à ce que beaucoup de gens pensent souvent, les propriétés magnétiques ne se limitent pas aux substances ferromagnétiques. Toutes les substances ont des propriétés magnétiques, même de manière plus faible. Ces substances sont appelées paramagnétiques et diamagnétiques.

De cette manière, deux types de substances peuvent être distingués: paramagnétiques et diamagnétiques. En présence d'un champ magnétique, les paramagnétiques sont attirés vers la zone où l'intensité du champ est la plus grande. Au lieu de cela, les diamagnétiques sont attirés vers la région du champ où l'intensité est la plus faible.

Lorsqu'ils sont en présence de champs magnétiques, les matériaux paramagnétiques subissent le même type d'attraction et de répulsion que les aimants. Cependant, lorsque le champ magnétique disparaît, l'entropie met fin à l'alignement magnétique qui avait été induit.

En d'autres termes, les matériaux paramagnétiques sont attirés par les champs magnétiques, bien qu'ils ne deviennent pas des matériaux magnétisés en permanence. Quelques exemples de substances paramagnétiques sont: l'air, le magnésium, le platine, l'aluminium, le titane, le tungstène et le lithium, entre autres.

Les causes

Le paramagnétisme est dû au fait que certains matériaux sont constitués d'atomes et de molécules qui ont des moments magnétiques permanents (ou dipôles), même lorsqu'ils ne sont pas en présence d'un champ magnétique.

Les moments magnétiques sont causés par les spins d'électrons non appariés dans les métaux et autres matériaux qui ont des propriétés paramagnétiques.

Dans le paramagnétisme pur, les dipôles n'interagissent pas les uns avec les autres, mais sont orientés de manière aléatoire en l'absence de champ magnétique externe suite à une agitation thermique. Cela génère un moment magnétique nul.

Cependant, lorsqu'un champ magnétique est appliqué, les dipôles ont tendance à s'aligner avec le champ appliqué, ce qui entraîne un moment magnétique net dans la direction de ce champ et s'ajoute à celui du champ externe.

Dans les deux cas, l'alignement des dipôles peut être contrecarré par l'effet de la température.

De cette manière, lorsque le matériau est chauffé, l'agitation thermique est capable de contrecarrer l'effet du champ magnétique sur les dipôles et les moments magnétiques se réorientent de manière chaotique, réduisant l'intensité du champ induit.

Loi de Curie

La loi de Curie a été développée expérimentalement par le physicien français Pierre Curie en 1896. Elle ne peut être appliquée que lorsque des températures élevées sont présentes et que la substance paramagnétique est en présence de champs magnétiques faibles.

Il en est ainsi car il ne décrit pas le paramagnétisme lorsqu'une grande partie des moments magnétiques sont alignés.

La loi stipule que la magnétisation du matériau paramagnétique est directement proportionnelle à l'intensité du champ magnétique appliqué. C'est ce qu'on appelle la loi de Curie:

M = X ∙ H = CH / T

Dans la formule ci-dessus, M est la magnétisation, H est la densité de flux magnétique du champ magnétique appliqué, T est la température mesurée en degrés Kelvin et C est une constante qui est spécifique à chaque matériau et est appelée constante de Curie.

L'observation de la loi de Curie montre également que l'aimantation est inversement proportionnelle à la température. Pour cette raison, lorsque le matériau est chauffé, les dipôles et les moments magnétiques ont tendance à perdre l'orientation acquise par la présence du champ magnétique.

Matériaux paramagnétiques

Les matériaux paramagnétiques sont tous les matériaux ayant une perméabilité magnétique (capacité d'une substance à attirer ou à faire passer un champ magnétique) similaire à la perméabilité magnétique d'un vide. De tels matériaux présentent un niveau négligeable de ferromagnétisme.

Sur le plan physique, on précise que sa perméabilité magnétique relative (quotient entre la perméabilité du matériau ou du milieu et la perméabilité d'un vide) est approximativement égale à 1, qui est la perméabilité magnétique d'un vide.

Parmi les matériaux paramagnétiques, il existe un type particulier de matériaux appelés superparamagnétiques. Bien qu'ils suivent la loi de Curie, ces matériaux ont une valeur assez élevée de la constante de Curie.

Différences entre le paramagnétisme et le diamagnétisme

C'est Michael Faraday qui, en septembre 1845, se rend compte qu'en réalité tous les matériaux (pas seulement les ferromagnétiques) réagissent à la présence de champs magnétiques.

Dans tous les cas, la vérité est que la plupart des substances ont un caractère diamagnétique, car les paires d'électrons appariés - et donc de spin opposé - favorisent faiblement le diamagnétisme. Au contraire, ce n'est que lorsqu'il y a des électrons non appariés que le diamagnétisme se produit.

Les matériaux paramagnétiques et diamagnétiques ont une faible sensibilité aux champs magnétiques, mais alors que dans le premier, il est positif dans le second, il est négatif.

Les matériaux diamagnétiques sont légèrement repoussés par un champ magnétique; d'autre part, les paramagnétiques sont attirés, mais aussi avec peu de force. Dans les deux cas, lorsque le champ magnétique est supprimé, les effets de l'aimantation disparaissent.

Comme déjà mentionné, la grande majorité des éléments qui composent le tableau périodique sont diamagnétiques. Ainsi, des exemples de substances diamagnétiques sont l'eau, l'hydrogène, l'hélium et l'or.

Applications

Les matériaux paramagnétiques ayant un comportement similaire au vide en l'absence de champ magnétique, leurs applications dans l'industrie sont quelque peu limitées.

L'une des applications les plus intéressantes du paramagnétisme est la résonance paramagnétique électronique (RPE), qui est largement utilisée en physique, chimie et archéologie. C'est une technique de spectroscopie avec laquelle il est possible de détecter des espèces avec des électrons non appariés.

Cette technique est appliquée dans les fermentations, dans la fabrication industrielle de polymères, pour l'usure des huiles de moteur et dans la fabrication de bières, entre autres. De même, cette technique est largement utilisée dans la datation des vestiges archéologiques.

Références

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2. Diamagnétisme (nd). Dans Wikipedia. Récupéré le 24 avril 2018 sur es.wikipedia.org.
3. Paramagnétisme (nd). Dans Wikipedia. Récupéré le 24 avril 2018 sur en.wikipedia.org.
4. Diamagnétisme (nd). Dans Wikipedia. Récupéré le 24 avril 2018 sur en.wikipedia.org.
5. Chang, MC "Diamagnétisme et paramagnétisme" (PDF). Notes de cours NTNU. Récupéré le 25 avril 2018.
6. Orchard, AF (2003) Magnétochimie. Presse d'université d'Oxford.