Cours d`introduction au magnétisme - Institut NÉEL

Mehdi Amara, [e-mail]
Institut Néel, C.N.R.S. et UJF, BP 166X, F-38042 Grenoble, France
Cours d’introduction au magnétisme
Ouvrages de référence
Théorie du magnétisme, A. Herpin, PUF (1968)
Magnétisme, Vol. I et II, Dir. E. de Lacheisserie, PUG (1999), edP Sciences
+ accessibles : généralistes en physique du solide Kittel, Aschcroft-Mermin
12 cours
12 séances de travaux dirigés : Olivier Geoffroy
3 séances de travaux pratiques : Thierry Klein, Mehdi Amara, (Laurent Ranno)
Migration du bureau virtuel UJF
Documents pédagogiques
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Cours d'introduction au magnétisme
I-Introduction: Petit historique
II- Magnétostatique: définitions
Moment magnétique,
Aimantation, induction, champ magnétique, champ démagnétisant.
Milieu linéaire.
Aspects thermodynamiques.
III- Quelques techniques expérimentales
Production de champs magnétiques, mesures d'aimantation, de susceptibilité, de
perméabilité.
IV- Phénoménologie, magnétisme macroscopique
IV.1 Les différents comportements magnétiques
ferromagnétisme, diamagnétisme, paramagnétisme, antiferromagnétisme
IV.2 L'état ferromagnétique
Domaines et parois
Anisotropie
Processus d'aimantation
matériaux doux, matériaux durs
V- Origine microscopique
V.1 Le magnétisme localisé
L'atome magnétique: les éléments de transition (3d), les terres rares (4f)
Les interactions de paires
L'anisotropie magnétocristalline
V.2 Le magnétisme itinérant
Le paramagnétisme de Pauli
Le ferromagnétisme de bande
Tronc commun
M1 Physique + EEA
M1 Physique

3
Historique
Observations de l'attraction entre objets magnétiques:
- aimants naturels : magnétite Fe3O4
- météorites : riches en fer et nickel + refroidissement dans le champ
terrestre
Observation d'un effet d'orientation d'une aiguille dans le champ terrestre
Observation de la contagion magnétique, de l'écrantage...
-700 2008
Première trace écrite
Chinoise
≈ - 300
la boussole usage en navigation
de la boussole:
compas magnétique
arabes, occidentaux
≈ 1000 1600
"De Magnete"
W. Gilbert
C. de Coulomb
H. Oersted
M. Faraday
A.M. Ampère
P.S. de Laplace
J.C. Maxwell
1820
1864
1795
1864
H. A. Lorentz
H Poincaré
A. Einstein
1904-5
1895
P. Curie
1906
P. Weiss
G. Uhlenbeck
S. Goudsmit
P.A.M. Dirac
W. Pauli
1925
1929
W. Heisenberg
1936
L. Néel
1949
Shull and Smart
Diff. des neutrons
1954
RKKY
I-Introduction

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Le dipôle magnétique
Dipôle magnétique, Moment magnétique
!
m =1
2
!
r !! j (! r )dV
V
"
!
m= !
m(!
r )! r dV
V
"
Coulombien Ampérien
I
S
mS
I
!
m =I!
!
S
+ qm
- qm
!
!
m =
!
! .qm
??
(A.m2)
r>> !
r>> S
"
#
$
%
$
!
B(! r)=
µ
0
4 &
3(!
m'! r)'! r
r5(
!
m
r3
)
*
+,
-
.
(A.m2)
II- Magnétostatique
Deux interprétations du champ produit par un objet magnétique:
- il contient des "charges magnétiques": c'est l'approche coulombienne
- il est le siège de courants électriques permanents: c'est l'approche ampérienne
densité de charges densité de courant
Mais...
- aucune charge magnétique (monopôle) n'a jamais été isolée.
- les courants électriques permanents sont impossibles en électromagnétisme classique.

5
!
M =d!
m
dV
Aimantation
!
M
d! m
dV
Etat magnétique d'un objet macroscopique
=
Champ continu
!
M
(A/m)
II- Magnétostatique L'Aimantation d'un milieu
magnétique
A des distances r de l'ordre de ses dimensions, un objet macroscopique
ne peut se réduire à un simple dipôle ou à une spire de courant.
!
r
?
Dipôle local d'un élément "infiniment" petit
Propriété locale