Matériaux Diamagnétiques : Propriétés et Applications
Les matériaux diamagnétiques représentent une catégorie unique de substances qui réagissent faiblement et négativement aux champs magnétiques externes. Lorsqu’ils sont exposés à un champ magnétique, ces matériaux génèrent un champ magnétique opposé, entraînant une légère diminution du champ magnétique net. Cette propriété, connue sous le nom de diamagnétisme, provient du mouvement orbital des électrons autour du noyau, créant de petits champs magnétiques qui s’opposent au champ externe appliqué. Bien que tous les matériaux présentent un certain degré de diamagnétisme, cet effet est souvent négligeable comparé à d’autres propriétés magnétiques, telles que le paramagnétisme et le ferromagnétisme.
Exemples et Propriétés Uniques
Des exemples de matériaux diamagnétiques incluent le cuivre, l’or, le bismuth et le quartz. Ces matériaux sont particulièrement remarquables car leurs propriétés magnétiques ne dépendent pas de la température, contrairement aux matériaux paramagnétiques et ferromagnétiques.
Caractéristiques des Matériaux Diamagnétiques
Repulsion Faible : Les matériaux diamagnétiques sont faiblement repoussés par un champ magnétique. La force qu’ils subissent dans un gradient de champ magnétique est toujours dirigée à l’opposé du champ appliqué. Cependant, cette répulsion est relativement faible en comparaison de l’attraction subie par les matériaux paramagnétiques ou ferromagnétiques.
Absence de Magnétisation Permanente : Les matériaux diamagnétiques ne conservent pas de magnétisation permanente après le retrait du champ magnétique externe. Cette propriété est avantageuse dans certaines applications où une magnétisation permanente est indésirable.
Indépendance de la Température : Les propriétés magnétiques des matériaux diamagnétiques sont largement indépendantes de la température.
Universalité : Le diamagnétisme est une propriété universelle, ce qui signifie que tous les matériaux présentent un certain niveau de diamagnétisme. Cependant, dans la plupart des cas, cet effet est négligeable face à d’autres propriétés magnétiques.
Applications des Matériaux Diamagnétiques
Les matériaux diamagnétiques trouvent leur utilité dans diverses applications grâce à leurs caractéristiques uniques :
Lévitation Magnétique : Ils peuvent être lévités dans un champ magnétique fort et inhomogène, démontrant ainsi le phénomène de lévitation magnétique. Cette propriété a été utilisée dans des expériences de recherche et de démonstration.
Blindage Magnétique : Ces matériaux peuvent être utilisés pour le blindage magnétique, créant une barrière qui dévie les champs magnétiques loin des équipements sensibles ou des zones spécifiques.
Supraconducteurs : Les supraconducteurs, qui sont des matériaux capables de transporter des courants électriques sans résistance à très basses températures, montrent un diamagnétisme parfait, connu sous le nom d’effet Meissner. Cette propriété est essentielle pour des applications telles que les trains à lévitation magnétique (maglev), les machines IRM et la transmission d’énergie efficace.
Perméabilité des Matériaux
Voici une table des matériaux avec leurs perméabilités relatives approximatives (μr) et leur classification en tant que matériaux diamagnétiques, paramagnétiques ou ferromagnétiques :
Vacuum : μr = 1 (N/A)
Air : μr ≈ 1 (N/A)
Cuivre (Copper) : μr ≈ 0.999994 (Diamagnétique)
Bismuth : μr ≈ 0.99983 (Diamagnétique)
Aluminium : μr ≈ 1.000022 (Paramagnétique)
Platine (Platinum) : μr ≈ 1.00026 (Paramagnétique)
Fer (Iron) : μr = 5,000 – 200,000 (Ferromagnétique)
Nickel : μr = 100 – 600 (Ferromagnétique)
Cobalt : μr = 250 – 3,000 (Ferromagnétique)
Ferrite : μr = 20 – 5,000 (Ferromagnétique)
Conclusion
Bien que moins connus que leurs homologues paramagnétiques et ferromagnétiques, les matériaux diamagnétiques présentent des propriétés uniques qui les rendent précieux dans des applications spécifiques. La recherche continue promet de révéler encore plus d’utilisations potentielles pour ces matériaux intrigants.
