L'intensité du champ magnétique est une mesure de la force d'un champ magnétique en un point donné. Elle détermine la force subie par une particule chargée en mouvement, le couple exercé sur un dipôle magnétique et la densité d'énergie emmagasinée dans le champ. En pratique, elle indique à quel point un aimant attirera un trombone ou à quel point la trajectoire d'une particule sera courbée dans un accélérateur de particules.
Histoire
Le concept a évolué à partir des observations anciennes de magnétite et d'aiguilles de boussole. La description quantitative a été développée au XIXe siècle, avec des contributions clés d'André-Marie Ampère, qui a étudié les forces entre les fils parcourus par un courant, et de James Clerk Maxwell, qui a unifié l'électricité et le magnétisme dans ses équations dans les années 1860.
Comment ça marche
L'intensité est généralement quantifiée comme un champ vectoriel, avec à la fois une magnitude et une direction. Dans le système SI, elle se mesure en teslas (T), où un tesla équivaut à un newton par ampère-mètre. La force sur une charge en mouvement est donnée par la loi de force de Lorentz, F = qv × B, où B est la densité de flux magnétique (souvent utilisée de manière interchangeable avec l'intensité du champ dans la plupart des contextes). Le champ provient de charges en mouvement, comme les courants électriques dans les fils ou le spin intrinsèque des électrons dans les matériaux magnétiques.
En pratique
L'intensité du champ magnétique est essentielle pour concevoir les appareils d'IRM, les accélérateurs de particules comme le LHC et les dispositifs de stockage magnétique. Elle est également utilisée en géophysique pour cartographier les structures souterraines et dans les missions spatiales pour mesurer les champs magnétiques planétaires.
Anecdote
Le champ magnétique le plus intense jamais produit en laboratoire est d'environ 1 200 teslas, créé à l'aide d'une technique explosive appelée compression de flux, qui est assez puissante pour déformer la forme des atomes.
Unités par système: SI: t · CGS: g · Planck: b p · natural: ev2
Le champ magnétique dans ce dispositif doit être aussi uniforme qu'une vitre : la moindre ondulation brouillerait le signal. Les ingénieurs ont assemblé deux bobines qui compensent mutuellement leur champ à l'extérieur, et les ont enveloppées dans trois couches de plaques ferromagnétiques.
La radioastronomie a commencé avec le mystérieux bruit capté par l'antenne de Karl Jansky et les impulsions rythmiques que Jocelyn Bell Burnell avait baptisées « petits hommes verts ».
Au centre d'une galaxie lointaine, où tourne un trou noir supermassif d'une masse de cent millions de soleils, l'espace est parcouru de champs magnétiques.
La supraconductivité et le champ magnétique sont des ennemis de toujours : le champ s'engouffre comme un tourbillon, déchirant la fragile paire de Cooper et détruisant l'ordre.
Les géantes rouges sont des étoiles vieillissantes qui ont gonflé. Dans leurs entrailles bouillonne un océan de plasma : la chaleur remonte du noyau vers la surface, engendrant des vagues semblables à un puissant ressac.
Un enfant sur une balançoire : une poussée trop forte, et il s'envole. C'est à peu près ainsi que la lumière intense arrache les électrons des atomes. On pourrait croire que plus la poussée est forte, plus la destruction est certaine. Mais dans le monde quantique, tout est différent : lorsque la force du champ franchit un certain seuil, l'atome se fige soudainement.
L'étoile GJ 436 est une naine rouge sombre, et autour d'elle orbite une planète de la taille de Neptune, mais sur une orbite presque verticale. Les astronomes ont enregistré le spectre de cette étoile pendant 18 ans pour suivre ses taches et ses éruptions.
Un faisceau d'électrons dans un accélérateur ressemble à une volée d'oiseaux : il vole en groupe serré, mais avec le temps, il se disperse. Pour maintenir les particules ensemble, on installe généralement de lourds aimants. Ici, on s'en est passé : le faisceau s'est comprimé tout seul.
Lorsqu'il est fortement refroidi, le cristal d'uranium-tellure cesse d'opposer une résistance au courant. Avant cela, à une température légèrement plus élevée, sa résistance peut encore être mesurée — et elle révèle la forme des chemins invisibles que suivent les électrons.
Dans une batterie ordinaire, l'électrolyte est liquide et les particules chargées (les ions) se déplacent librement. Dans la version solide, elles se faufilent à travers des « couloirs » atomiques, comme des piétons dans des passages étroits. Pour que la batterie fonctionne vite, il faut un matériau avec une bonne conductivité ionique.
Deux cordes tendues, pincées en même temps, sonnent différemment si on les relie par un élastique. L'énergie commence à passer de l'une à l'autre, et la hauteur du son global change légèrement. C'est à peu près ce qui se passe avec deux ponts nanomécaniques – des passerelles microscopiques gravées dans un cristal.
Deux étoiles tournent si près l'une de l'autre que leurs couches externes fusionnent en une enveloppe commune. La matière s'écoule de l'une à l'autre, comme l'eau d'une tasse trop pleine déborde dans la tasse voisine.
Le champ magnétique est invisible, mais on peut le faire « briller ». Pour cela, on prend un minuscule diamant avec des défauts — des endroits où un atome de carbone est remplacé par de l'azote, et où une lacune voisine se trouve dans le réseau.
Une boussole ordinaire se fige lorsqu'un éclair frappe à proximité. La brusque variation du champ magnétique déroute l'aiguille. Un problème similaire gênait les scientifiques pour mesurer le magnétisme des matériaux dans des champs pulsés intenses, ceux qui s'activent en un millième de seconde.
Grâce à une méthode proche de la spectroscopie (sondage magnétique), les scientifiques font passer un courant à travers une couche mince multicouche et observent la direction des aiguilles magnétiques microscopiques à l'intérieur. Avant, tout était prévisible : dans certains matériaux, les aiguilles s'alignaient uniquement le long du courant, dans d'autres, strictement perpendiculairement.
