Susceptibilité magnétique

En présence d'une excitation magnétique ${\displaystyle {\vec {H}}}$, les moments magnétiques électroniques et nucléaires d'un matériau vont se diviser en différents niveaux d'énergie. Par exemple pour le noyau d'hydrogène caractérisé par un spin de valeur 1/2, le moment magnétique peut prendre deux positions dites parallèle ou anti-parallèle. L'état parallèle étant de plus basse énergie, il est plus peuplé et il en résulte dans le milieu une aimantation nucléaire macroscopique notée ${\displaystyle {\vec {M}}}$.

En première approximation (physique linéaire), l'aimantation M est proportionnelle à l'excitation magnétique appliquée H, et la susceptibilité magnétique du milieu ou du matériau considéré est le coefficient de proportionnalité, noté χ_m :

${\displaystyle {\vec {M}}=\chi _{\mathrm {m} }\,{\vec {H}}}$

où :

${\displaystyle {\vec {M}}}$ est l'aimantation en ampères par mètre (A/m),

χ_m la susceptibilité magnétique (sans dimension),

${\displaystyle {\vec {H}}}$ l'excitation magnétique appliquée, également en ampères par mètre (A/m).

Dans le cas général, on définit la susceptibilité par :

${\displaystyle \left.\chi _{\mathrm {m} }={\frac {\partial M}{\partial H}}\right|_{H=0}}$

On remarque alors que l'approximation linéaire correspond simplement à un développement limité à l'ordre 1 de cette dernière relation.

On peut relier la susceptibilité magnétique à la perméabilité relative par :

${\displaystyle \mu _{\mathrm {r} }=1+\chi _{\mathrm {m} }}$.

On distingue plusieurs types de magnétisme :

• lorsque χ_m est négatif, on dit que le corps dans lequel apparaît l'aimantation est diamagnétique ;
• lorsque χ_m est nul, on a du vide ;
• lorsque χ_m est positif, le corps est dit paramagnétique ;
• lorsque χ_m est positif et très élevé^[évasif], le corps paramagnétique est dit ferromagnétique.

Certains matériaux ferromagnétiques, outre leur perméabilité élevée, présentent une rémanence : ils conservent leur aimantation en l'absence d'excitation. Les principaux matériaux utilisés sont le fer, le cobalt et le nickel.