Le dipôle magnétique

Le mouvement d'une charge électrique q dans une boucle fermée crée un dipôle magnétique m dont la direction est perpendiculaire à la boucle et dont la valeur est donnée par

où v est la vitesse de la charge. Par exemple un électron en mouvement dans un atome forme un dipôle magnétique.

Le moment cinétique de la charge q rend compte de ce mouvement de rotation. Il s'exprime par :

où p = mv est la quantité de mouvement de la charge. En combinant les deux relations, on voit que la rotation d'une particule lui confère un moment magnétique :

Le spin est un moment angulaire cinétique intrinsèque à une particule. Par analogie avec ce qui précède, cette particule peut être considérée comme un dipôle magnétique.

Champ magnétique

Un courant électrique, c'est-à-dire un déplacement de charges, produit un champ magnétique. Il en est donc de même pour un dipôle magnétique.

Ainsi on peut citer le champ magnétique terrestre dont l'existence est due aux courants électriques créés par des mouvements de convection dans le noyau externe, celui-ci étant essentiellement composé de fer en fusion : il existe un dipôle magnétique au centre la Terre.

Un dipôle magnétique peut interagir avec un champ magnétique B externe.

Ainsi la boussole, qui est un aimant formé d'une multitude de dipôles magnétiques orientés de la même manière, réagit en présence du champ magnétique terrestre.

Au plan microscopique, un noyau, se comportant comme un dipôle magnétique lorsque son spin est différent de zéro, peut interagir avec un champ magnétique créé par :

• Un aimant. Ce phénomène est à la base des expériences de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) qui permettent d'étudier l'environnement chimique ou électronique des atomes dans la matière. Il est également utilisé en médecine (Imagerie par Résonance Magnétique - IRM).
• D'autres noyaux de spin non nul et présents dans la même molécule. Il s'agit de l'interaction intramoléculaire "dipôle magnétique - dipôle magnétique", plus communément appelée "spin-spin".
• La rotation des charges - électroniques ou nucléaires - au sein des molécules. Ce mouvement crée des dipôles magnétiques qui produisent des champs magnétiques.

Dans nos expériences nous sommes essentiellement confrontés aux deux dernières formes d'interaction.