• JC Duval

Le champ magnétique

“Approchez-vous de cette femme et demandez-lui si la lueur de ses yeux est à vendre.”

Les champs magnétiques - André Breton

 

Les aimants


Comme le champ électrique, le champ magnétique est un champ vectoriel, mais contrairement à ce qui se passe pour une charge électrique il n'y a pas de monopôle magnétique.

Un aimant a obligatoirement 2 pôles - même si certaines recherches sont en cours pour essayer de créer à partir de particules hypothétiques des systèmes ayant 1 charge magnétique ponctuelle.

A proximité d'un aimant, la limaille de fer s'oriente suivant les lignes du champ magnétique, encore appelées lignes de force.

A proximité d'un aimant, la limaille de fer s'oriente suivant les lignes du champ magnétique, encore appelées lignes de force.

A proximité d'un aimant, les aiguilles des boussoles s'orientent suivant les lignes de force.

L'aimant attire la limaille de fer..

 

La force de Lorentz


Si maintenant une particule chargée est placée dans un champ magnétique et si elle se déplace, alors sa trajectoire est déviée. Une force appelée force de Lorentz s'exerce sur la particule en mouvement. A contrario, aucune force ne s'applique sur une particule au repos.

La force dépend de la vitesse de déplacement de la particule, de sa charge et de la valeur du champ magnétique à l'endroit où elle se situe.

Force magnétique = charge de la particule appliquée au produit vectoriel de sa vitesse avec le champ magnétique

Force magnétique = charge de la particule appliquée au produit vectoriel de sa vitesse avec le champ magnétique

Déviation due à la force de Lorentz

Déviation due à la force de Lorentz


Cependant comme le déplacement élémentaire de la particule est toujours perpendiculaire à la force, on peut conclure que la force de Lorentz ne travaille pas sur la trajectoire de la particule.

L'index indique la trajectoire de la particule, le majeur la direction du champ magnétique et le pouce celle de la force

L'index indique la trajectoire de la particule, le majeur la direction du champ magnétique et le pouce celle de la force.


 

Le champ magnétique


Les champs électrique et magnétique sont deux objet distincts.

Nous avons vu qu'un aimant crée un champ magnétique, mais un courant électrique - c'est à dire le déplacement d'électrons dans un fil électrique - peut aussi générer un champ magnétique, rappelez vous la fameuse règle du petit bonhomme d'ampère.

D'où provient ce champ ? Eh bien, l'effet relativiste issu du déplacement des électrons déforme le champ électrique et est ainsi à l'origine du champ magnétique.

Une particule chargée, au repos par rapport à l'observateur, dans le vide, engendre un champ électrique isotrope, identique dans toutes les directions de l'espace.

Une particule chargée, au repos par rapport à l'observateur, dans le vide, engendre un champ électrique isotrope, identique dans toutes les directions de l'espace.

En revanche, son déplacement par rapport à l'observateur brise cette symétrie, à cause d'effets relativistes : cette déformation est à l'origine du champ magnétique.

En revanche, son déplacement par rapport à l'observateur brise cette symétrie, à cause d'effets relativistes : cette déformation est à l'origine du champ magnétique.

Tout mouvement de charges, et notamment le courant électrique, est source de champ magnétique.

Par exemple, tout fil conducteur sous tension produit un champ électrique dans son voisinage.

Un champ magnétique n’apparait que lors du passage d’un courant électrique dans le fil.

Lampe éteinte >> champ électrique  &  Lampe allumée >> champs électrique et magnétique.

Lampe éteinte >> champ électrique

Lampe allumée >> champs électrique et magnétique


Si on prend un circuit électrique, le champ électrique varie selon la tension électrique mesurée en volts, alors que le champ magnétique varie selon l'intensité du courant mesurée en ampères. Dans les deux cas, le champ diminue à mesure que l'on s'éloigne de la source.

 

Electroaimant


Nous avons vu qu'un courant électrique génère un champ magnétique autour du fil. Lorsqu'un clou est entouré de plusieurs tours de fil - un solénoïde - les champs magnétiques sont alignés et s’additionnent. Le clou devient alors un aimant. Attention, cela ne se produit que si le courant passe. C’est un aimant non permanent.

Si le fil électrique n’avait pas de gaine, le clou serait devenu un conducteur d’électricité et ne serait pas devenu magnétique.

Si le fil électrique n’avait pas de gaine, le clou serait devenu un conducteur d’électricité et ne serait pas devenu magnétique.

Un solénoide.

Un solénoïde.


Le moyen le plus simple pour fabriquer un aimant permanent est d'utiliser une barre d'acier et de la placer dans une bobine de fil de cuivre dans lequel on fait passer un courant de forte intensité.

Chaque électron de la barre d'acier est un petit aimant. Lorsque les moments magnétiques des électrons ou spins sont alignés, ils restent alors dans cette configuration. La structure atomique de l'acier possède la bonne quantité de carbone pour que les électrons restent alignés même après avoir arrêté le courant. On vient de créer un aimant permanent.

Les électrons sont des dipôles avec un pôle nord et sud magnétique.

Les électrons sont des dipôles avec un pôle nord et sud magnétique.

Lorsque les spins des électrons restent tous alignés, le matériau forme un aimant permanent.

Lorsque les spins des électrons restent tous alignés, le matériau forme un aimant permanent.

 

Le champ magnétique terrestre


Les noms pôles "Nord et Sud" sont purement conventionnels. D'ailleurs le pôle magnétique situé au nord de la Terre est en fait un pôle sud. Ce qui fait que le pôle nord de l'aiguille de la boussole s'oriente en direction du pôle sud qui est au nord, vous me suivez ?


Le champ électromagnétique

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