Champ magnétique
 

I. Le champ magnétique

1. Sources de champ magnétique

Saupoudrons de limaille de fer un support horizontal au dessous duquel nous avons placé un aimant droit. Les grains de limaille s'alignent selon des lignes appelées lignes de champ.
L'aimant modifie localement les propriétés de l'espace. On dit que l'aimant crée un champ magnétique dans son voisinage.

Définition: L'ensemble des lignes de champ constituent le spectre magnétique de l'aimant.

Remarque: Un fil parcouru par un courant électrique se comporte comme un aimant. Il crée un champ magnétique.

2. Nature du champ magnétique

Si l'on place une aiguille aimantée à proximité d'un aimant, on constate que:

• L'aiguille prend une direction tangente à la ligne de champ (on remarquera que les lignes de champ sont des boucles fermées).
• L'aiguille s'oriente du pôle nord vers le pôle sud de l'aimant.
• L'aiguille est attirée "plus ou moins fort" selon sa position et la nature de l'aimant.

D'après les observations précédentes, il est évident que le champ magnétique possède une direction, un sens et une valeur. Il sera donc possible de le représenter par un vecteur noté .
 

Remarques:

• A l'extérieur de l'aimant, les lignes de champ sont orientées du pôle nord vers le pôle sud.
• La valeur du champ magnétique s'exprime en Tesla (T) et se mesure à l'aide d'un teslamètre.

3. Superposition de champs magnétiques

Soient deux aimants notés 1 et 2. Soit ₁ le champ magnétique créé par l'aimant 1 en un point M et soit ₂ le champ magnétique créé par l'aimant 2 en ce même point M.

Le champ résultant est égal à la somme vectorielle des champs créés par chaque source au point M.
 

II. Champ magnétique créé par un courant

1. Fil rectiligne

Les lignes de champ sont des cercles concentriques. Le champ magnétique est perpendiculaire aux lignes de champ.

Remarque: La valeur du champ est proportionnelle à l'intensité I du courant électrique parcourant le fil.

Règle du bonhomme d'Ampère: Lorsqu'un bonhomme d'Ampère placé sur le fil, le courant entrant par ses pieds et sortant par sa tête, regarde le point M, son bras gauche indique le sens du champ .

2. Bobine plate

Sur l'axe de la bobine, le champ magnétique est perpendiculaire au plan de la bobine.

Sens du champ: Un bonhomme d'Ampère placé sur la bobine, le courant entrant par ses pieds et sortant par sa tête, indique le sens du champ magnétique par son bras gauche lorsqu'il regarde le centre de la bobine.

Remarque: La valeur du champ créé par une bobine est proportionnelle à l'intensité du courant qui la traverse (le graphe B=f(I) est une droite passant par l'origine).

3. Solénoïde long

Définition: Un solénoïde est dit "long" si sa longueur L est supérieure à dix fois son rayon r (L>10.r).

Sens du champ: Un bonhomme d'Ampère placé sur les fils du solénoïde, le courant entrant par ses pieds et sortant par sa tête, indique le sens du champ magnétique par son bras gauche lorsqu'il regarde le centre du solénoïde.

A l'intérieur d'un solénoïde long:

• Les lignes de champ sont parallèles (les vecteurs champ sont colinéaires et de même sens).
• Le champ magnétique conserve la même valeur.

D'après les deux remarques précédentes, nous pouvons affirmer que:
 

Valeur du champ à l'intérieur du solénoïde:

Soit N le nombre de spires du solénoïde et soit L sa longueur. On pose (n: nombre de spires par mètre). On montre que (voir le TP):

• B est proportionnel à l'intensité I du courant qui circule dans le solénoïde.
• B est proportionnel à n (nombre de spires par mètre du solénoïde).

On en déduit B = k.n.I. On peut montrer (voir le TP) que k = µ_o = 4.p.10^-7S.I. (perméabilité magnétique du vide), d'où:

Remarque: µ_air µ_o.
 

III. Champ magnétique terrestre

Le champ magnétique terrestre peut-être considéré comme le champ créé par un aimant droit placé au centre de la Terre (en réalité, la magnétosphère est déformée par le vent solaire).

Le champ magnétique terrestre est la résultante de deux composantes:

• _H: composante horizontale du champ magnétique terrestre au point M.
• _V: composante verticale du champ magnétique terrestre au point M.

Exemple: à Paris i = 64° et B = 4,7.10^-5T.

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