Le champ magnétique (niveau Première)

Résumé du document

Expérience 1

Répartissons de la limaille de fer sur une feuille rigide placée sur un aimant droit.
Les grains les plus proches de l'aimant sont attirés.
Donnons quelques légers coups sur le bord de la feuille : les autres grains s'alignent selon certaines lignes situées dans le plan de la feuille, appelées lignes de champ, et dont l'ensemble forme le spectre magnétique de l'aimant.
L'aimant modifie une propriété de son environnement ; la limaille de fer a servi à mettre cette propriété en évidence.
Une telle propriété qui caractérise localement l'espace est un champ.
Un aimant crée un champ magnétique dans son voisinage.
L'ensemble des lignes de champ constitue un spectre magnétique.

Expérience 2

Reproduisons le même protocole en remplaçant l'aimant par un fil électrique qui traverse la feuille : tant que le fil n'est parcouru par aucun courant, rien ne se passe ; mais lorsque nous faisons passer un courant continu de quelques ampères, les grains s'organisent le long de cercles centrés sur le fil.
Le fil électrique crée donc lui aussi un champ magnétique.
Un fil électrique parcouru par un courant crée un champ magnétique.

B) Nature du champ magnétique

Dans la première expérience, les grains de limaille ne s'orientent pas au hasard mais selon des directions bien précises.
Nous pouvons aussi visualiser ces directions à l'aide de l'aiguille aimantée d'une boussole : en déplaçant celle-ci près d'un aimant droit, nous voyons l'aiguille prendre une direction tangente à la ligne de champ sur laquelle elle se trouve.
Le champ magnétique possède une direction en chaque point.
Faisons tourner l'aiguille de la boussole d'un demi-tour : elle revient dans sa position initiale.
Le champ magnétique a donc un sens.
Un aimant attire un morceau de fer avec plus ou moins de force selon la distance qui les sépare : le champ magnétique a une valeur qui peut varier.
Cette valeur s'exprime en tesla (de symbole T) dans le Système international ; elle est mesurée par un teslamètre (...)

Extraits

[...] On sait que la tangente en M est perpendiculaire au rayon du cercle passant par M. Sens du champ A l'aide d'une aiguille aimantée, nous pouvons voir que le champ magnétique « tourne » autour du fil, et que son sens dépend du sens du courant dans le fil. Voici trois méthode permettant de retrouver le sens du courant en un point M quelconque. Le tire-bouchon : pour progresser dans le sens du courant, un tire-bouchon doit tourner dans le sens du champ. [...]

[...] Le sens de l'enroulement du fil n'influe pas directement sur le sens du champ. Seul le sens dans lequel le courant « tourne » joue un rôle. Pour une intensité du courant donnée, mesurons la valeur du champ en différents points à l'intérieur d'un solénoïde : elle est partout la même. Le champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde est uniforme. Comme dans le cas du fil ou de la bobine, la valeur du champ est proportionnelle à l'intensité du courant électrique dans le solénoïde. [...]

[...] μ0 est le coefficient de proportionnalité entre la valeur B du champ magnétique et le produit du nombre de spires N par l'inverse de la longueur L du solénoïde et l'intensité I du courant électrique. On l'appelle la perméabilité magnétique du vide. Champ magnétique terrestre En première approximation, le champ magnétique terrestre peut être considéré comme le champ créé par un aimant droit placé au centre O de la Terre et dont l'axe forme un angle α avec l'axe de rotation terrestre NS. L'axe est appelé l'axe géomagnétique et le le nord géomagnétique. L'équateur géomagnétique est le grand cercle de la surface terrestre, de centre perpendiculaire à l'axe géomagnétique. [...]

[...] Ces flèches indiquent le sens du courant correspondant. On utilise ensuite le fait que le champ magnétique créé par la bobine sort par la face nord. Valeur du champ Plaçons la sonde d'un teslamètre à proximité d'une bobine puis faisons varier l'intensité du courant électrique dans la bobine. La représentation graphique de la valeur du champ magnétique en fonction de l'intensité du courant électrique est une droite passant par l'origine. La valeur du champ magnétique créé par une bobine est proportionnelle à l'intensité du courant dans la bobine. [...]

[...] Le champ magnétique est un champ vectoriel. Il est tangent aux lignes de champ. Les lignes de champ magnétique Une propriété des lignes de champs Dans les deux exemples que nous venons de voir, les lignes de champ sont des boucles fermées. Ainsi, dans le cas de l'aimant droit, les boucles se referment à l'intérieur de l'aimant. La fermeture des lignes de champ est en fait une règle générale. Les lignes de champ magnétique sont des boucles fermées. Imaginons que nous puissions plier en U un long aimant droit. [...]