Champ magnétique

La champ magnĂ©tique C’est l’espace qui entoure un courant Ă©lectrique ou une charge en mouvement. Dans cet espace, une force est produite sur toute autre charge ou courant en mouvement placĂ© dans le champ. En physique, le champ magnĂ©tique est reprĂ©sentĂ© par:

style taille 16px bold B avec crochet de harpon droit audacieux vers le bas sur le style supérieur

La direction de B est dĂ©finie comme celle dans laquelle le pĂ´le nord d’une aiguille de boussole tend Ă  pointer.

Les propriĂ©tĂ©s magnĂ©tiques des matĂ©riaux ont leur origine dans la structure Ă©lectronique; cependant, on n’observe un champ magnĂ©tique visible que dans certains matĂ©riaux dits ferromagnĂ©tiques.

La définition formelle du point de vue de la physique des champs magnétiques est:

gras B gras égal fraction numérateur gras F entre dénominateur gras q gras v gras espace gras sinθ fin fraction

où la magnitude du champ magnétique B égale la force F sur la charge q se déplaçant avec la vitesse v à un angle θ de la direction du champ magnétique.

Caractéristiques du champ magnétique

  • C’est une quantitĂ© vectorielle, c’est-Ă -dire qu’elle a une direction et une signification.
  • Force magnĂ©tique F n’a pas la mĂŞme direction que le champ magnĂ©tique B, mais est perpendiculaire.
  • C’est un espace tridimensionnel.
  • L’intensitĂ© du champ magnĂ©tique est proportionnelle Ă  la densitĂ© des lignes de champ.

Lignes de champ magnétique

lignes de champ magnétique

La limaille de fer s’aligne de manière tangente aux lignes de champ magnĂ©tique d’un aimant.

Les lignes de champ magnĂ©tique montrent l’espace qui est affectĂ© par le champ magnĂ©tique d’un aimant ou d’un conducteur Ă©lectrique. Ils sont reprĂ©sentĂ©s par des cercles centrĂ©s sur la ligne de v et situĂ©s dans des plans perpendiculaires Ă  cette ligne.

La limaille de fer ainsi que les aiguilles d’une boussole servent Ă  nous donner une idĂ©e de ce Ă  quoi ressemblent les lignes de champ.

Caractéristiques des lignes de champ magnétique

lignes de champ magnétique d'un barreau magnétique

Lignes de champ magnĂ©tique d’un aimant en barre.

  • Les lignes de champ magnĂ©tique ne se croisent jamais.
  • Ce ne sont pas des «lignes de force», c’est-Ă -dire que la force magnĂ©tique subie par une charge ne suit pas la mĂŞme direction que la ligne de champ magnĂ©tique.
  • Ils ont la mĂŞme direction dans laquelle pointerait l’aiguille d’une boussole placĂ©e Ă  chaque endroit.
  • Ils n’ont pas d’extrĂ©mitĂ©s, les lignes de champ d’un aimant vont du pĂ´le nord au pĂ´le sud et traversent l’intĂ©rieur de l’aimant, formant ainsi des boucles fermĂ©es.
  • Le vecteur champ magnĂ©tique B, en chaque point de l’espace, est tangente Ă  la ligne de champ qui passe par ce point et en a le sens.

Formule du champ magnétique

La intensitĂ© du champ magnĂ©tique B est proportionnel Ă  la charge q, Ă  1 / r2, Ă  la vitesse v de la particule et dans l’angle ø, selon la formule suivante:

gras italique B gras numérateur de fraction égale gras mu indice gras 0 entre dénominateur gras 4 gras pi fin fraction numérateur de fraction gras barre verticale gras q gras barre verticale gras v gras espace gras s gras e gras n gras vide entre dénominateur gras r élevé en gras 2 fraction de fin

où µ0 / 4π est une constante de proportionnalité, où la valeur de µ0 est égale à 4π x 10-7 Tm / A.

La champ magnĂ©tique d’une charge ponctuelle Ă  vitesse constante comme produit vectoriel:

style taille 16px gras B avec harpon droit gras avec crochet au-dessus du numérateur de fraction égale gras mu indice gras 0 entre le dénominateur gras 4 gras pi fin numérateur de fraction de fraction q gras italique v avec harpon droit avec crochet au-dessus de l'espace normal x espace gras style afficher gras r avec un caractère gras au-dessus du style de fin entre le dénominateur gras r élevé en gras à 2 extrémités du style de fin d'espace de fraction

La force F sur une charge ce qui bouge avec la vitesse v dans un champ magnétique B est donné par:

style taille 16px gras F avec harpon droit gras avec crochet vers le bas Ă©gal q pile gras v espace gras avec harpon droit gras avec crochet vers le bas sur le haut espace x espace gras italique B avec harpon droit avec crochet vers le bas sur le haut style

Unités de champ magnétique

Les unitĂ©s du champ magnĂ©tique B sont les mĂŞmes que les unitĂ©s de F/ qv. Autrement dit, l’unitĂ© SI pour B Ă©quivaut Ă  1 Ns / Cm (newton par seconde sur coulomb par mètre).

style taille 16px fraction numérateur gras F entre dénominateur gras q gras v fin fraction double flèche droite numérateur fraction gras N gras. gras s entre le dénominateur gras C gras. style de fin de fraction de fin de m gras

Puisqu’un ampère est Ă©gal Ă  un coulomb par seconde (1A = 1C / s), l’unitĂ© de champ magnĂ©tique devient:

style taille 16px gras 1 gras espace gras tesla gras égal gras 1 gras T gras égal gras 1 fraction numérateur gras N entre dénominateur gras A gras. style de fin de fraction de fin de m gras

Cette unitĂ© s’appelle tesla (T) en l’honneur du scientifique Nikola Tesla (1857-1943). Une autre unitĂ© utilisĂ©e pour le champ magnĂ©tique est le gauss, Ă©tant:

style taille 16px gras 1 gras espace gras gaussien gras égal égal gras espace gras 1 gras G gras espace gras égal égal gras 10 élevé à gras moins gras 4 extrémités surélevé espace gras gras style extrémité T

Comment un champ magnétique est-il généré?

Les champs magnĂ©tiques peuvent ĂŞtre crĂ©Ă©s par des aimants et par des courants Ă©lectriques. Dans les aimants ou aimants permanents, les Ă©lectrons qui circulent autour du noyau forment un courant Ă©lectrique, produisant un champ magnĂ©tique; quand tout les champs magnĂ©tiques de tous les atomes du matĂ©riau sont alignĂ©s, le matĂ©riau est dit “magnĂ©tisĂ©”.

Les Ă©lectroaimants sont des aimants non permanents qui ne fonctionnent que lorsqu’ils ont un flux d’Ă©lectricitĂ©. C’est le produit d’un nombre Ă©norme de particules chargĂ©es se dĂ©plaçant dans un courant. La première preuve de la relation entre le magnĂ©tisme et les charges Ă©lectriques en mouvement a Ă©tĂ© dĂ©couverte par le scientifique danois Hans Christian Oersted en 1820.

Types de champs magnétiques

  • Champ magnĂ©tique uniforme: champ magnĂ©tique oĂą la magnitude et la direction sont les mĂŞmes en tous points. Ceci peut ĂŞtre partiellement observĂ© entre les barres parallèles d’un aimant en forme de U, ou dans les solĂ©noĂŻdes.
  • Champ magnĂ©tique non uniforme: champ magnĂ©tique oĂą la magnitude et l’intensitĂ© ne sont pas Ă©gales en tous points du champ. Par exemple, le champ magnĂ©tique terrestre.

Exemples de champ magnétique

Dans nos maisons, nous trouvons probablement des champs magnétiques tout autour de nous. Voyons voir.

Aimants

aimants exemples de champ magnétique

Aux pĂ´les nord et sud d’un aimant, la force magnĂ©tique est la plus forte.

Les aimants peuvent ĂŞtre constituĂ©s de divers matĂ©riaux, de formes et de tailles variĂ©es et ont toujours un pĂ´le nord et un pĂ´le sud. Lorsqu’un aimant est divisĂ©, les pĂ´les ne sont en aucun cas sĂ©parĂ©s, mais chaque nouvelle pièce comporte un pĂ´le sud et un pĂ´le nord.

Les aimants créent un champ magnétique autour de vous. Par exemple, un aimant en néodyme a un champ magnétique puissant par rapport aux aimants en fer.

Champ magnétique terrestre

exemple de boussole de champ magnétique

C’est grâce au champ magnĂ©tique terrestre que les boussoles fonctionnent.

La Terre est un grand aimant Ă  deux pĂ´les: le pĂ´le nord magnĂ©tique pointe vers le pĂ´le sud gĂ©ographique et le pĂ´le sud magnĂ©tique pointe vers le pĂ´le nord gĂ©ographique, avec une lĂ©gère inclinaison de 10Âş. Ă€ l’intĂ©rieur ou au cĹ“ur de la Terre, le matĂ©riau fondu est en mouvement et gĂ©nère le champ magnĂ©tique terrestre. Il existe des preuves gĂ©ologiques qui montrent qu’il change de direction tous les demi-millions d’annĂ©es.

Le champ magnĂ©tique terrestre est de l’ordre de 10-4T et sert Ă  dĂ©vier les particules solaires chargĂ©es Ă  haute Ă©nergie vers les rĂ©gions polaires. LĂ , les aurores borĂ©ales proviennent de l’hĂ©misphère nord et les aurores borĂ©ales sud de l’hĂ©misphère sud.

Les références

Holzner, Steven. Physique II pour les nuls. Éditions Wiley. 2010.

Sears, F., Zemansky, M., Young, H, D., Freedman, RA University Physics with Modern Physics volume 2.12ème édition. Pearson Education, Mexique 2009.

 

Étiquettes:

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *