4) Champ magnétique créé par un long fil rectiligne

1ère S
Physique – Partie III
Lycée
St Jude
Chapitre P10 : Magnétisme
Objectifs :
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Utilisation d’un aiguille aimantée.
Caractéristique du vecteur champ magnétique.
Topolographie de quelques champs.
Influence de l’intensité sur le champ magnétique
1) Mise en évidence
Une aiguille aimantée comporte deux pôles. Le pôle nord d’une aiguille aimantée est l’extrémité qui pointe vers
le Nord magnétique (proche du Nord géographique) ; le pôle Sud est l’autre extrémité.
Une aiguille aimantée, mobile autour d’un axe vertical s’oriente toujours dans le même sens et la même
direction (comme une boussole). Si on écarte l’aiguille de cette position des actions mécaniques, qui ne sont ni
des forces gravitationnelles, ni des forces électriques, la ramènent dans sa position initiale. Ces actions sont
dues à la présence d’un champ magnétique.
Une aiguille aimantée met en évidence l’existence des champs magnétiques crées par la Terre et par un aimant.
Une aiguille aimantée est un détecteur de champ magnétique.
Lorsque, dans une région de l’espace, une aiguille aimantée subit des actions mécaniques, il y règne un champ
magnétique. Les aimants sont des sources de champ magnétique.
2) Le vecteur champ magnétique
2-1) Définition
En chaque point de l’espace entourant un aimant, on peut définir un vecteur B appelé vecteur champ
magnétique.
Le champ magnétique en un point P de l’espace est repéré par un vecteur B qui a les caractéristiques suivantes :
 Une direction, celle de l’aiguille placée en ce point P
 Un sens, celui de l’axe Sud-Nord de l’aiguille aimantée
 Une valeur (intensité) B, exprimée en Tesla (T)
2-2) Mesure d’un champ magnétique
Il se mesure à l’aide d’un teslamètre. Près d’un aimant, la valeur du champ magnétique est de l’ordre de 1mT à
0,5T. La valeur du champ magnétique terrestre varie de 25 T à 70 T.
2-3) Champ uniforme
Un champ uniforme est caractérisé par un vecteur B constant (en valeur, sens et direction dans une région
limitée de l’espace).
Chapitre P10
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2-4) Superposition de deux champs magnétiques
En présence de deux aimants, le champ magnétique B en un point P est égal à la somme vectorielle des champs
magnétiques B1 et B2, B1 étant le champ magnétique créé par le premier aimant seul et B2 celui du deuxième
aimant. (cf. Doc 11 et 12 page 201)
3) Spectres magnétiques et lignes de champ
3-1) Le spectre magnétique
Chaque grain de limaille de fer s’oriente dans le champ magnétique comme de minuscule aiguille aimantée.
Grâce à la limaille de fer, il est alors possible de visualiser la direction du champ magnétique en tout point de
l’espace étudié : on obtient un spectre magnétique. (cf. Page 200)
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3-2) Les lignes de champ magnétique
La limaille de fer du spectre magnétique semble suivre des lignes, appelées ligne de champ magnétique.
Le vecteur B est tangent aux lignes du champ en chacun de leurs points. On oriente ces lignes, qui ne se
coupent pas, dans le sens de B (sens du pôle sud au pôle nord d’une aiguille aimantée).
 Pour un aimant droit, les lignes sortent du pôle nord en divergeant, contournent l’aimant et se referme
en convergeant vers le pôle sud de l’aimant.
Dans une région intense, les lignes de champ sont très resserrées et la valeur du champ plus élevé.
Chaque fois que l’on brise un aimant, il apparaît deux nouveaux pôles.
 Pour un aimant en U, les lignes sont parallèles entre les deux pôles : le champ magnétique est uniforme
et le vecteur B est donc constant dans cette région.
Dans un champ uniforme, le vecteur B est constant : les lignes de champ sont des droites parallèles.
4) Champ magnétique créé par un long fil rectiligne
4-1) Expérience d’Oersted
Expérience décrite page 197.
Lors du passage du courant dans le fil, l’aiguille dévie : elle détecte un champ magnétique.
Un fil parcouru par un courant électrique crée un champ magnétique. Le sens de déviation de l’aiguille dépend
du sens du courant, l’amplitude de la déviation augmente avec l’intensité du courant. Le champ magnétique
créé dépend donc du sens du courant et de la valeur de l’intensité du courant.
4-2) Champ magnétique créé par un courant rectiligne
Les lignes de champ sont des cercles centrés sur le fil. Elle se referme sur elles-mêmes et leurs sens dépend du
sens du courant dans le fil.
Le vecteur champ magnétique B(M) créé en un point M, par un fil rectiligne est :
 Perpendiculaire au plan contenant M et le fil ;
 De sens donné par la règle de la main droite ou par la règle du bonhomme d’Ampère
Par symétrie, la valeur B du champ magnétique a la même valeur pour tous les points situés à la même distance
r du fil. Sa valeur est proportionnelle à I.
B=kxI
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5) Champ magnétique d’un solénoïde
Un solénoïde est une bobine longue constituée d’un certain nombre de spires ( de longueur grande par rapport à
son diamètre). Le spectre magnétique à l’extérieur de solénoïde est comparable à celui d’un aimant droit, les
deux extrémités du solénoïde étant analogues aux pôles de l’aimant. De plus, on constate qu’à l’intérieur du
solénoïde les lignes de champ sont des droites parallèles.
Le champ magnétique à l’intérieur du solénoïde est uniforme, sauf au voisinage de l’extrémité.
Les lignes de champ sortent par la face nord et rentrent par la face sud du solénoïde.
(cf Doc 17 page 202)
Le champ magnétique à l’intérieur d’un solénoïde dépend :
 De la longueur l du solénoïde
 De l’intensité I du courant électrique
 Du nombre de spires N
Valeur du champ magnétique :
A l’intérieur du solénoïde, loin des extrémités, le champ est uniforme et parallèle à l’axe. Sa valeur est donnée
par la relation :
NxI
B = 0 --------l
avec 0 perméabilité du vide (ou de l’air) = 4.10-7 dans le S.I.
Exercices 8-10-13-14 pages 210-211
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