2011 2012
Aurélien Blangenois
[ÉLECTROTECHNIQUE –
MAGNÉTISME ET
ÉLECTROMAGNÉTIQME]
Mme Dehaene
MAGNÉTISME ET ÉLECTROMAGNÉTISME
LE CHAMP MAGNÉTIQUE
Il sert à caractériser l’influence de l’aimant sur le milieu extérieur.
⃗ . Ce vecteur a une direction, un sens et une intensité :
Il est caractérisé par le vecteur 
Direction : grande diagonale d’une aiguille de boussole (tangente aux lignes de
champ).
Sens : du pôle Nord de l’aimant au pôle Sud de celui-ci.
Intensité : mesurée par un Teslamètre. Elle est donnée en Tesla (T). L’ordre de
grandeur du champ magnétique terrestre est de 10-5T et du millitesla pour les petits aimants. On peut
produire des champs magnétiques au maximum d’une dizaine de Tesla.
CHAMP MAGNÉTIQUE CRÉÉ PAR UN COURANT
Si le conducteur est assimilé à un fil rectiligne : les lignes de champ sont des cercles concentriques
perpendiculaires au conducteur. Le sens est donné par la règle du pouce droit. L’intensité est donnée par  =
2 10−7  

où d est la distance entre le champ et le point considéré. Cette intensité est déterminée par le
théorème d’Ampère :
=
=
µ
2
µ0 
2
avec µ0 la perméabilité du vide et 2πd le contour fermé (cercle).
avec µ la perméabilité du matériau et

2
correspondant à H (le champ
magnétique).
 = µ avec B étant le champ d’induction magnétique (T) et µ(Tm/A)
µ0 = 4π 10-7 Tm/A
Si le conducteur est assimilé à une bobine, les lignes de champ sont parallèles à l’axe de la bobine. Le champ
magnétique est uniforme à l’intérieur de la bobine et le sens est également donné par la règle du pouce droit.
Son intensité est calculée par  =
µ


où est le nombre de spires par unité de longueur.

FERROMAGNÉTISME, PARAMAGNÉTISME, DIAMAGNÉTISME
Seuls les effets sont visibles. La cause de ces effets est la rotation des électrons autour du noyau (moment
⃗⃗⃗⃗⃗0 ) et sur eux-mêmes (moment magnétique⃗⃗⃗⃗⃗⃗
magnétique 
 ).
Le moment magnétique est un vecteur :
Direction : celle du champ magnétique qui serait créé par le courant.
Sens : celui du champ magnétique qui serait créé par le courant.
Intensité :  =    =

2
1
² =  où e est la charge de l’électron.
2
Les matériaux ferromagnétiques (fer, nickel, cobalt,…) peuvent être fortement aimantés. Cette aimantation
persiste plus ou moins selon le matériau.
Les matériaux paramagnétiques (aluminium, platine, manganèse,…) s’aimantent faiblement et cette
aimantation ne persiste pas.
2
Les matériaux diamagnétiques (or, zinc,…) de la même manière que les paramagnétiques.
PARTICULES CHARGÉES DANS UN CHAMP MAGNÉTIQUE
Une particule chargée se déplaçant dans un champ d’induction magnétique subit une force magnétique :
F dépend de la vitesse, de B et de la charge.
Fem est la force exercée par un champ magnétique sur une
⃗
particule chargée ayant une vitesse :  =   
Direction : perp. Aux 2
vecteurs
Sens : règle tirebouchon
Intensité : IIvII IIBII sinθ
Un conducteur parcouru par un courant dans un champ d’induction magnétique subit une force magnétique :
On a 2 conducteurs reliés à une alimentation stabilisée et entre les deux,
une tige métallique. Le système est mis dans un champ d’induction
magnétique. On observe que la tige métallique roule vers la gauche. Si on
inverse le champ d’induction magnétique, la force électromotrice sera
dirigée à l’opposé.
Règle de la main droite :
Le pouce correspond au sens de la force électromotrice
L’index correspond au sens du courant
Le majeur correspond à la direction du champ magnétique
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Quelle est la force exercée sur le conducteur parcouru par un courant I ?
Force sur un électron : F = q v B sinθ
Pour le conducteur, il nous faut le nombre d’électrons qui circulent. On sait aussi que la tige est de longueur l.
On a  =

→

 = 
 = ∫  =  ∫  car le courant est continu, donc constant
=  = 



Ainsi,  =   

 =  
Force de Laplace
LE COURANT
Lorsque un courant parcours un conducteur, Il produit un champ d’induction magnétique. Est-il possible de
créer un courant à partir d’un champ d’induction magnétique ?
On peut créer un courant électrique en faisant varier un
champ d’induction magnétique mais pas quand ce dernier
est constant. Le courant produit a un sens opposé selon que
l’on entre ou que l’on sort. On observe que plus le
mouvement relatif de l’aimant par rapport à la bobine est
grand et plus le courant I sera grand. On fit varier la valeur
de B.
Il y a production de courant en faisant varier l’alimentation
du champ d’induction magnétique. Plus on tourne vite et
plus l’intensité du courant augmente. Les intensités sont
opposées.
Soit un conducteur rectangulaire ABCD placé dans un champ magnétique uniforme :
La force électromotrice sur les électrons est dirigée vers le bas. Cette face va faire bouger les électrons qui se
repoussent mutuellement. Il y a donc production d’un courant qui est induit.
4
⃗ .  avec B le vecteur champ magnétique et S le vecteur perpendiculaire à la
Le flux magnétique ϕ est :  = 
spire pointant vers l’extérieur de celle-ci et d’intensité valant la surface de la spire.
 =   avec α l’angle entre le vecteur B et le vecteur S
On peut produire du courant induit en faisant varier le flux (varier B, S ou α). Le flux magnétique s’exprime en
Webber (Wb). Si on a plusieurs spires :
 =  
où N est le nombre de spires.
Il existe un courant induit si il ya variation du flux magnétique. Dans A – D, on a un courant I et un champ B
impliquant donc une force de Laplace :  =  sinθ.
Quelle est la valeur du courant induit ?
Le fait de tirer sur la spire produit un travail mécanique (W) = Fdoc (il faut vaincre la force de Laplace). Ce
travail se transforme en énergie électrique : E = P Δt = Uind . Iind . Δt
F . Δx = -BIL Δx
-BIL Δx = Uind . Iind . Δt avec l . Δx = ΔS
-B .ΔS = Uind . Iind . Δt
-Δϕ = Uind .Δt
 =
−∆
∆
Uind moyen
Pour le Uind instantané : lim (
∆→0
 = −
−∆
∆
)

= 

⃗⃗⃗ 
Pour une spire :  = .
Pour N spires :  = . ⃗⃗⃗
. 
APPLICATIONS
LE HAUT-PARLEUR
On peut visualiser le son à l’aide d’un oscilloscope (tension en fonction du temps). Il faut donc transformer le
son en tension. On le fait au moyen d’un micro, par exemple.
Son (variation de pression) → micro → tension (signal électrique)
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La fréquence est donnée par f = 1/T
On produit du son grâce à une variation de pression dans les couches d’air successives. Il y a toujours une
source et un récepteur (comme le tympan par exemple).
source
variation
de
pression
d'air à
proximité
variation
de
pression
des
couches
suivantes
vibration
du
récepteur
La source correspond ici à la membrane du haut-parleur qui vibre. Pour cela, on fait passer dans la bobine un
courant alternatif :
La bobine agit comme un aimant. On a donc deux « aimants » (aimant + bobine) aui vont soit s’attirer, soit se
repousser. La membrane va donc vibrer de manière régulière puisqu’on passe de l’attraction à la répulsion et
inversement à cause du changement de champi d’induction magnétique. Lorsqu’il y a répulsion, la membrane
est poussée vers l’extérieur du haut-parleur. A l’inverse, la membrane est tirée.
LE GALVANOMÈTRE (OU AMPÈREMÈTRE À AIGUILLE)
Ils permettent de détecter des courants faibles et sont plus précis que les ampèremètres digitaux. Ils servent à
mesurer la valeur d’un courant.
C’est un conducteur parcouru par un courant dans un champ d’induction
magnétique. Il y a donc une force de Laplace :
F = B l I sin θ
(où sinθ = 1 car B et I sont perpendiculaires)
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F1 = F2 mais sont de sens opposé. Cela va permettre une rotation de la spire. A cette rotation, va s’opposer un
ressort qui exerce une force compensant F1 et F2. Cette force dépend de la nature du ressort (k N/rad) et de
l’angle de rotation (Δθ). L’angle Δθ est proportionnel à l’intensité du courant. Ces dispositifs peuvent être
utilisés pour des courants alternatifs ou qui changent de sens.
LE MOTEUR A COURANT CONTINU
La fonction du moteur est de faire tourner la spire. L’alimentation est une tension continue.
On a un conducteur parcouru par un courant I dans un champ d’induction
magnétique. Il y a donc une force de Laplace qui va entrainer la rotation de la
spire. Après un demi-tour, le courant tourne dans l’autre sens et donc il y a
inversion des forces. La spire va donc faire marche arrière. On ajoute alors un
système balai-collecteur qui va permettre au courant de circuler de
A→B→D→C pendant le premier demi-tour. Pour le 2ème conducteur, le
courant tourne de C→D→B→A. Le sens des forces ne change pas sur le
conducteur qui est en haut et sur celui du bas
LA GÉNÉRATRICE (DYNAMO)
On crée du courant à partir d’un mouvement de rotation (inverse du moteur).
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SOMMAIRE
Le champ magnétique ............................................................................................................................................. 2
Champ magnétique créé par un courant ................................................................................................................ 2
Ferromagnétisme, paramagnétisme, diamagnétisme ............................................................................................ 2
Particules chargées dans un champ magnétique .................................................................................................... 3
Le courant ............................................................................................................................................................... 4
Applications............................................................................................................................................................. 5
Le haut-parleur.................................................................................................................................................... 5
le galvanomètre (ou ampèremètre à aiguille) .................................................................................................... 6
Le moteur a courant continu .............................................................................................................................. 7
la génératrice (dynamo) ...................................................................................................................................... 7
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chapitre-1-magnetisme-et