Objectifs

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III – B MAGNETISME, FORCES ELECTROMAGNETIQUES
Les raisons de cet enseignement
L’étude des champs magnétiques permet de boucler notre approche énergétique des phénomènes et de
rapprocher, par l’étude des caractéristiques de la force électromagnétique de Laplace, l’électricité et les
phénomènes mécaniques notamment à travers le concept de couplage électromagnétique. Dans le même
temps on commence à construire le concept de champ.
L’introduction de la force de Coulomb et de la force de Laplace pourrait conduire à une présentation du
champ électrique en parallèle avec le champ magnétique. Le choix a été fait d’introduire la notion de
champ (vectoriel) uniquement à propos du magnétisme. Les difficultés que rencontrent élèves avec la
notion de champ sont bien connues : ils confondent le champ et la force et donnent bien souvent à celui-ci
les attributs de celle-là. Les professeurs se heurtent à la difficulté pédagogique de différencier les deux
concepts. De tous les champs de forces, le champ magnétique est sans doute celui qui permet le mieux
d’établir cette différenciation. D’une part, par la réalisation de spectres ou en promenant une petite aiguille
aimantée, il est facile de mettre en évidence les propriétés nouvelles que l’espace acquiert au voisinage
d’un aimant ou d’un courant électrique. D’autre part, la force électromagnétique qui apparaît lorsqu’un
courant est placé dans un champ magnétique n’a pas les caractères topographiques de celui-ci puisqu’elle
lui est toujours perpendiculaire. Ces particularités du champ magnétique nous ont conduit à choisir son
étude pour commencer à construire un concept réputé difficile.
Là aussi, l’histoire est instructive. Si la notion de champ a été inventée à propos du magnétisme par
Faraday, autodidacte, c’est bien parce que c’est à propos de ces phénomènes que son introduction est la
plus intuitive. C’est un champ que l’on peut modifier à sa guise, en déplaçant tout simplement le montage
sur la table ou en changeant l’intensité du courant qui le génère. C’est un champ « manipulable ». S’il s’agit
de faire comprendre l’intérêt d’accrocher parfois un petit vecteur en chaque point de l’espace, c’est en se
basant sur le magnétisme qu’on sera à l’évidence le plus convainquant. On peut bien sûr montrer des
« lignes de champ » électriques, mais comme le champ électrique dans un conducteur parcouru par un
courant n’est pas d’origine électrostatique, l’intérêt pédagogique de l’introduction du champ électrique, au
niveau de la première, est moins fort que celui du champ magnétique. De même, le champ de gravité est en
quelque sorte trop simple, trop omniprésent pour que son introduction en première soit clairement ressentie
comme un avantage conceptuel par rapport à la force de gravité.
Objectifs généraux
1. Etudier le caractère vectoriel du champ magnétique créé par le passage d’un courant
électrique ou au voisinage d’un aimant.
2. Différencier le champ magnétique et la force électromagnétique créée par celui-ci sur
un conducteur parcouru par un courant électrique.
3. Comprendre le principe de fonctionnement d’un moteur électrique (conversion
d’énergie électrique en énergie mécanique) et d’un générateur électromagnétique
(conversion réciproque).
Notre intention est ici de nous en tenir à ces seuls objectifs en visant une approche modeste mais
fondamentale de l’électromagnétisme.

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UNE PREMIERE PROPOSITION DE PROGRESSION
Activités : 5h 1TP : 2h Total : 7h
Les 3h30 restantes sont consacrées à l’évaluation et aux corrections.
Nature de
la séance
Titre ou questions
Contenus
Exemples d'activités
Activités
1h30
De quoi est fait un moteur
électrique ?
Action d’un courant sur un
aimant ;
Transformation d’énergie
électrique en travail mécanique
dans un moteur.
Activités
1h
Comment un aimant ou
une bobine alimentée par
un courant modifient-ils
les propriétés de l’espace
environnant ?
Réalisation et observation de
spectres magnétiques. Mesure
de la valeur du champ avec
une sonde de Hall.
TP2h
Quels sont les caractères
d’un champ magnétique ?
Le champ créé en un point par le
courant passant dans une bobine
est proportionnel à l’intensité du
courant ;
Le champ magnétique est une
grandeur vectorielle.
Additivité vectorielle de deux
champs magnétiques.
Activités
1h30
Comment calculer la
valeur de la force
électromagnétique ?
Loi de Laplace.
Rôle moteur des forces
électromagnétiques.
Couplage électromagnétique.
Activités
1h
Un moteur électrique peut-
il être utilisé en
générateur ?
Etude qualitative du mouvement
d’un circuit dans un champ
magnétique.

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UNE DEUXIEME PROPOSITION DE PROGRESSION
Objectifs
Construire une première approche du concept de champ vectoriel et comprendre le principe de
fonctionnement d’un dispositif électromécanique simplifié.
Activités : 6h 2TP : 4h Total : 10h
Le reste du temps disponible (5h HCE) est consacré aux contrôles et à leurs corrections.
Nature de
la séance
Titre
Contenus
Exemples d’activités
HCE 1h30
Champ
magnétique.
Champ magnétique
créé par un
courant.
Action d’un aimant, d’un courant
continu sur une très courte aiguille
aimantée.
Vecteur champ magnétique B :
direction, sens, valeur et unité.
Exemples de lignes de champ
magnétique : champ magnétique
uniforme.
Champ magnétique créé par un
courant rectiligne, un solénoïde.
Mise en œuvre d’expériences
montrant les caractéristiques du
champ magnétique créé par un
courant rectiligne, une bobine, un
solénoïde.
Réalisation de spectres
magnétiques.
Utilisation d’une sonde à effet
Hall.
Mise en évidence du champ
magnétique terrestre.
TP 2h
Champ magnétique
créé par un courant
Super position de
deux champs
magnétiques.
Caractère vectoriel du champ
magnétique;
Proportionnalité de la valeur du
champ B et l’intensité du courant
en l’absence de milieux
magnétiques.
Superposition de deux champs
magnétiques.
TP 2h
Forces
électromagnétiques.
Loi de Laplace : direction, sens,
valeur de la force : F = I.. B.sin
Vérification expérimentale de la
loi de Laplace.
Utiliser la Loi de Laplace pour
interpréter des expériences telles
que : barre mobile sur rail, action
entre courant parallèle, mouvement
d’une bobine au voisinage d’un
aimant.
HCE 1h30
Couplage
électromécanique.
Conversion d’énergie électrique en
énergie mécanique. Rôle moteur
des forces de Laplace.
Observation de l’effet réciproque
associé au mouvement d’un circuit
dans un champ magnétique.
Conversion d’énergie mécanique
en énergie électrique.
Observation du principe de
fonctionnement :
d’un haut-parleur dynamique.
d’un moteur à courant continu.
Observation du principe de
fonctionnement d’un microphone
électrodynamique, d’un
alternateur.
HCE 1h30
Histoire du
magnétisme
Histoire du magnétisme et de
l’électromagnétisme.
Ordre de grandeur des réalisations
pratiques actuelles
Etude documentaire.