I. Les aimants, sources de champ magnétique.

LE CHAMP MAGNETIQUE
I. Les aimants, sources de champ magnétique.
1. Quelques observations expérimentales.
 Quel est le comportement d'un aimant vis à vis du fer ?
Un aimant a la propriété d’attirer les objets en fer.
Cette action se manifeste aux deux extrémités de l'aimant,
appelées pôles
Les pôles d'un aimant sont de natures différentes.
 Comment se traduit l'interaction entre deux aimants ?
Deux pôles de même nom se repoussent
Deux pôles de noms différents s’attirent
 Quel est le comportement d'une aiguille aimantée ?
Un petit aimant mobile sur un pivot vertical constitue une
boussole
En un point de la surface terrestre, une aiguille aimantée
occupe une position stable: le pôle nord de l'aiguille indique
sensiblement la direction du Nord géographique.
2. Espace champ magnétique
C'est une région dans laquelle une aiguille aimantée s'oriente sous l'action de forces magnétiques.
L'aiguille aimantée constitue un détecteur de champ magnétique.
Parmi les sources de champ magnétique, on peut citer :
- la Terre,
- les aimants,
- les bobines parcourues par des courants électriques (voir ultérieurement).
3. Comment définir un champ magnétique ?
En un point M de l'espace, on caractérise le champ magnétique par un vecteur
B
pour lequel il faut
préciser la direction, le sens et la valeur.
a) le rôle de l'aiguille aimantée.
Placée en M, l'aiguille aimantée nous permet de connaître direction et sens de
B
en ce point.
Au point M, le vecteur champ magnétique
B
:
- a la direction x'x de l'axe de l'aiguille aimantée,
- a le sens S  N de l'aiguille aimantée.
b) le rôle du teslamètre.
Placée en M, la sonde de Hall d'un teslamètre permet de mesurer la valeur du champ magnétique en ce
point.
La valeur d'un champ magnétique est notée B ; elle s'exprime en Teslas (T).
Quelques ordres de grandeurs.
- champ magnétique terrestre : environ 5.10-5 T (soit 50 µT),
- au voisinage d'un aimant : 10-2 à 10-1 T.
Un champ magnétique de 1 T est un champ magnétique intense.
n
s
champ
terrestre
pôle sud
pôle nord
aimant
droit
x
x'
B
M
s
n

4. Les spectres magnétiques.
Un spectre magnétique est caractérisé par un ensemble de lignes
de champ.
En tout point de l'espace, le vecteur champ est tangent aux
lignes de champ et il est orienté dans le même sens.
L'observation d'un spectre magnétique peut s'effectuer à l'aide
de limaille de fer.
Exercice : D'après l'observation des spectres et l'orientation de l'aiguille aimantée, dessinez quelques lignes
de champ magnétique créé par un aimant droit, puis par un aimant en U.
II. Comment créer un champ magnétique à l’aide d’une bobine ?
1. Expériences
 Observez le comportement de deux aiguilles aimantées placées de part et d'autre d'une bobine longue
(solénoïde) parcourue par un courant continu.
On peut constater que le solénoïde a le comportement d'un
aimant: il possède deux faces N et S dont les positions
dépendent du sens du courant dans l'enroulement.
Les lignes de champ magnétique sont parallèles à l'axe x'x du solénoïde: on dit que le champ magnétique
est uniforme.
B
est un vecteur constant (si l'on ne s'approche pas trop des faces).
2. Expression de B à l'intérieur d'un solénoïde
Dans le vide (ou dans l'air) la valeur du champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde est donné par
l'expression:
BN
LI 0
avec I en Ampère(A) ; L en mètre(m) ; B en Tesla (T)
0 = 4.10-7 SI est la perméabilité magnétique du vide (ou de l'air).
Indication : Si l'on désigne par
nN
L
le nombre de spires par mètre, on peut écrire B = 0.n.I .
M2
B1
ligne de champ
M1
B2
N
I
S
I
+
_
G
I
x'
x
?
?

3. Comment obtenir un champ magnétique intense ?
Plusieurs méthodes sont possibles :
 Augmenter le nombre de spires par unité de longueur (n) de la bobine.
 Augmenter la perméabilité magnétique µ du milieu.
On réalise un électroaimant en introduisant un noyau
ferromagnétique (fer doux, alliage) à l'intérieur de la bobine.
Le champ magnétique dans l'entrefer du noyau se trouve
considérablement augmenté.
 Augmenter l'intensité I du courant dans la bobine.
Il s'en suit une élévation importante de température dans les conducteurs ohmiques par suite de l'effet
Joule.
Remède : utiliser la supraconductivité de certains matériaux. Refroidis à très basse température,
certain métaux ont une très faible résistivité, ce qui limite l'échauffement même pour des courants
intenses.
Les champs magnétiques ainsi créés peuvent atteindre 15 à 20 T.
4. Une application médicale : l'I.R.M.
Les premières observations en imagerie par résonance magnétique (I.R.M.) datent de 1977.
L'I.R.M. permet d'observer les structures anatomiques de certains tissus et organes. Elle peut donc mettre en
évidence certaines formes pathologiques.
On l'utilise lors d'investigations cérébrales, rachidiennes, cardiologiques.
La résonance magnétique nucléaire (R.M.N.) est obtenue en soumettant le corps du patient à un champ
magnétique intense associé à une onde radiofréquence: les noyaux d'atomes d'hydrogène (protons) présents
dans le corps humain s'orientent à la manière de minuscules aiguilles aimantées.
Lorsqu'on cesse l'émission radiofréquence, les protons restituent de l'énergie sous forme d'un signal de
R.M.N. Ce signal est traduit en image sur écran d'ordinateur : c'est l'imagerie par résonance magnétique
(I.R.M.).
Cette méthode d'investigation présente de gros avantages :
- pas d'utilisation de rayons X comme en scannographie;
- pas d'utilisation de traceurs radioactifs comme en scintigraphie.
Actuellement, on ne connaît pas d'action nocive de cette méthode sur les organismes vivants.
Seule précaution d'emploi avec les patients munis de prothèses métalliques, implants, valves et
stimulateurs cardiaque ...
bobine
noyau
entrefer