Champs magnétiques

Physique 1ère S Chapitre 11
Le champ magnétique
1. Interactions magnétiques.
On appelle pôle Nord d’un aimant, l’extrémité qui s’oriente spontanément vers le Nord et pôle Sud
l’extrémité opposée.
1.1. Interactions entre aimants.
Deux pôles de même nature se repoussent, deux pôles de natures différentes s’attirent.
1.2. Notion de champ magnétique.
Il règne un champ magnétique dans une région
de l’espace lorsqu’une aiguille aimantée y subit
des actions.
Vecteur champ magnétique au point M.
Nicolas Tesla (1857 –1943, Serbie puis USA : courant alternatif, ondes hertziennes).
Remarque. L’orientation spontanée d’une aiguille aimantée est attribuée au champ magnétique
terrestre.
1.3. Action magnétique d’un conducteur parcouru
par un courant électrique.
Expérience d’Oersted (1820, Danemark).
Un conducteur parcouru par un courant électrique
crée un champ magnétique.
2. Champ magnétique créé par des aimants.
2.2. aimant en U
B
N
S
N
S
2.1. aimant droit
1
B
B
2
B
3
B
lignes de champ
4
B
Origine : le point M
Direction : celle de l’aiguille aimantée (détecteur)
Sens : de la pointe s vers la pointe n du détecteur
Valeur : B, unité le tesla (T)
M
B
1 mT = 10-3 T
Appareil de mesure :
le teslamètre
s
n
M
source de champ
magnétique
détecteur
(aiguille aimantée)
M
B
s
n
M
A
C
I
B

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Les grains de limaille de fer se comportent comme de petites aiguilles aimantées et s’orientent
selon le vecteur champ magnétique. On donne le nom de spectres magnétiques aux figures
spatiales ainsi obtenues.
B
est tangent en tout point aux lignes de champ, son sens est donné par la règle définie en
1.2.
On oriente les lignes de champ selon le sens de
B
. Ainsi, on dit qu’elles sortent de l’aimant
par le pôle Nord et entrent par le pôle Sud.
Pour un aimant en U, les lignes de champ entre les branches sont rectilignes et parallèles.
Le champ magnétique est uniforme : même direction, même sens et même valeur en tout
point.
3. Champ magnétique d’une bobine parcourue par un courant électrique.
3.1. Etude de sa valeur sur l’axe de la bobine.
a. Influence de l’intensité I du courant.
Placer la sonde au centre de la bobine.
Lancer CassyLab. Paramétrer comme il est indiqué sur la notice.
Effectuer la représentation B = f(I) : une dizaine de points de mesure, I
compris entre 0 et 1 A.
Modéliser sous la forme d’une droite passant par l’origine. Noter la valeur du coefficient
directeur k. Enregistrer.
Le champ magnétique en un point situé à l’intérieur de la bobine est proportionnel à
l’intensité du courant électrique : B = k.I
b. Distribution sur l’axe.
Fixer la valeur de l’intensité, par exemple I = 0,7 A. Créer un nouveau paramètre x compris
entre 0 et 25 cm.
Faire une acquisition permettant de tracer B = f(x). Commenter.
A l’intérieur de la bobine, loin des extrémités, la valeur du champ magnétique reste
sensiblement la même en tout point. Lorsque l’on s’approche des bords elle diminue,
pour s’annuler à l’extérieur de la bobine.
c. Ferromagnétisme.
Introduire un noyau de fer dans la bobine. Influence sur la valeur de B ?
La présence d’un noyau de fer augment la valeur du champ magnétique. Cette propriété
est utilisée pour la réalisation des électro-aimants.
3.2. Sa direction.
A l’intérieur de la bobine, les lignes de champ sont
parallèles.
Le champ magnétique y est uniforme et parallèle à
l’axe.
Au voisinage des bords, les lignes de champ
s’écartent : le champ magnétique diminue en valeur.
Teslamètre
I
x

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3.3. Son sens.
Il dépend du sens du courant.
Pour le trouver, il y a plusieurs moyens
mnémotechniques. Je n’en citerai qu’un : la règle de la
main droite.
La main droite posée sur le conducteur, la paume tournée vers le point où l’on veut définir
le champ magnétique. Le sens conventionnel du courant est du poignet vers l’extrémité des
doigts. Le pouce écarté donne le sens de
B
.
3.4. Solénoïde.
C’est théoriquement une bobine infiniment longue.
En pratique, on considère comme solénoïde une
bobine dont la longueur L est très supérieure au
diamètre D des spires (L > 10.D).
A l’extérieur d’un solénoïde, le champ magnétique est nul.
A l’intérieur, il est uniforme, parallèle à l’axe. Son sens dépend su sens du courant et peut
être déterminé par la règle de la main droite.
Sa valeur est donnée par la relation :
I
L
N
μ B 0
ou
Inμ B 0
N, nombre de spires du solénoïde ; L longueur en m ; B, champ magnétique en T.
L
N
n 
est le nombre de spires par mètre de bobine.
La constante universelle 0 est appelée perméabilité magnétique du vide et vaut :
0 = 4.10-7 unités S.I.
4. Le champ magnétique terrestre.
Les randonneurs savent qu’une boussole n’indique
pas rigoureusement le nord géographique (Ng), mais
plutôt le nord magnétique (Nm).
L’angle  est appelé déclinaison magnétique. La
déclinaison est actuellement de 2° W à La Roche-sur-
Yon.
De plus, une aiguille montée sur une « liaison pivot »
s’oriente vers l’intérieur de la Terre. Le champ
magnétique terrestre
T
B
est dirigé et orienté vers le
centre de la Terre. L’angle d’inclinaison est voisin de
60° à notre latitude.
h
B
est la composante horizontale du champ magnétique terrestre.
Bh = 2,0.10-5 T.
Une aiguille, mobile autour d’un axe vertical s’oriente :
- selon
h
B
en l’absence d’autre source de champ ;
- selon le champ résultant
hr B B B 
, en présence
d’une source de champ
B
.
B
L
D
Ng
Nm
Verticale
Horizontale
T
B
h
B
h
B
B
r
B
s
n