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Magnétisme, forces électromagnétiques
Source :http://fizik.chimie.lycee.free.fr/
1-Champ magnétique
Dans certaines circonstances, une aiguille aimantée s’oriente comme soumise à un couple. On dit alors

que dans cette région il règne un champ magnétique B .
En particulier, au voisinage de la Terre, on nomme « pôle nord » l’extrémité de l’aiguille qui indique
toujours le nord géographique.

Par convention, le sens de B est celui qu’indique le pôle nord de l’aiguille aimantée.
(On a représenté ci-dessous, les lignes du champ magnétique terrestre. L’aiguille se place tangentiellement aux
lignes de champ)

B
S
N
Notion de champ
On appelle « champ » une grandeur physique, fonction des coordonnées de position d’un point de
l’espace, utilisée pour décrire localement les propriétés de la matière ou pour interpréter les phénomènes
qui s’y produisent.
On parle ainsi de « champ de pression » (exemple des cartes météorologique). De même, la distribution
spatiale de température est un « champ de température » même si l’expression est peu utilisée. Ce sont
deux exemples de champs scalaires. Si la grandeur est vectorielle, on parle de « champ vectoriel »
(exemples : champ électrique, champ magnétique, champ de vitesses dans un fluide).
Le champ magnétique terrestre existe, en permanence et en tout point, autour de la Terre même si aucun
aimant ne lui permet de se manifester.
Action d’un aimant, d’un courant continu, sur une aiguille aimantée
Le spectre magnétique de l’aimant est représenté ici par six lignes de champ. Chaque ligne est tangente en
tout point au vecteur champ magnétique (comme le montrent les aiguilles aimantées) et se referme sur
elle-même. L’intensité du champ magnétique diminue quand on s’en éloigne de l’aimant.
L’existence d’un champ magnétique implique celle d’aimants ou de courants électriques (et
réciproquement). Un cas pratique est important est celui de la spire, de centre O, parcouru par un courant
I.

les doigts dans le sens du courant. Le pouce donne le sens de B
I
P
axe de la spire
O
Le champ magnétique résultant au point P est porté par l’axe. Son sens est donné, en pratique, par la règle
de la main droite.
Vecteur champ magnétique
Le champ magnétique a les propriétés mathématiques d’un vecteur :



une direction : celle prise par l’aiguille aimantée
un sens : celui qu’indique le pôle nord de l’aiguille aimantée
une valeur (mesurée par une sonde spécifique : un teslamètre)
Champ magnétique uniforme
Bobines d’Helmhotz
On nomme bobines d’Helmhotz, deux enroulements de plusieurs spires (deux bobines) coaxiales. Les
spires ont le même rayon R et sont parcourus dans le même sens par un même courant I.
R
I
S
R
I
O’
O
N
Si OO’ = R alors le champ sur l’axe est à peu près uniforme.
Solénoïde
Le solénoïde est une bobine très serrée de grande longueur. Il y a n spires par mètre, parcourues par
courant I (équivalent à une nappe de courant cylindrique).
S
N
I
Le champ magnétique dans un solénoïde est uniforme et de valeur B  μ 0 . n . I
Aimant en U
Le champ magnétique dans l’entrefer d’un aimant en U est uniforme.
N
S
Superposition de deux champs magnétiques (addition vectorielle)
Le champ magnétique résultant en un point est égal à la somme vectorielle des champs en ce point


B   Bi
i
Exemples
(1)
N

B2
S

B1

B
(2)
2-Champ magnétique créé par un courant
En l’absence de milieux magnétiques, la valeur B du champ magnétique est proportionnelle à l’intensité I
du courant : B = k .I
avec k une constante qui dépend de la géométrie du courant, de son intensité
ainsi que du point de mesure.
Topographie du champ crée par un courant rectiligne
I
Topographie du champ crée par un solénoïde
I
S
N
3-Forces électromagnétiques
Loi de Laplace
Un conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique est soumis à une force
électromagnétique (appelée force de Laplace).

Trièdre direct et trièdre indirect
B



F
l
B

l




F
l
B
F
  
  
main
l , B , F ) direct
trièdre ( l , B , F ) direct
trièdre
(
droite



l
F
B

l

B
  
trièdre ( l , B , F ) direct

F

B
  
trièdre ( l , B , F ) indirect

l

F
  
trièdre ( l , B , F ) indirect
Force de Laplace


Pour un champ magnétique uniforme B et un courant orienté dans le sens du vecteur l , la force de
Laplace a les caractéristiques suivantes :




B
direction : orthogonale
au
plan
formé
par
le
conducteur
et
le
vecteur
  
sens : le trièdre ( l , B , F ) est direct

valeur : F = I .l .B .sin ( l , B )
S
+ -

F
N
4-Couplage électromécanique
Stator
Le stator est un aimant formé de deux pièces polaires
S
N
S
N
Rotor
Le rotor est un cylindre qui peut tourner autour de son axe. Il porte sur sa surface latérale, logés dans des
encoches, un grand nombre de conducteurs rectilignes.
Champ magnétique radial
La forme des pièces polaires et du rotor sont étudiés pour que, dans l'entrefer, il règne un champ

magnétique radial : le vecteur B est dirigé suivant un rayon du rotor.

B

B

B

B
Moteur électrique
Les fils diamétralement opposés sont associés deux à deux. Chaque couple de ces fils équivaut à une sorte
de cadre rectangulaire. Un fil est parcouru par un courant de même intensité que son opposé mais de sens
contraire.

F  I
B

B
I

F
L'ensemble des deux fils exerce un couple de force qui fait tourner le rotor et donc son axe. Ce sont des
forces électromagnétiques qui font tourner l'axe du moteur électrique.
Le moteur électrique permet la conversion de travail électrique en énergie mécanique.
Réciprocité associée au mouvement d’un circuit dans un champ magnétique : phénomène d’induction
N S
+
mA

+
mA

+
mA
-
+
mA
-


Observations
1:
un courant apparaît quand on déplace un aimant devant un circuit fermé
2:
un courant apparaît quand on déplace un circuit fermé devant un aimant
2 et 3 : la même expérience. C’est donc le mouvement relatif entre le circuit et l’aimant qui compte
4:
le courant s’annule quand le déplacement relatif du circuit et de l’aimant cesse.
1 et 3 : le sens du courant dépend de l’orientation du champ magnétique et de son sens relatif de
déplacement
Pour déplacer l'aimant ou le circuit il faut fournir du travail (mécanique). Le phénomène d'induction
électromagnétique permet de convertir l'énergie mécanique en travail électrique.
5-Notations, unités et valeurs

B
vecteur champ magnétique. [ B ] = Tesla de symbole T
E
force électromotrice ou fém d’un générateur. [ E ] = V
E’
force contre électromotrice ou fcém d’un récepteur actif. [ E’ ] = V

F
vecteur force. [ F ] = N
G
conductance d’un conducteur ohmique. [ G ] = Siemens de symbole S
I
intensité d’un courant qui ne varie pas dans le temps. [ I ] = A
l
longueur d’une portion rectiligne de circuit. [ l ] = m
n
nombre de spires par mètre d’un solénoïde. [ n ] = m -1
P
puissance. [ P ] = Watt de symbole W
r
résistance interne d’un dipôle. [ r ] = 
R
résistance d’un conducteur ohmique. [ R ] = 
Req
résistance équivalente à l’association de plusieurs résistors. [ Req ] = 
t
temps. [ t ] = s
U
tension ou différence de potentiel qui ne varie pas dans le temps. [ U ] = V
V
potentiel électrique. [ V ] = V
We
travail électrique ou énergie électrique transférée. [ We ] = J
0
perméabilité magnétique du vide. 0 = 4 . .10 -7 uSI

variation d’une quantité physique.  = quantité finale – quantité initiale
(le symbole « flèche » d’un vecteur est quelque fois remplacé par un caractère gras)