Électromagnétisme

Électromagnétisme
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L'électromagnétisme est la branche de la physique qui étudie le champ électromagnétique et
son interaction avec les particules dotées d'une charge électrique.
Le concept de champ électromagnétique a été forgé au XIXe siècle pour décrire de manière
unifiée les phénomènes électriques et magnétiques. Des phénomènes tels que l'induction
montrent en effet que les champs électrique et magnétique sont liés : un champ magnétique
variable engendre un champ électrique, et réciproquement un champ électrique variable est
source d'un champ magnétique. Alors qu'en électrostatique et en magnétostatique ces deux
champs sont simplement des intermédiaires de calcul utiles pour déterminer les forces entre
particules chargées, le champ électromagnétique est un véritable système physique doté d'une
énergie et d'une impulsion ainsi que d'une dynamique propre.
L'électromagnétisme se base sur une théorie de l'électrodynamique pour décrire le couplage
entre le champ électromagnétique et le système mécanique que sont les charges électriques.
L'électrodynamique classique utilise par exemple un faible nombre d'équations
fondamentales :
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Les équations de Maxwell déterminent le champ électromagnétique à partir des
sources que sont les charges et les courants.
Le champ exerce quant à lui sur la matière une action mécanique, la force de Lorentz,
qui est la description classique de l'interaction électromagnétique.
Sommaire
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1 Historique
2 Différents domaines
3 Formulaire
4 Notes et références
5 Voir aussi
o 5.1 Articles connexes
o 5.2 Liens externes
Historique [modifier]
William Gilbert, le premier, dans son De Magnete (1600), fait la distinction entre corps
électriques (il introduit ce terme) et magnétiques. Il assimile la Terre à un aimant, note les lois
de répulsion et d'attraction des aimants par leur pôle et l'influence de la chaleur sur le
magnétisme du fer. Il donne aussi les premières notions sur l'électricité, dont une liste des
corps électrisables par frottement.
Johann Ritter, en 1803, conjecture que la Terre doit avoir "des pôles électriques comme elle a
des pôles magnétiques"[1].
On connaît depuis longtemps l'aimantation des paratonnerres et l'affolement des boussoles
touchés par la foudre. En 1809, François Arago, lors d'un voyage forcé en Algérie, rapporte
"qu'un bâtiment génois, qui faisait route pour Marseille, fut frappé par la foudre à peu de
distance d'Alger ; que les aiguilles de boussole firent toutes une demi-révolution, quoique ces
aiguilles ne parussent pas endommagées."[2]
En 1820, le danois Hans Christian Oersted fait une observation extraordinaire : un fil parcouru
par un courant dévie l'aiguille d'une boussole placée à proximité.
En 1831, Michael Faraday étudie le comportement d'un courant dans un champ magnétique et
s'aperçoit que celui-ci peut produire du travail. Oersted avait découvert qu'un courant
électrique produit un champ magnétique, Faraday découvre qu'un champ magnétique
engendre un courant électrique. Il découvre ainsi le principe du moteur électrique et donc la
transmission du travail mécanique en énergie électrique, inventant ainsi la génératrice de
courant. Dans un article de 1852 (On the Physical Character of the Lines of Magnetic Force),
Faraday dévoile l'existence du champ magnétique en décrivant les "lignes de force" le long
desquelles s'oriente la limaille de fer au voisinage de l'aimant.
L'électromagnétisme est né de l'unification par James Maxwell (1864) de théories antérieures,
comme l'électrostatique, l'électrocinétique ou la magnétostatique. Cette théorie unifiée
explique entre autres le comportement des charges et courants électriques, des aimants, ou des
ondes électromagnétiques, telles la lumière ou les ondes radio.
Le concept fondamental de la théorie est la notion de champ électromagnétique, entité qui
englobe le champ électrique et le champ magnétique, qui se réduit dans certains cas
particuliers :
1. Les charges sont immobiles : on est alors en électrostatique avec des champs
électriques statiques.
2. La densité de charge est nulle et les courants sont constants dans le temps : on est en
magnétostatique avec un champ magnétique statique.
3. Lorsque les courants sont relativement faibles, variables et se déplacent dans des
conducteurs isolés dits fils électriques, les champs magnétiques produits sont très
localisés dans des éléments dits bobines d'auto-inductance, self, transformateurs ou
générateurs et les densités de charges non nulles dans des condensateurs ou batteries
génératrices de courants : on est alors en électrocinétique ; on y distingue les courants
faibles (électronique) et les courants forts (électrotechnique). Il n'y a pas de champ à
l'extérieur du circuit. On étudie des circuits électriques et l'on y distingue les basses
fréquences et les hautes fréquences. L'électronique a fait des progrès énormes à partir
du développement des semi-conducteurs qui sont maintenant utilisés pour faire des
circuits intégrés de plus en plus miniaturisés et comportant des puces électroniques ou
microprocesseurs.
4. Les hautes fréquences atteintes par les circuits résonnants électriques ont permis, à
l'aide d'antennes, de créer des ondes électromagnétiques éliminant ainsi les fils de
connexions. L'émission, la propagation et la réception de ces ondes qui sont régies par
les équations de Maxwell constituent l'électromagnétisme.
L'interaction électromagnétique présentée en termes fondamentaux de la physique théorique
ou physique fondamentale s'appelle l'électrodynamique ; si on tient compte de l'aspect
quantique, c'est l'électrodynamique quantique relativiste.
Ce formalisme est semblable à celui de la mécanique quantique : la résolution de l'équation de
Schrödinger, ou de sa version relativiste (l'équation de Dirac), donne la probabilité de
présence de l'électron et la solution de l'équation de Maxwell, longtemps interprétée comme
une onde, est à la base une équation de probabilité pour le photon, qui n'a ni charge ni masse
et qui ne se déplace qu'à la vitesse de la lumière dans le vide.
Différents domaines [modifier]
L’électromagnétisme englobe l'électricité, regroupant les phénomènes électriques et
magnétiques suivants :
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l’électrostatique : les systèmes de charges électriques à l’équilibre ;
la magnétostatique : les phénomènes créés par un courant électrique stationnaire ;
l'induction magnétique : les phénomènes magnétiques créés par un courant électrique
variable ;
l'électrodynamique : les interactions dynamiques entre courants électriques :
o l’électronique : l'utilisation de tension, de courants généralement faibles et de
phénomènes quantiques. L’électronique sert essentiellement pour le transfert,
le contrôle et le traitement de l’information ;
o l’électrocinétique ou l'électrotechnique : l’utilisation de tensions, de courants
moyens à élevés pour des applications domestiques et industrielles (chauffage,
transformateurs, moteurs électriques, électrolyse, électroménager, distribution,
automatisation…) ;
la radioélectricité : les transmissions par ondes électromagnétiques.