le champ magnetique

Première STI Électrotechnique
Chapitre 8
LE CHAMP MAGNETIQUE
I. INTRODUCTION
Les applications du champ magnétique sont nombreuses :
• le haut-parleur
• les cassettes audio ou vidéo
• le transformateur
• le moteur à courant continu → électroménager
• freinage par courants de Foucault → poids lourds
• chauffage par induction → cuisinières
II. MISE EN ÉVIDENCE DU CHAMP MAGNÉTIQUE
1.
Les aimants
Il existe des aimants naturels ( l’oxyde magnétique de fer Fe3O4 ) connu depuis l’antiquité,
mais les aimants que l’on utilise sont artificiels ( en acier ).
Par convention, on appelle pôle Nord d’une aiguille aimantée celui qui pointe dans la
direction du nord.
Deux pôles identiques se repoussent.
Deux pôles différents s’attirent.
Il est impossible d’isoler un pôle d’aimant.
Si on approche un aimant d’un oscilloscope, le faisceau d’électron est dévié. Le sens de la
déviation varie suivant la façon dont est approché l’aimant.
2.
Expérience d’Oersted
Nord
1
Nord
N
S
I
S
2
N
1 → aucun courant ne passe dans le fil : l’aiguille est immobile
2 → quand un courant traverse le fil, l’aiguille est déviée. Si on inverse le sens du courant,
l’aiguille est déviée dans l’autre sens.
3.
Conclusion
Au voisinage d’un aimant ou d’un fil parcouru par un courant, l’espace acquiert des
propriétés particulières.
Nous dirons que, dans cet espace règne un champ magnétique.
1
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Chapitre 8
III.SPECTRES D’UN CHAMP MAGNÉTIQUE
Si on saupoudre de la limaille de fer au voisinage d’un aimant, les grains ne se répartissent
pas par hasard mais dessinent des lignes particulières : l’ensemble de ces lignes constitue le
spectre de l’aimant.
Expérience :
Spectre d’un aimant droit ( cf. transparent )
Spectre d’un aimant en U ( cf. transparent )
Spectre d’un solénoïde ( éventuellement )
( + éventuellement deux aimants droits )
IV. VECTEUR CHAMP MAGNÉTIQUE. LIGNES DE CHAMP
1.
Vecteur champ magnétique
A chaque point M de l’espace, nous allons associer le vecteur « champ magnétique » : BM
BM a la direction de l’aiguille aimantée placée en M, le sens Sud - Nord lu sur cette aiguille,
sa norme ║BM║ est l’intensité du champ magnétique.
Exemple :
N
S
2.
BM
║BM║ s’exprime en Teslas (T)
M
On le mesure avec un teslamètre
Superposition de champs magnétiques
Lorsqu’en un point de l’espace deux champ magnétiques se superposent, le vecteur champ
magnétique en ce point est la somme vectorielle des deux vecteurs champ magnétique
représentant respectivement chacun des champs en ce point.
B2
BM
BM = B1 + B2
B1
3.
Lignes de champ
Les spectres magnétiques observés précédemment étaient composés de droites et de courbes,
celles-ci portent un nom : ce sont des lignes de champ magnétique.
Ces lignes de champ sont des lignes orientées, tangentes en chacun de leurs points au vecteur
champ magnétique.
Le sens de la ligne est le sens Sud - Nord indiqué par l’aiguille aimantée qui serait placée
dans le champ magnétique.
( cf. transparent )
2
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4.
Chapitre 8
Sens des lignes de champ créées par un courant
« Règle du tire-bouchon » ( cf. transparent )
5.
Faces Nord et Sud d’une bobine
Expérience : approcher un aimant d’une bobine non alimentée puis alimentée. Faire
comprendre que la bobine se comporte comme un aimant.
La bobine parcourue par un courant se comporte comme un aimant. On peut donc utiliser les
qualificatifs de Nord et Sud pour désigner les faces de la bobine.
Pour distinguer une face Nord d’une face Sud, on utilise le moyen mnémotechnique suivant :
I
I
En inscrivant les lettres S ou N et en ajoutant des flèches aux extrémités de la lettre, on
obtient des flèches qui donnent le sens du courant.
V. CHAMPS CRÉÉS PAR DES COURANTS
En tout point M de l’espace où règne un champ magnétique dû à un courant, B M est
proportionnel à I. On peut donc écrire :
║BM║ = k.I
Le coefficient k dépend de la forme du circuit et de la position du point M par rapport à ce
circuit.
1. Champ dans un solénoïde
Le champ dans le solénoïde est uniforme ( lignes de champ parallèles ).
Direction :
Sens :
Norme :
axe du solénoïde
donné par « la règle du tire-bouchon »
( cf. transparent )
2. Champ créé par une spire
Direction :
Sens :
Norme :
perpendiculaire à la spire
donné par « la règle du tire-bouchon »
( cf. transparent )
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Chapitre 8
rem : dans le cas d’un bobine plate comportant N spires, on aurait : ║B0║ = µ0.N.I / 2R.
3. Champ créé par un fil rectiligne
Direction :
Sens :
Norme :
perpendiculaire à OM et au fil
donné par « la règle du tire-bouchon »
( cf. transparent )
VI. LE CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE
1.
Lignes du champ magnétique terrestre.
( cf. transparent )
A proche distance de la Terre, le champ magnétique est identique à celui que créerait un
immense aimant droit placé à l’intérieur de la Terre.
A grande distance de la Terre, les lignes de champ sont déformées par le vent solaire.
( = plasma formé de protons et de neutrons )
rem : les aurores polaires sont dues à des précipitations de ces particules dans les régions de
haute altitude au voisinage des pôles.
Le pôle Nord géographique est un pôle Sud magnétique et le pôle Sud géographique est un
pôle Nord magnétique.
2.
Ordres de grandeurs
En France :
l’intensité du champ magnétique varie de 4,5.10-5T à 4,7.10-5T (du Sud
au Nord)
• la déclinaison D varie de 4° à 9° (de l’Est à l’Ouest)
• l’inclinaison varie de 60° à 67° (du Sud au Nord)
•
En un lieu donné, le champ magnétique terrestre n’est pas constant. Il peut varier :
•
•
au cours des siècles (inversions des pôles magnétiques)
du fait d’orages magnétiques (suivent une activité solaire plus intense)
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