Chap24 Champ magnétique

Chap24 Champ magnétique
I. Le champ magnétique
1. Sources de champ magnétique
Saupoudrons de limaille de fer un support horizontal au dessous duquel
nous avons placé un aimant droit. Les grains de limaille s'alignent selon
des lignes appelées lignes de champ.
L'aimant modifie localement les propriétés de l'espace. On dit que l'aimant
crée un champ magnétique dans son voisinage.
Définition: L'ensemble des lignes de champ constituent le spectre magnétique de l'aimant.
Remarque: Un fil parcouru par un courant électrique se comporte comme un aimant. Il crée un champ
magnétique.
2. Nature du champ magnétique
Si l'on place une aiguille aimantée à proximité d'un aimant, on
constate que:
•
•
•
L'aiguille prend une direction tangente à la ligne de champ
(on remarquera que les lignes de champ sont des boucles
fermées).
L'aiguille s'oriente du pôle nord vers le pôle sud de l'aimant.
L'aiguille est attirée "plus ou moins fort" selon sa position et la
nature de l'aimant.
D'après les observations précédentes, il est évident que le champ magnétique possède une direction, un sens et
une valeur. Il sera donc possible de le représenter par un vecteur noté .
Le champ magnétique est un champ vectoriel. Il est tangent aux lignes de champ
Remarques:
•
•
A l'extérieur de l'aimant, les lignes de champ sont orientées du pôle nord vers le pôle sud.
La valeur du champ magnétique s'exprime en Tesla (T) et se mesure à l'aide d'un teslamètre.
3. Superposition de champs magnétiques
Soient deux aimants notés 1 et 2. Soit 1 le champ magnétique créé par l'aimant 1 en un point M et soit
champ magnétique créé par l'aimant 2 en ce même point M.
=
1
+
2
le
2
Le champ résultant est égal à la somme vectorielle des champs créés par chaque source au point M.
II. Champ magnétique créé par un courant
1. Fil rectiligne`
Les lignes de champ sont des cercles concentriques. Le champ magnétique
perpendiculaire aux lignes de champ.
est
Remarque: La valeur du champ est proportionnelle à l'intensité I du
courant électrique parcourant le fil.
Règle du bonhomme d'Ampère: Lorsqu'un bonhomme d'Ampère placé sur le fil, le courant
entrant par ses pieds et sortant par sa tête, regarde le point M, son bras gauche indique le sens
du champ .
2. Bobine plate
Sur l'axe de la bobine, le champ magnétique
est perpendiculaire au plan de la bobine.
Sens du champ: Un bonhomme d'Ampère placé sur la bobine, le courant entrant par ses pieds et sortant par sa
tête, indique le sens du champ magnétique par son bras gauche lorsqu'il regarde le centre de la bobine.
Remarque: La valeur du champ créé par une bobine est proportionnelle à l'intensité du
courant qui la traverse (le graphe B=f(I) est une droite passant par l'origine).
3. Solénoïde long
Définition: Un solénoïde est dit "long" si sa longueur L est supérieure à dix fois son rayon r
(L>10.r).
Sens du champ: Un bonhomme d'Ampère placé sur les fils du solénoïde, le courant
entrant par ses pieds et sortant par sa tête, indique le sens du champ magnétique
par son bras gauche lorsqu'il regarde le centre du solénoïde.
A l'intérieur d'un solénoïde long:
•
•
Les lignes de champ sont parallèles (les vecteurs champ
sont colinéaires et de même sens).
Le champ magnétique conserve la même valeur.
D'après les deux remarques précédentes, nous pouvons affirmer
que:
Dans un solénoïde long, le vecteur champ magnétique est constant.
On dit que le champ magnétique est uniforme
Valeur du champ à l'intérieur du solénoïde:
Soit N le nombre de spires du solénoïde et soit L sa longueur. On pose
On montre que (voir le TP):
(n: nombre de spires par mètre).
•
•
B est proportionnel à l'intensité I du courant qui circule dans le solénoïde.
B est proportionnel à n (nombre de spires par mètre du solénoïde).
On en déduit B = k.n.I. On peut montrer (voir le TP) que k =
vide), d'où:
B=
Remarque:
air
o.n.I
o
= 4. .10-7S.I. (perméabilité magnétique du
B: Champ magnétique à l'intérieur du solénoïde en teslas (T).
-7
o = 4. .10 S.I (perméabilité magnétique du vide)
n: nombre de spires par mètre du solénoïde (spires.m-1).
I: Intensité du courant circulant dans le solénoïde en ampères (A).
avec
o.
III. Champ magnétique terrestre
Le champ magnétique terrestre peut-être considéré comme le champ créé par un aimant droit placé au centre de
la Terre (en réalité, la magnétosphère est déformée par le vent solaire).
Le champ magnétique terrestre est la résultante de deux composantes:
•
•
H:
composante horizontale du champ magnétique terrestre au point
V:
composante verticale du champ magnétique terrestre au point M.
M.
=
H
+
V
Exemple: à Paris i = 64° et B = 4,7.10-5T.
BH = B.cos(i) => BH = 4,7.10-5.cos(64)
=> BH = 2,0.10-5T