Le magnétisme BEP

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1) Champ magnétique autour d’un aimant droit.
Comme le courant électrique, le champ magnétique est invisible. Il est mis en évidence par les
forces qui s’exercent sur une aiguille aimantée et qui la font tourner.
L’aiguille aimantée placée en un point de l’espace nous indique la direction ainsi que le sens du
champ magnétique du pôle Nord vers le pôle Sud à l’extérieur de l’aimant.
Un aimant produit un champ magnétique qui est visualisé à l'aide des lignes de champ
magnétique, elles ne se croisent pas et elles forment des boucles fermées.
Si on superpose dans notre, le vecteur à l’aiguille aimantée, ce vecteur d’induction magnétique
appelé
B
.
L’unité du champ magnétique est le Tesla, symbolisé par T
Quelques valeurs de champ magnétique
 Champ magnétique terrestre : 20µT
Moteur électrique : inférieur à 2T
2) Module du vecteur champ
B
L’intensité du champ :
♦ au centre de la bobine pour une bobine longue.
♦ sur la ligne moyenne d’une bobine torique.
est donnée par la relation :
Dans l’air, le champ magnétique est proportionnel à l’intensité du courant
A l’aide de la limaille de fer, on peut faire
apparaître les lignes du champ magnétique
Le champ magnétique est mis en
évidence par des aiguilles aimantées
B
o
= µ
o
.
L
IN.
B
o
: Intensité du champ magnétique, en Tesla (T)
N : Nombre de spires de la bobine
L : Longueur de la bobine, en mètre (m)
I : Intensité du courant, en Ampère (A)
µ
o
: perméabilité du vide (µo = 4.π.10
-7
)
Bobine longue (Solénoïde)
Bobine torique (Forme de tore)
Règle de la main droite
A l’exception du pouce, les 4 autres
doigts sont orientés dans le sens de
circulation du courant dans la spire ou de
la bobine. La direction du pouce donne le
sens Sud - Nord du vecteur champ
B

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3) Flux magnétique : φ
Il est pratiquement impossible d’obtenir une grande étendue d’un champ magnétique uniforme tel
que
B
= cste . Les lois de variation du champ n’étant pas simple, les calculs utilisant cette
grandeur deviennent vite compliqués ou impossible. Nous allons donc introduire une nouvelle
grandeur dont l’emploi est souvent pratique : le flux magnétique φ
3.1 Calcul du flux magnétique : φ
• Si la spire est perpendiculaire au vecteur champ
B
.
• Si la spire est inclinée et forme un angle α avec sa projection sur un plan perpendiculaire au
vecteur champ
B
.
3.2 Flux propre d’une bobine
Chaque spire de la bobine parcourue par le courant crée son propre flux. Le flux total φ
t
produit
par l’ensemble des spires est donc : φ
t
= B . S . N
4) Un courant circulant dans un conducteur.
Lors du passage d’un courant constant dans un conducteur, l’aiguille dévie et prend une position
d’équilibre stable, prouvant ainsi qu’un champ magnétique a été crée.
Soit une spire de section S placée dans un champ
magnétique uniforme, celle-ci est donc traversée par une
infinité de lignes de champ formant un flux magnétique.
L’unité du flux magnétique φ est le Weber (Wb)
φ
= B . S
B : en Teslas (T)
S : en mètres carrés (m²)
φ : en Webers (Wb)
φ
= B . S . cos α
Spire oblique par rapport aux lignes de champ
Nord terrestre Nord terrestre
i
Le courant électrique crée un champ magnétique
+
-
+
-
Une spire de section S placée dans un champ
magnétique forme un flux magnétique φ

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5) Une bobine parcourue par un courant électrique
Une inductance est constituée d’une bobine montée sur un circuit magnétique.
Approchons l’ensemble d’un récipient contenant des clous, il ne se passe rien. (Fig a)
Lorsque la bobine est traversée par un courant électrique (interrupteur K fermé), les clous sont
attirés. (Fig b)
A l’ouverture de l’interrupteur, les clous retombent dans le récipient.
6) Influence du champ sur un conducteur parcouru par un
courant
Soit un conducteur parcouru par un courant électrique d’intensité I peut se déplacer librement
sur deux rails conducteurs qui les supportent.
Alimentons en courant continu une bobine magnétisant le circuit magnétique qui entoure le
conducteur et les rails.
Dès la fermeture de l’interrupteur K, un champ magnétique est crée et le conducteur se déplace
spontanément.
Un conducteur parcouru par un courant électrique et placé dans un champ magnétique est
soumis à une force qui tend à le déplacer : c’est la force électromagnétique (ou
Force de Laplace)
7) Force électromagnétique et loi de Laplace.
Loi de Laplace : le module de la force électromagnétique est proportionnel à :
 l’intensité B du champ magnétique,
 L’intensité I du courant électrique dans le conducteur,
 La longueur du conducteur soumis au champ.
Pas de courant.
Rien ne se passe. (Fig a) La bobine est traversée par un courant.
Les clous sont attirés. (Fig b)
Bobine
Circuit
magnétique
Clous dans
un récipient
Lorsque K est fermé, une force F déplace le conducteur vers la droite
B en Tesla (T)
I en Ampère (A)
L en mètre (m)
F en Newton (N)
F = B . I . L
Bobine
Circuit
magnétique
Bobine de laboratoire

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Sens de la force F : sa direction est perpendiculaire au plan formé par
B
et I et son sens est
déterminé par la règle de la main droite
Nota : Si le conducteur est parallèle à la direction du champ B, la force est nulle.
En réalité F = B.I.L.sinα, avec α l’angle formé par les directions I et B.
8) Mise en évidence du phénomène d’induction
9) Mise en évidence du courant induit
9) Force électromagnétique induite : La loi de Faraday
Définition : Un circuit électrique soumis à un flux magnétique variable, est le siège d’une force
électromotrice induite.
10) Phénomène d’auto-induction
D’une façon générale, toute variation de flux magnétique à travers un circuit crée dans celui –ci
une force électromotrice d’induction, le sens du courant ainsi produit est tel que les forces
électromagnétiques qui en résultent tendent par leurs effets à s’opposer à la variation de flux :
c’est la loi de Lenz .
Cette fém peut s’exprimer ainsi :
Règle de la main droite
Majeur (Magnétisme)
B (Tesla)
Force (Force)
F (Newton)
Intensité (Index)
I (Ampère)
I
F
B
Conducteur
V
SN
Bobine
Si on approche ou on éloigne l’aimant de la bobine le
plus rapidement possible, on constate qu’une tension
apparaît aux bornes de la bobine lors des
déplacements de l’aimant : c’est le phénomène
d’induction. Cette tension s’appelle f.e.m. induite.
C’est la variation du flux causé par le déplacement
de l’aimant qui est à l’origine de f.e.m induite .
mA
SN
Le milliampèremètre décèle l’apparition d’un courant appelé courant
induit (ou courant de Foucault), lors du déplacement de l’aimant.
Ce courant ne circule que pendant le mouvement et change de sens
selon que l’aimant se rapproche ou s’éloigne de la bobine
C’est la f.e.m. d’induction qui est à l’origine de ce courant induit.
E = L
t
I
∆
∆
∆
I est la variation d’intensité (en A)
∆t est la durée de cette variation (en s)
L est l’inductance de la bobine (en H)
E est la fém moyenne développée (en V)
Bobine
Aimant
Aimant

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Par ses effets, le courant induit s’oppose à la cause qui lui donne naissance.
Explication concrète
11) Définition de d’inducteur et de l’induit
L’aimant (ou la bobine dans le cas d’un électro-aimant) source du champ magnétique est appelé
aussi inducteur.
La bobine dans lequel circule le courant dû à la variation du flux est appel l’induit.
Exemple (Fig c) : Le courant va provoquer un
champ de sens tel qu’il va s’opposer à la sortie
de l’aimant. Fig c
Le champ induit s’oppose
au retrait de l’aimant