15 - Champ magnétiqu..

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Cours n°15 : Champ magnétique
1) Champ magnétique
1.1) Définition et caractérisation
1.1.1) Définition
Comme nous l’avons fait en électrostatique en introduisant la notion de champ électrique  , on
introduit ici la notion de champ magnétique  .
Le champ magnétique, usuellement noté  , est un champ vectoriel. Il s’agit d’un champ de forces
agissant sur les charges en mouvement et les aimants. Il possède donc une direction, un sens et une
norme appelée intensité du champ magnétique et noté . L’intensité du champ magnétique en un
point de l’espace est mesurée en  de symbole  dans le système international.
On a .
1.1.2) Sources de champ magnétique
Tout mouvement de charge va créer un champ magnétique.
Les aimants
La structure microscopique d’un aimant crée à l’état macroscopique un champ magnétique
permanent. Cet effet macroscopique résulte d’un ordre magnétique à grande échelle au niveau
microscopique induit par le mouvement des électrons autour du noyau.
On a ainsi une direction privilégiée du champ magnétique à l’intérieur du matériau correspondant à
l’axe pôle NORD-pôle SUD.
Le magnétisme est de nature différente de l’électricité : on peut isoler une charge électrique positive
et une charge électrique négative. En revanche, si on casse un aimant en deux, on ne peut pas
séparer le pôle nord et le pôle sud. On obtient à la fin deux aimants ayant chacun deux pôles.
Il existe deux types d’aimants : les aimants permanents qui sont constitués par des matériaux
magnétiques à l’état naturel et les aimants temporaires qui s’aimantent en présence d’un champ
magnétique externe.
Champ magnétique terrestre
La terre possède un champ magnétique propre que nous étudierons dans la suite du chapitre.
1.1.3) Superposition de champs magnétiques
Si un point  est soumis à l’action de plusieurs sources de champ magnétique, le champ magnétique
résultant en ce point est égal à la somme vectorielle des champs magnétiques créés par chacune des
sources.

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1.1.4) Caractérisation du champ magnétique
- Caractérisation du champ magnétique  à l’aide d’une aiguille aimantée.
Une aiguille aimantée comporte deux pôles situés à chacune de ses extrémités : un pôle nord
(souvent de couleur rouge) et un pôle sud.
Dans une région de l’espace où il existe un champ magnétique, une aiguille aimantée subit une
action mécanique et se stabilise dans une direction particulière permettant de caractériser le vecteur
champ magnétique.
- Spectre magnétique
On appelle lignes de champ magnétique, les courbes tangentes en chacun de leurs points au vecteur
champ magnétique en ce point. Elles sont orientées dans le même sens que le vecteur  .
L’ensemble des lignes de champ représente le spectre magnétique.
Par unicité du vecteur  en un point, les lignes de champ ne se coupent pas.
Les lignes de champ se referment sur elles-mêmes. Elles sortent du pôle nord et entrent dans le pôle
sud
La direction de 
est donnée par la
direction d’orientation de l’aiguille
aimantée.
Le sens de 
est le sens pôle sud-pôle nord
de l’aiguille. 
s’écrit
 composante verticale
 composante horizontale

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- Mesure de l’intensité de 
L’intensité de  se mesure en  avec un teslamètre constitué d’une sonde à effet Hall.
1.2) Champ magnétique créé par un fil conducteur
1.2.1) Champ créé par un courant rectiligne
Un fil rectiligne de longueur infinie parcouru par un courant électrique d’intensité , crée en son
voisinage un champ magnétique de caractéristiques suivantes en un point  de l’espace :
Spectre d’un aimant droit
Spectre d’un aimant en 
Le champ dans l’entrefer est
uniforme (lignes de champ
parallèles.)
lignes de
champ
direction : orthogonale au plan
contenant le point  et le fil
rectiligne
sens : donné par les règles
d’orientation

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Règle du bonhomme d’Ampère
On place le bonhomme le long du fil regardant le point  et de sorte
que le courant lui entre par les pieds et lui sorte par la tête.
Alors son bras gauche indique le sens de  .
Règle de la main droite
On place la main droite le long du fil paume tournée vers le
point  de sorte que le courant sorte par les doigts.
Alors le pouce indique le sens de  .
Règle du tire-bouchon
Lorsque le tire-bouchon progresse dans le sens du courant, il tourne
dans le sens du champ.
Intensité :
 perméabilité magnétique du vide  
 intensité du courant.
 distance du point  au fil.

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Représentation dans un espace à deux dimensions
 Le vecteur est orthogonal au plan de la feuille et
sort de la feuille
 Le vecteur est orthogonal au plan de la feuille et
rentre dans la feuille
1.2.2) Champ créé par une bobine
Une bobine est un enroulement d’un nombre important de spires de fil conducteur qui génèrent un
champ magnétique lorsqu’elles sont parcourues par un courant.
Bobine plate
Une bobine plate est une bobine dont l’épaisseur est petite devant le rayon.
Solénoïde
Le mot solénoïde provient du grec solen : « tube » et eidos : « en forme de ».
Un solénoïde est une bobine longue .
Un solénoïde parcouru par un courant crée un champ magnétique.
A l’intérieur du solénoïde, le champ magnétique est uniforme :
- sa direction est celle de l’axe du solénoïde
- son sens est donné par les règles d’orientation précédentes
Le bonhomme d’ampère regarde le centre du solénoïde, le courant
entre par ses pieds et sort par sa tête, son bras gauche tendu sur le
côté indique alors le sens du champ.