dossier electromagnetisme

TPE : travaux pratiques encadrés.
Problématique :
Qu’est- ce que le magnétisme ?
Comment l’appliquer à la création d’un verrou magnétique ?
Lucie Lalmand.
Nathalie Lambin. Année 2006-2007.
Elodie Devos.

SOMMAIRE.
I- Explication du champ magnétique.
A- Le champ magnétique.
B- Le champ magnétique créé par une bobine.
II- Explication de l’électromagnétisme.
A- Dans quelles conditions une tension apparaît aux bornes d’une
bobine ?
B- Pourquoi peut-on dire qu’il y a conversion d’énergie électrique en
énergie mécanique et une conversion d’énergie mécanique en
énergie électrique ?
III- Expérience commentée.
A- Modélisation.
B- Expérience.
Conclusion

Introduction.
Les phénomènes électriques et magnétiques sont connus de la
plus haute antiquité. Les Grecs (Thalès) avaient déjà remarqué que
l'ambre attire les corps légers après avoir été frotté. D'autre part,
ils connaissaient une espèce de pierre appelait magnésie, qui avait la
vertu d'attirer les petits morceaux de fer. Plus tard, au Moyen-Âge,
cette pierre fut appelée aimant, du grec adamas qui veut dire "acier".
Ces deux phénomènes, celui de l'ambre (ou électrique) et celui de
l'aimant (ou magnétique) furent souvent confondus, car ils
consistaient tous les deux en une attraction, une force exercée à
distance, chose très mystérieuse à une époque où on ne concevait
naturellement que des forces de contact.
Les phénomènes électriques ne seront pas vraiment étudiés
avant le XVII
e
siècle. Par contre, on écrira beaucoup plus sur les
phénomènes magnétiques, en raison de leur rôle dans le
fonctionnement de la boussole. Celle-ci, dans sa version primitive,
était une pierre d'aimant en forme d'aiguille flottant sur l'eau et
s'orientant d'elle-même vers le nord. L'invention est due aux chinois,
qui la transmirent aux Arabes, et ces derniers aux Occidentaux.
L'oeuvre d'Ampère
On savait depuis le début du XVIII
e
siècle que le fer pouvait être
aimanté par la foudre et qu'il y avait donc une relation entre
l'électricité et le magnétisme. Or, en 1820, le Danois Christian
Oersted (1777 / 1851) découvre que le courant électrique en
provenance d'une pile dévie une boussole placée à proximité. Oersted

ne tente pas de quantifier sa découverte; c'est André-Marie
AMPERE qui le fera. Une semaine après avoir entendu une description
des travaux d'Oersted, il a déjà complété l'essentiel de la théorie de
l'électrodynamique.
Il procède à plusieurs expériences avec l'aide de Fresnel et
réussit à exprimer les phénomènes magnétiques à l'aide de
phénomènes électriques. Il montre qu'un aimant équivaut à une
bobine de fil dans laquelle passe un courant (solénoïde). II décrit la
force magnétique entre deux fils dans lesquels circulent des
courants, comment cette force varie en fonction de la distance entre
les fils et du sens des courants, etc. Il fait même l'hypothèse, en
avance sur son temps, que les propriétés magnétiques des matériaux
proviennent de ce que les molécules portent une boucle de courant
microscopique. Ampère observe même le phénomène de l'induction
mais ne songe pas à l'analyser en détail. L'un des à-côtés des travaux
d Ampère est la découverte, par Arago, de l'aimantation du fer par
un courant et son invention de l'électroaimant en 1820.
Faraday & Maxwell
La découverte manquée d'Ampère, l'induction, n'allait pas être
manquée par l'Anglais Michael FARADAY (1791 / 1867), sans doute
l'une des figures les plus sympathiques de l'histoire des sciences. La
découverte principale de Faraday est l'induction électromagnétique:
le fait qu'un flux magnétique variable induise un courant électrique
dans une boucle de fil fermée. Ainsi, non seulement l'électricité en
mouvement peut-elle produire un flux magnétique, mais l'inverse est
vrai aussi. Il utilisa cependant les notions de champ magnétique et de
champ électrique, les concevant comme des lignes de force qui
s'étendent dans l'espace.

C'est l'Écossais James Clerk MAXWELL (1831 / 1879) qui
prolongea les travaux de Faraday sur les fondement de
l'électromagnétisme et les décrivit en termes mathématiques. Il
synthétisa toutes les lois de l’électromagnétisme, dans un de ses
ouvrages. Maxwell dut introduire la notion de courant de déplacement
pour que l'ensemble des lois mathématiques de l'électricité et du
magnétisme ne soit pas en contradiction avec la conservation de la
quantité de charge électrique. Toutes ces lois peuvent alors être
exprimées sous la forme d'équations appelées équations de Maxwell
et forment la base de l'électromagnétisme tel qu'il est encore
enseigné aujourd’hui.