MAGNETISME 1) Les différentes sources de champ magnétique La

MAGNETISME
1) Les différentes sources de champ magnétique
La terre crée le champ magnétique terrestre
Les aimants naturels : les magnétites Fe3O4
L’acier que l’on aimante
Les électroaimants et circuits électriques parcourus par un courant
2) détection d’un champ magnétique
On peut détecter un champ magnétique grâce à une boussole qui est une aiguille aimantée
mobile autour d’un axe. Son pôle nord est attiré par le pôle sud d’un aimant.
En absence de toute source de champ magnétique, une boussole indique les pôles
magnétiques terrestres. On constate que le pôle nord correspond en réalité à un pôle sud
magnétique.
3) Effet du magnétisme
31) Action sur un aimant :
On approche 2 aimants par leur pôle Nord, ils se repoussent, l’aimant non maintenu se
retourne et présente son pôle Sud qui est attiré.
32) Action sur un faisceau d’électrons
Le faisceau est dévié vers le haut lorsque l’on approche le pôle Sud de l’aimant et vers le bas
si on approche le pôle Nord.
33) Action sur un circuit parcouru par un courant
Lorsque le circuit est ouvert, il ne se passe rien. On en déduit que le champ magnétique n’a
pas d’action sur les charges fixes.
Lorsque le circuit est fermé on remarque que la barre s’est déplacée. Si on inverse le sens du
courant, le sens de déplacement est inversé. De même si on inverse les pôles de l’aimant. Si
les deux actions sont faîtes simultanément le sens de déplacement reste le même.
Lors de la fermeture de K la tige se déplace de la gauche vers la droite. Si on inverse le
courant ou les pôles de l’aimant le déplacement est inversé. Par contre si on inverse les deux à
la fois, le sens de déplacement est conservé.
4) Le vecteur champ magnétique
On interprète les phénomènes précédents en considérant que les aimants modifient l’état
magnétique de l’espace qui les entoure et qu’en chaque point, il crée un champ magnétique
représenté par un vecteur B
C’est une grandeur vectorielle, il se caractérise par son point d’application, par une direction,
un sens et une intensité.
Direction : Elle est indiquée par une aiguille aimantée au point
d’application
Sens : Celui allant du pôle Sud au pôle Nord de l’aiguille aimantée.
Intensité : Mesurée à l’aide d’un teslamètre en tesla (T), elle sera
d’autant plus grande que l’aimant considéré est plus puissant et que l’on se place plus près de
lui.
5) Lignes de champ et spectre magnétique.
On fait apparaître les lignes de champ en utilisant de la limaille de fer ou de petites aiguilles
aimantées. Ce sont des courbes tangentes en tout point au vecteur B . Le spectre magnétique
est l’ensemble des lignes de champ autour de la source de champ magnétique.
* Aimant droit
* Aimant en U
* 2 Aimants droits de pôles opposés
2 aimants droits de pôles identiques
Pour un aimant le champ magnétique (comme les lignes de champ) est orienté du pôle
Nord vers le pôle Sud (Il entre par le pôle Sud et sort par le pôle Nord).
En un point de l’espace, il ne passe qu’une seule ligne de champ, il n’y a en un point
de l’espace qu’un seul champ magnétique qui est la combinaison de ceux créés par toutes les
sources.
Entre les branches en U, les lignes de champ sont pratiquement des droites parallèles
perpendiculaires aux branches de l’aimant, dans cette région B à une même direction, un
même sens et une même norme, il est dit uniforme.
* Fil rectiligne parcouru par un courant
* Spire circulaire
* Solénoïde ou bobine longue (longueur grande par rapport au diamètre)
A l’intérieur de la bobine ont constate que les lignes de le champ sont des droites parallèles
donc le champ magnétique est uniforme dirigée suivant l’axe de la bobine.
* Bobine torique à spires jointives
Si le diamètre des spires est petit devant le diamètre du tore alors la relation donnant B est
µ NI
la même que pour un solénoïde soit : B = 0
avec L périmètre moyen du tore.
L
A l’intérieur du tore les lignes de champ sont des cercles concentriques et l’intensité du
champ magnétique est uniforme. Par contre à l’extérieur le champ magnétique est quasi nul.
Exemple : On veut avoir un champ magnétique B = 1T à l’intérieur d’une bobine
torique de 1500 spires et de rayon moyen R = 2 cm. Calculons l’intensité I qui devra traverser
ce circuit.
I =
BL
µ0 N
=
1 × 2π × 0.02
= 67 A
4π10 −7 ×1500
Dans une bobine les doigts de la main droite indique le sens de circulation du courant
et le pouce celle du champ magnétique. Pour le fil rectiligne il est plus simple que le pouce
indique le sens du courant et les doigts de la main le sens du champ (il sort par la paume de la
main)
Comme pour les aimants les bobines ont une face Nord (le champ sort de cette face) et
une face Sud (le champ entre par cette face)
On peut aussi les faire apparaître par le sens du courant
6) Composition de champ magnétique
Nous avons vu qu’en présence de plusieurs sources de champ magnétique, il fallait faire la
somme vectorielle de celles-ci pour obtenir le champ magnétique résultant en chaque point.
6) Champ magnétique terrestre
Le champ magnétique de la Terre ressemble à celui d'une tige aimantée inclinée. Une aiguille
de boussole s'aligne dans la direction du champ, approximativement vers le pôle nord
géographique, qui n'est pas très loin du pôle magnétique sud de la Terre. Le champ s'étend
jusqu'à des milliers de kilomètres dans l'espace. Il nous protège des particules chargées
(électrons, protons, noyaux d’hélium…) en provenance du soleil. Ces particules sont
responsables des aurores boréales.
7) Champ magnétique et santé
IRM est une technique de pointe utilisée lorsque le scanner et l’échographie montrent leurs
limites. On obtient des coupes d’une très grande qualité du corps humain, surtout avec les
tissus mous. Il nécessite un champ magnétique puissant et stable qui est crée par une bobine
en alliage niobium-titane baignée dans de l’hélium liquide (-269°C) qui en assure l’état
supraconducteur c'est-à-dire un état pour lequel la bobine n’a pas de résistance électrique de
façon que le passage du courant dans celle-ci ne produise pas de chaleur, l’ordre de grandeur
des champs pour un IRM est de 7T.
http://www.youtube.com/watch?v=kbRKXDotIAw&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=Ha_kzVyPJ5U&feature=related