Magnétostatique

Magnétostatique
Mahboub Oussama
Bref aperçu historique
• Thalès remarqua que la magnétite attire le fer.
• Les chinois utilisaient les propriétés des aimants pour faire des
boussoles (il y a1000 ans).
• Oersted 1820 réalisa l’expérience du fil et de l'aiguille aimantée
• Ampère 1820 :mise en évidence de la force magnétique
similitude entre aimant et bobine et attraction de 2 fils.
• Biot & Savard: l’expression du champ créé par un circuit
filiforme
• Faraday 1831 mise en évidence de l’induction magnétique
• Maxwell 1870 : Théorie classique de l’électromagnétique
La magnétostatique
La magnétostatique étudie les effets
magnétiques indépendant du temps
Les interaction magnétiques sont des interactions à
distance (attraction, répulsion ou déviation)
Sources magnétiques
• Aimants:
– Naturels ( Magnétite..) ou artificiels (les alliages
ferromagnétiques Fe, Co, Ni…)
• Conducteur parcouru par un courant
(mobilité des charges): Expérience d’Oersted
(1820)
Expérience d’Oersted
I
L ’aiguille tend à se placer
Perpendiculairement au fil
I
La déviation de l ’aiguille s ’inverse
Le magnétisme est une manifestation
des charges électriques en mouvement
Cette expérience a mis en évidence le
lien entre l’électricité et le magnétisme
Sud
Nord
Le pôle sud d ’un aimant est l ’extrémité qui se dirige vers le pôle sud géographique
Action d’un aimant sur un aimant
Deux pôles de nature différente s’attirent
Deux pôles de même nature se repoussent
Aimant brisé
On ne peut pas isoler les pôles magnétiques
Les pôles magnétiques vont toujours par paires
Vecteur champ magnétique
Une source magnétique modifie certaines propriétés de l ’espace
environnant :
On dit que cet espace est le siège d’un champ magnétique
Ce champ est décrit par un vecteur dit vecteur champ magnétique
Il est noté B
Représentation du vecteur champ magnétique
direction Aiguille aimantée
sens Aiguille orientée Sud - Nord
unité
• Système International
• Système CGS
S
B

Tesla (T)

Gauss (G)
1G = 10-4 T
Spectre magnétique et Lignes
de champ
Les lignes de champ permettent de visualiser le champ magnétique
Définition
• lignes tangentes en chacun de ses points au vecteur B
B
• orientées dans le sens de B
• si le champ est uniforme les lignes sont parallèles
• quand le champ augmente les lignes se resserrent
• deux lignes de champ ne peuvent se couper
B
Spectre magnétique d’un aimant
Champ magnétique créé par un fil
rectiligne (spectre magnétique)
I
d
B
Solénoïde
S
Le contenu du cours de
magnétostatique
• Forces magnétiques (forces de Lorentz, loi de
Laplace, effet de hall….)
• Champ magnétique (Loi de Biot et Savart,
Théorème d’Ampére,….)
• Dipôle magnétique (moment magnetique d’un
circuit filiforme, champ magnétique d’une
spire…..)
• Les phénomènes d’induction électromagnétique
(loi de Faraday, loi de Lenz….)
• Travail des forces magnétiques.
Chapitre 1: Magnétostatique du vide
•
I- Description du courant électrique – Rappel
•
Le courant électrique, densité et intensité du courant, équation de la conservation de la charge
•
II-Champ magnétique
•
définition du champ magnétique et lignes de champ, Expression du champ magnétique créé par une seule charge en mouvement, puis par un
•
ensemble de charge en mouvement, Loi de Biot et Savart, Expression du champ pour différents types de distribution (linéique, surfacique,
volumique), règles pratiques pour déterminer le sens du champ (règle des 3 doigts de la main droite, règle du bonhomme d’ampère, règle du tirebouchon).
III-Théorème d’Ampère
•
Champ d’excitation magnétique, théorème d’Ampère, Mise en œuvre du théorème d’Ampère (notion de vecteurs et pseudo-vecteurs, règles de
•
symétrie et d’invariance et leurs conséquences).
IV- Le potentiel vecteur
•
conservation du flux, le potentiel vecteur, équation de Poisson, les expressions du potentiel vecteur selon les différentes distributions (linéique,
•
surfacique, volumique), les propriétés de symétrie et d’invariance du potentiel vecteur.
•
Chapitre 2: Electrodynamique en régime stationnaire
•
I-Force et moment de Laplace
•
La force de Laplace (Cas d’une particule de charge, cas d’un élément de circuit, cas d’un circuit filiforme), Moment de Laplace selon les types de
•
distribution (linéique, surfacique, volumique), Interaction entre deux circuits.
II- Travail de la force de Laplace et énergie potentielle
•
d’interaction magnétique
•
Théorème de Maxwell, énergie potentielle d’interaction magnétique, règles du flux maximum.
•
•
Chapitre 3: Les phénomènes d’induction électromagnétique
•
I-Loi de Faraday
•
Expérience de Faraday et son interprétation, loi de Faraday (énoncé et généralisation)
•
II-Loi de Lenz
•
III- Relation de Maxwell - Faraday
•
Forme intégrale, forme locale, force électromotrice d’un circuit en déplacement.
•
IV- Circuits couplés
•
•
Introduction aux circuits couplés, Inductances propre et mutuelle –cas général, cas d’une bobine (inductance propre et mutuelle, coefficient du
couplage), les forces magnétomotrices induites et énergie magnétique.