Ch.7 : CHAMP MAGNETIQUE . Spectre magnétique d`un

1eo_ch7(ChampMagnetique).odt ­ Marie Pierrot – Lycée du Rempart ­ 26/02/10
Ch.7 : CHAMP MAGNETIQUE . 1. Qu'est­ce que le champ magnétique ?
1.1. Champ magnétique terrestre.
Les boussoles sont de petites aiguilles aimantées mobiles autour d'un axe. Loin de tout aimant, elles s'orientent toujours de façon identique.
Elles indiquent le nord magnétique qui n'est pas tout à fait au
même endroit que le nord géographique.
1.2. L'aimant.
Un aimant attire le fer et tous les alliages contenant du fer.
Un aimant n'attire pas tous les autres métaux comme le cuivre et l'aluminium par exemple.
Entre deux aimants: ­ Deux pôles contraires s'attirent
­ Deux pôles semblables se repoussent
1.3. Action d'un aimant sur des charges en mouvement.
Au voisinage d'un aimant, les charges électrique au repos restent au repos (fil de cuivre), tandis que les charges en mouvement voient leurs trajectoires se modifier (le faisceau d'électron s'incurve).
1.4. Action d'un aimant sur un conducteur parcouru par un courant.
Expérience des rails de Laplace:
Lorsqu'on fait passer un courant important dans la tige de cuivre, elle se met en mouvement.
Le sens de déplacement de la tige change si on retourne l'aimant, ou bien si on change le sens du courant dans la tige mobile.
1.5. Conclusion.
A travers ces expériences on constate que la présence d'un aimant modifie les propriétés de l'espace autour de lui...
On dit que l'aimant créé un champ magnétique.
Vecteur
Champ
Magnétique
2. Vecteur champ magnétique.
2.1. Spectre magnétique.
(Qq spectres magnétique : aimant droit, aimant en U, bouteille....)
La limaille de fer dessine des lignes partant du pôle nord et se refermant sur le pôle sud.
L'ensemble de ces "lignes de champ magnétique" forment un dessin qu'on appelle spectre magnétique de l'aimant.
Ligne de champ magnétique
B
B
S
N
B
B
2.2. Vecteur champ magnétique : 
B
Def: En un point M de l'espace, Spectre magnétique d'un aimant droit
on définie le vecteur champ magnétique 
B :
­ Il a même direction et même sens que la ligne de champ passant par M.
­ Son intensité B, peut être mesurée par un teslamètre et s'exprime en Tesla (T)
Exemples: ­ Composante horizontale du champ magnétique terrestre: 20 µT
­ Aimant ordinaire : B ≅ 1 mT
­ Electro­aimants de machines : B ≅ 1 T.
Rmq: Un champ magnétique est dit uniforme dans des régions de l'espace où les lignes de champ sont parallèles et régulièrement espacées (à l'intérieur d'un aimant en U).
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3. Actions électromagnétiques.
q•v
B
Majeur
MAgnétique
3.1. Force de Lorentz.
Index
F
POUce
POUsse
C'est la force 
F subie par une particule chargée, en mouvement dans un champ magnétique.
­ Sa direction est orthogonale au plan formé par 
v (vitesse de la particule) et 
B.
­ Son sens est déterminé par la règle des trois doigts (ci­contre).
­ Son intensité est : 

F =∥F∥=∣qvB
sin v 
B ∣
On peut écrire : 
F =q 
v∧
B
Exercice d'application n°1
Déterminer la force de Lorentz (sens, direction et intensité) dans les cas suivant, en sachant que B=0,5mT et que la particule est un proton de charge +1,6 . 10­19 C se déplaçant à la vitesse de 100 km.h­1.
B
F
v
B
v
v
B
F
B
v
F
F = 0
Dans les cas où elle n'est pas nulle, F = q•v•B = 2,14 • 10­20 N.... Très petit !
3.2. Force électromagnétique ou force de Laplace.
C'est la force 
F appliquée à un conducteur parcouru par un courant placé dans un champ magnétique.
Expérience des rails de Laplace :
La tige mobile sur les rails se met à rouler. On peut la faire rouler en sens inverse en changeant le sens de l'aimant ou en changeant le sens du courant dans la tige. La force qui s'exerce sur la tige est appelée force de Laplace.
B
Majeur
MAgnétique
I

Caractéristiques de la force de Laplace F :
­ Sa direction est orthogonale au plan formé par 
B et le conducteur mobile.
­ Son sens est déterminé par la règle des trois doigts (ci­contre).
 ∥=∣IBl sin  α ∣ ­ Son intensité est : F=∥F
où: ­ l est la longueur du conducteur mobile
­ α est l'angle formé par le conducteur et 
B
On peut écrire : 
F =I l ∧ 
B
INtensité
INdex
F
POUce
POUsse
Exercice d'application n°2 :
Déterminer la force de Laplace (sens, direction et intensité) dans les cas suivant, en sachant que B = 5 mT, l = 10 cm et que I = 4 A.
F1 = F2 = F4 = I∙B∙l
F1 = F2 = F4 = 2 mN
F3 = I∙B∙l∙sin(30°)
F3 = 1 mN
I
F
F
30°
B
B
I
F
B est dans le plan de la feuille
I
I
B est horizontal
B
45°
B
45°
F
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4. Les courants, sources de champ magnétique
4.1. Expériences.
Autour d'un conducteur rectiligne et dans un solénoïde parcourus par un courant, la limaille de fer forme un spectre magnétique. Les courants sont comme les aimants des sources de champ magnétique.
Une bobine parcourue par un courant développe des pôles Nord et Sud à ses deux extrémités...
Le sens des lignes de champ (de 
B ) est donné par:
I
I
B
La rotation
donne le sens
du champ Magnétique.
La progression
du tire bouchon
celle du courant.
B
B
I
I
I
4.2. Intensité du champ magnétique à l'intérieur d'une bobine.
4.2.1. Bobine plate:
B= µ 0 ×
N spires
I×N
2r
r
I
B
où: ­ µ0 est appelée perméabilité magnétique du vide (ou de l'air) µ0 = 4 π . 10­7 S.I.
­ N est le nombre de spires de la bobine.
4.2.2. Bobine "infiniment longue" (solénoïde):
B= µ 0
I × N l
4.2.3. Fil rectiligne parcouru par un courant:
N spires
I
B
l : longueur du solénoïde
I
I
I r
B= µ 0 ×
2π r
B
Exercice d'application n°3
1) Dans les trois cas présentés (solénoïde, bobine plate et fil rectiligne) que peut­on remarquer quant à la relation qui existe entre le courant qui traverse le circuit et le champ magnétique qui est alors créé?
2) Quel est l'intensité du champ magnétique B1 créé à 3 cm d'un fil rectiligne parcouru par un courant de 10 A ?
3) Le même courant parcourt une bobine plate de 10 spires et de diamètre 8 cm. Quelle est la valeur de B2 au centre de la bobine ?
4) Calculer B3 au centre d'un solénoïde de longueur 20 cm, comportant 100 spires, parcouru toujours par le même courant.
5) Quel type de circuit permet d'obtenir le plus fort champ magnétique ?
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