Les raisons de cet enseignement

Electrodynamique – magnétisme, forces magnétiques
Les raisons de cet enseignement
L’étude des champs magnétiques permet de boucler l’approche énergétique des phénomènes et de rapprocher,
par l’étude des caractéristiques de la force électromagnétique de Laplace, l’électricité et les phénomènes
mécaniques, notamment à travers le concept de couplage électromagnétique. Dans le même temps, on
commence à construire le concept de champ.
L’introduction de la force de Coulomb et de la force de Laplace pourrait conduire à une présentation du champ
électrique en parallèle avec le champ magnétique. Le choix a été fait d’introduire la notion de champ (vectoriel)
uniquement à propos du magnétisme. Les difficultés que rencontrent les élèves avec la notion de champ sont
bien connues : ils confondent le champ et la force et donnent bien souvent à celui-ci les attributs de celle-là. Les
professeurs se heurtent à la difficulté pédagogique de différencier les deux concepts. De tous les champs de
forces, le champ magnétique est sans doute celui qui permet le mieux d’établir cette différenciation. D’une part,
par la réalisation de spectres ou en promenant une petite aiguille aimantée, il est facile de mettre en évidence les
propriétés nouvelles que l’espace acquiert au voisinage d’un aimant ou d’un courant électrique. D’autre part, la
force électromagnétique qui apparaît lorsqu’un courant est placé dans un champ magnétique n’a pas les
caractères topographiques de celui-ci puisqu’elle lui est toujours perpendiculaire. Ces particularités du champ
magnétique nous ont conduit à choisir son étude pour commencer à construire un concept réputé difficile.
Là aussi, l’histoire est instructive. Si la notion de champ a été inventée à propos du magnétisme par Faraday,
autodidacte, c’est bien parce que c’est à propos de ces phénomènes que son introduction est la plus intuitive.
C’est un champ que l’on peut modifier à sa guise, en déplaçant tout simplement le montage sur la table ou en
changeant l’intensité du courant qui le génère ; c’est un champ “ manipulable ”. S’il s’agit de faire comprendre
l’intérêt d’accrocher parfois un petit vecteur en chaque point de l’espace, c’est en se basant sur le magnétisme
que l’on sera à l’évidence le plus convainquant. On peut bien sûr montrer des “ lignes de champ ” électriques,
mais comme le champ électrique dans un conducteur parcouru par un courant n’est pas d’origine électrostatique,
l’intérêt pédagogique de l’introduction du champ électrique, au niveau de la première, est moins fort que celui du
champ magnétique. De même, le champ de gravité est en quelque sorte trop simple, trop omniprésent pour que
son introduction en première soit clairement ressentie comme un avantage conceptuel par rapport à la force de
gravité.
Objectifs généraux
• Étudier le caractère vectoriel du champ magnétique créé par le passage d’un courant électrique ou au voisinage
d’un aimant.
• Différencier le champ magnétique et la force électromagnétique créée par celui-ci sur un conducteur parcouru
par un courant électrique.
• Comprendre le principe de fonctionnement d’un moteur électrique (conversion d’énergie électrique en énergie
mécanique) et d’un générateur électromagnétique (conversion réciproque).
Notre intention est ici de nous en tenir à ces seuls objectifs en visant une approche modeste mais fondamentale
de l’électromagnétisme.
Document d’accompagnement – Physique / classe de première S © CNDP