I. Mise en évidence des interactions magnétiques
- Deux pôles de même nom (N–N ou S–S) de deux aimants se repoussent.
- Deux pôles de noms différents (N–S) s’attirent.
- Deux bobines parcourues par des courants :
- faces de même nom → répulsion ;
- faces de noms différents → attraction.
Ces expériences montrent que la présence d’un aimant ou d’une bobine parcourue par un courant modifie les propriétés d’une région de l’espace : il y règne un champ magnétique.
II. Champ magnétique et vecteur B⃗
1. Espace champ magnétique
Un espace champ magnétique est une région de l’espace dont les propriétés sont modifiées par la présence :
- d’un aimant ;
- d’un conducteur parcouru par un courant ;
- ou de la Terre elle-même (champ magnétique terrestre).
2. Vecteur champ magnétique B⃗
En tout point M de l’espace où règne un champ magnétique, on définit le vecteur champ magnétique B⃗ :
- Point d’application : tout point M de la région où le champ existe.
- Direction : celle de l’axe d’une aiguille aimantée placée en M.
- Sens : du pôle Sud vers le pôle Nord de l’aiguille aimantée.
- Valeur : mesurée en Tesla (T) à l’aide d’un teslamètre.
III. Lignes de champ et spectres magnétiques
Une ligne de champ est une courbe tangente, en chacun de ses points, au vecteur champ magnétique B⃗ et orientée dans le même sens que B⃗.
Un spectre magnétique est l’ensemble des lignes de champ représentées autour d’une source (aimant, bobine…).
- Aimant droit : lignes de champ sortent de la face Nord, rentrent par la face Sud, et se referment à l’infini.
- Aimant en U : lignes concentrées dans l’entrefer, champ plus intense entre les branches.
- Solénoïde : lignes presque parallèles et régulières à l’intérieur (champ quasi uniforme).
IV. Solénoïde et champ magnétique à l’intérieur
1. Définition
Un solénoïde est une bobine dont la longueur L est au moins 10 fois supérieure à son rayon R :
L ≥ 10 R
À l’intérieur d’un solénoïde très long, le champ magnétique est uniforme et possède les caractéristiques suivantes :
- Direction : axe du solénoïde.
- Sens : donné par la règle du bonhomme d’Ampère (ou de la main droite).
- Valeur :
B = μ₀ (N/L) I = μ₀ n I- N : nombre total de spires ;
- L : longueur du solénoïde ;
- n = N/L : nombre de spires par mètre ;
- μ₀ : perméabilité du vide, μ₀ = 4π × 10⁻⁷ SI.
2. Règle du bonhomme d’Ampère (orientation de B⃗)
Le « bonhomme d’Ampère » regarde le solénoïde :
- le courant entre par ses pieds et sort par sa tête ;
- son bras gauche tendu indique le sens du champ B⃗ à l’intérieur du solénoïde.
V. Utilisation numérique (ordre de grandeur)
Pour un solénoïde de longueur L, comportant N spires et parcouru par un courant I :
B = μ₀ N I / L
On obtient typiquement des champs de l’ordre de quelques mT (10⁻³ T) pour des courants de quelques ampères et quelques milliers de spires.
VI. Superposition avec le champ magnétique terrestre
Au centre d’un solénoïde placé dans le champ magnétique terrestre :
- le champ total est la résultante vectorielle du champ terrestre B⃗h et du champ dû au solénoïde B⃗0 ;
- une aiguille aimantée se dévie d’un angle α, tel que :
tan α = B0 / Bh
On peut ainsi déterminer B0 et le champ résultant B par les relations :
B0 = Bh tan α et B = √(B0² + Bh²).
VII. Points-clés à retenir
- Le champ magnétique est un champ vectoriel défini en tout point par un vecteur B⃗ (norme, direction, sens).
- Les sources de champ magnétique sont : aimants, courants électriques, Terre, champs E variables.
- Les lignes de champ représentent graphiquement la structure du champ (tangentes à B⃗).
- Dans un solénoïde long, le champ est uniforme et parallèle à l’axe : B = μ₀ n I.
- On peut mesurer des champs magnétiques avec un teslamètre et exploiter des graphes B = f(I) pour en déduire le nombre de spires d’un solénoïde.
Fiche réalisée à partir du cours « Champ magnétique » (Physique-Chimie Terminale C, ecole-ci.org).
Créé par Haniel_dev