Chapitre n°6
Le magnétisme
I Historique
II Les aimants - les interactions entre aimants
Certaines pierres naturelles ont le pouvoir d'attirer et de retenir de la limaille de fer si elles y sont plongées, on les appelle des aimants naturels.
Nous sommes capables, par un traitement spécifique, de communiquer cette propriété à une barre d'acier que l'on nommera alors : aimant artificiel. Si cette barre est plongée dans de la limaille de fer nous nous apercevons que les particules de limaille adhèrent surtout aux extrémités, l'attraction y est plus forte. Ces extrémités seront appelées Pôles de l'aimant. Si nous reprenons notre barre d'acier, que nous la laissons libre de tout mouvement et éloignée de tout objet métallique (suspendue à une ficelle par exemple), une de ces extrémités s'orientera toujours vers le pôle nord terrestre, l'autre vers le pôle sud. Nous appellerons donc ces extrémités :
pôle nord magnétique pour l'extrémité s'orientant vers le pôle nord terrestre.
pôle sud magnétique pour l'extrémité s'orientant vers le pôle sud terrestre.
Les même pôles de deux aimants se repoussent, les pôles contraires s'attirent.
Nous sommes capables, par un traitement spécifique, de communiquer cette propriété à une barre d'acier que l'on nommera alors : aimant artificiel. Si cette barre est plongée dans de la limaille de fer nous nous apercevons que les particules de limaille adhèrent surtout aux extrémités, l'attraction y est plus forte. Ces extrémités seront appelées Pôles de l'aimant. Si nous reprenons notre barre d'acier, que nous la laissons libre de tout mouvement et éloignée de tout objet métallique (suspendue à une ficelle par exemple), une de ces extrémités s'orientera toujours vers le pôle nord terrestre, l'autre vers le pôle sud. Nous appellerons donc ces extrémités :
pôle nord magnétique pour l'extrémité s'orientant vers le pôle nord terrestre.
pôle sud magnétique pour l'extrémité s'orientant vers le pôle sud terrestre.
Les même pôles de deux aimants se repoussent, les pôles contraires s'attirent.
III Spectres et champs magnétiques
Si l'on saupoudre de limaille de fer une feuille sur laquelle nous avons disposé un aimant, on constate que les grains se disposent de façon bien précise suivant des lignes appelées lignes de forces. Ces lignes existent dans tout l'espace entourant l'aimant et non pas simplement sur le plan formé par la feuille. De plus, si l'on place une boussole dans cette zone de lignes de force nous nous apercevons qu'elles sont orientées.
Par convention nous dirons que ces lignes de forces sortent par le pôle nord pour entrer par le pôle sud. Nous supposerons également que chaque ligne de force se referme à l'intérieur de l'aimant de façon à compléter une boucle.
L'ensemble de ces lignes de force représenté sur un plan est communément appelé : Spectre magnétique. Celui-ci représente donc le parcours des lignes de force et par abus de langage "la forme du champ magnétique".
La même grandeur physique se trouve être désignée dans les ouvrages de physique appliquée de façon différente : lignes de champ, lignes de flux, lignes de force.
On aperçoit un ensemble de lignes appelées "lignes de champ" allant du nord au sud de l'aimant. Il en serait de même avec une bobine.
Par convention nous dirons que ces lignes de forces sortent par le pôle nord pour entrer par le pôle sud. Nous supposerons également que chaque ligne de force se referme à l'intérieur de l'aimant de façon à compléter une boucle.
L'ensemble de ces lignes de force représenté sur un plan est communément appelé : Spectre magnétique. Celui-ci représente donc le parcours des lignes de force et par abus de langage "la forme du champ magnétique".
La même grandeur physique se trouve être désignée dans les ouvrages de physique appliquée de façon différente : lignes de champ, lignes de flux, lignes de force.
On aperçoit un ensemble de lignes appelées "lignes de champ" allant du nord au sud de l'aimant. Il en serait de même avec une bobine.
Le champ magnétique en un point de l'espace a une direction tangente à la ligne du spectre qui passe en ce point. Elle est dirigée du nord vers le sud, elle est d'autant plus grande que les lignes sont plus serrées. Une ligne de champ représente l'ensemble des points de l'espace où l'induction a la même valeur.
Cette induction s'exprime en Tesla ( unité S.I.), et elle est notée T.
C'est une unité qui est numériquement grande par rapport à d'autres unités S.I. En effet, il est difficile d'atteindre une induction magnétique durable supérieure à quelques dizaines de Teslas.
A titre indicatif, la valeur moyenne de l'induction du champ magnétique terrestre en France (composante horizontale) vaut :
C'est une unité qui est numériquement grande par rapport à d'autres unités S.I. En effet, il est difficile d'atteindre une induction magnétique durable supérieure à quelques dizaines de Teslas.
A titre indicatif, la valeur moyenne de l'induction du champ magnétique terrestre en France (composante horizontale) vaut :
B0 = 2.10-5 T
IV Le vecteur champ magnétique
C’est la zone d’espace où l’aimant fait ressentir son influence.
Le champ est un vecteur c’est à dire qu’il est défini par :
Son point d’application
Sa direction
Son sens
Sa norme
Ce champ magnétique modifie les propriétés physiques de l'espace dans lequel il se trouve et ne sera affecté que par le voisinage du fer, du cobalt, du nickel et de leurs alliages.
Un champ magnétique (sous-entendu les lignes de force) peut traverser des matériaux comme le ciment, le bois, le papier etc... sans être aucunement perturbé.
Le fait de parler d'un champ magnétique ne nous permet pas de quantifier cette valeur puisque c'est une région de l'espace. La connaissance des caractéristiques en un point M du champ d'induction magnétique nous sera donnée par une représentation vectorielle dépendant de l'espace (position par rapport à "la source magnétique") et du temps. Ce vecteur est désigné par B (flèche au dessus de la lettre impossible à dessiner sur ce document) dont le module exprimera la densité de flux au point considéré. La représentation vectorielle nous permet d'indiquer sur n'importe quel point de l'espace parcouru par le champ d'induction magnétique la direction et le sens de ce dernier.
Remarques : cette grandeur vectorielle traduit l'effet du mouvement des charges électriques. Si le vecteur B est identique en tout point de l'espace, le champ est dit uniforme.
C’est la zone d’espace où l’aimant fait ressentir son influence.
Le champ est un vecteur c’est à dire qu’il est défini par :
Son point d’application
Sa direction
Son sens
Sa norme
Ce champ magnétique modifie les propriétés physiques de l'espace dans lequel il se trouve et ne sera affecté que par le voisinage du fer, du cobalt, du nickel et de leurs alliages.
Un champ magnétique (sous-entendu les lignes de force) peut traverser des matériaux comme le ciment, le bois, le papier etc... sans être aucunement perturbé.
Le fait de parler d'un champ magnétique ne nous permet pas de quantifier cette valeur puisque c'est une région de l'espace. La connaissance des caractéristiques en un point M du champ d'induction magnétique nous sera donnée par une représentation vectorielle dépendant de l'espace (position par rapport à "la source magnétique") et du temps. Ce vecteur est désigné par B (flèche au dessus de la lettre impossible à dessiner sur ce document) dont le module exprimera la densité de flux au point considéré. La représentation vectorielle nous permet d'indiquer sur n'importe quel point de l'espace parcouru par le champ d'induction magnétique la direction et le sens de ce dernier.
Remarques : cette grandeur vectorielle traduit l'effet du mouvement des charges électriques. Si le vecteur B est identique en tout point de l'espace, le champ est dit uniforme.
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