École Édouard-Montpetit, Montréal, mai 2002 Champ magnétique Par Vanessa Fortune et Carine Ntelameno École Édouard-Montpetit, Montréal, mai 2002 Validation du contenu et révision linguistique: Martin Dugas Science animée, 2002 Cliquez ici pour commencer

Champ Magnétique École: Vanessa Fortune Carine Ntelameno Édouard-Montpetit

Table des matières Introduction Ce qui crée le champ magnétique L’influence des champs magnétiques Les charges électriques Exemple de champ magnétique dipolaire Propriété magnétique de la matière Champ magnétique induit dans une bobine par un courant Force électromotrice induite dans une bobine par un champ magnétique tournant Moment magnétique d’une boucle de courant

Table des matières Source de champ Champ magnétique Champ magnétique d’un courant rectiligne Conclusion Médiagraphie

Introduction Bonjour, Nous allons vous parler de quelque chose qui est omniprésente dans notre vie de tous les jours, mais que nous ne voyons pas à l ’œil nu et que seuls les pigeons peuvent sentir. Cette chose est le champ magnétique. Nous allons développer notre sujet sur les sortes de champs magnétiques que nous avons récoltées sur Internet et de ce que nous apprenons déjà dans notre cours de sciences physiques.

Ce qui crée les champs magnétiques Ce qui crée des champs magnétiques (et électriques): D'un point de vue théorique, le champ électrique et le champ magnétique sont décrit par quatre équations différentielles, les équations de Maxwell. Ces équations nous disent qu'un champ magnétique est créé en présence de courants électriques, ou bien en présence d'un champ électrique variable. Un champ électrique est créé lui-même en présence d'un champ magnétique variable, ou en présence de charges électriques (ions, électrons, protons etc...).

L'influence des champs magnétiques S’il existe un champ magnétique en tous points de l'espace, celui-ci n'a d'influence que sur une catégorie précise d'objets. Il n'agit que sur les objets qui ont une charge électrique (électrons, ions), ou bien des conducteurs électriques (fils électriques, objets métalliques) ou des objets qui sont eux-même la source d'un champ magnétique (aimants).

Charge électrique Une particule élémentaire chargée (un électron, un proton pour citer les plus commun), ou un atome ionisé ou une molécule ionisée vont subir une force engendrée par le champ magnétique. Par exemple, si le champ magnétique est uniforme (c'est à dire qu'il a partout la même valeur), alors, la particule, au lieu d'aller en ligne droite, va parcourir une hélice (c'est à dire en trajectoire en forme de ressort de lit). Si la particule se promène dans un endroit où règnent un champ magnétique plus un champ électrique, la trajectoire sera un peu plus compliquée. Si le champ magnétique varie d'un point à un autre, la trajectoire peut devenir très complexe.

Le champ magnétique est un champ de vecteur. Voici une représentation d'un champ magnétique dipolaire, à l'aide de flèches. Ce genre de champ magnétique peut être créé par un aimant en forme de barreau. Le champ magnétique de la Terre est bien représenté par le champ dipolaire. Ici, chaque flèche a la direction du champ magnétique. Plus la flèche est longue, plus le champ magnétique est fort. Les lignes de champ sont les lignes qui sont tangentes aux vecteurs (aux flèches) en tout point. En chaque point, on peut faire passer un ligne de champ.

Champ magnétique dipolaire

Propriété magnétique de la matière Un atome est constitué d'un noyau, lui-même constitué de nucléons (neutrons et protons) et d'électrons qui gravitent autour de ce noyau. Le noyau d'hydrogène est constitué d'un seul nucléon : 1 proton. Il possède une masse m et une charge e+. Ce noyau possède une propriété de "spin", assimilable au fait qu'il puisse tourner sur lui-même, ce qui lui confère d'une part un moment cinétique, qui dépend de sa masse, et d'autre part un moment magnétique qui dépend de sa charge. Ces deux moments sont alignés. Le facteur multiplicatif qui les unit [[gamma]] à un nombre de nucléons qui lui est propre, a un rapport gyromagnétique qui lui est propre lui aussi.

Champ magnétique induit dans une bobine par un courant

Moment magnétique d ’une boucle de courant

Sources de champs Un aimant approché latéralement d'une aiguille aimantée la fait dévier. Dans cette expérience, l'aiguille aimantée est le détecteur de champ magnétique (elle subit des actions), et l'aimant en est la source (il exerce des actions à distance). * La terre est la source d'un champ magnétique, appelé champ géomagnétique. Ce champ est détecté par les boussoles. Une aiguille aimantée, suspendue par un axe passant par son centre d'inertie, ne s'oriente pas horizontalement. Le plan vertical qui contient l'aiguille orientée est appelé plan méridien magnétique du lieu. * Une aiguille aimantée est déviée au voisinage d'un courant électrique. Les courants électriques produisent donc les champs magnétiques.

Champ magnétique Des objets comme une barre aimantée ou un élément de circuit électrique produisent un champ magnétique qui s'exprime à l'aide d'un vecteur, souvent noté dont l'unité est le tesla (T).        On peut le représenter par des lignes de champ, qui indiquent la direction du champ en tout point. En outre, plus les lignes de champ sont rapprochées, plus le champ est intense dans la zone considérée.

Un champ magnétique agit sur les substances magnétiques et sur les particules chargées en mouvement. Lorsqu'une particule chargée se déplace dans un champ magnétique, elle est soumise à une force perpendiculaire à la direction de son déplacement et à celle du champ. Si la particule a une charge " q ", une vitesse " v " et qu'elle est soumise à un champ magnétique , la force qui s'exerce sur cette particule s'écrit : La force est toujours perpendiculaire au déplacement, donc la trajectoire d’une particule se déplaçant dans un champ magnétique est courbe.

Champ magnétique (suite) À gauche, un électron, laissé à lui-même, continue sa course en ligne droite. Celui de droite au contraire, traverse une zone où il existe un champ magnétique : son effet est de courber la trajectoire de l'électron.

C'est pourquoi on utilise les champs magnétiques pour contrôler les trajectoires des particules chargées dans des appareils tels que les accélérateurs de particules et les spectromètres de masse!

Champ magnétique d'un courant rectiligne Un courant électrique produit un champ magnétique. Un courant intense traverse un fil vertical dans la plupart des démonstrations effectuées en sciences physiques. Vous pouvez inverser la direction de ce courant ce qui inversera le sens du champ magnétique produit. La direction conventionnelle du courant est de la borne positive vers la borne négative. Noter que le mouvement des électrons est en sens contraire de la direction conventionnelle du courant! L'aiguille d'une boussole peut montrer la direction du champ magnétique pour une position donnée. Le pôle Nord de l'aiguille aimantée est habituellement de couleur rouge. L'influence du champ magnétique terrestre est négligée dans cette situation.

Conclusion Nous espérons que les champs magnétiques auront moins de secrets pour vous! Pour en connaître plus sur le sujet, consultez notre médiagraphie!

Médiagraphie Al. (Page consultée le 6 mai 2002). La Zic-Mu, [En ligne]. Adresse ULR : http://site-grekko.chez.tiscali.fr/musique2.html Fendt, Walter. (Page consultée le 9 mai 2002). Champ magnétique d’un courant rectiligne, [En ligne]. Adresse URL: http://home.a-city.de/walter.fendt/phf/mfwire_f.htm Rainero, Bernard, Vialatte, Pierre-Yves. (Page consultée le 5 mai 2002). Le magnétisme terrestre, [En ligne]. Adresse URL: http://www.ac-noumea.nc/physique-chimie/magnetisme.htm Stern, David P. (Page consultée le 5 mai 2002). La Terre, le grand aimant, [En ligne]. Adresse URL: Http://www.magnet.oma.be/home/stern/demagint_fr.html