1et_ch6(ChampMagnetique).odt ­ Marie Pierrot – Lycée du Rempart ­ 03/02/10

  Ch.6 : 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 aumême 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.

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.

2.2. Vecteur champ magnétique :Def: En un point M de l'espace, 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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B

NS

B

B

B

B

Spectre magnétique d'un aimant droit

Ligne de champ magnétique

VecteurChamp

Magnétique

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3. Actions électromagnétiques.

3.1. Force de Lorentz.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 sinv B ∣

On peut écrire :   F=q v ∧ B

Exercice d'application n°1Déterminer 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.

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.

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).­ Son intensité est :    F=∥F∥=∣IBl sin α ∣                 où: ­ l est la longueur du conducteur mobile                    ­ α est l'angle formé par le conducteur et  B

    On peut écrire : 

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∙lF1 = F2 = F4 = 2 mN

F3 = I∙B∙l∙sin(30°)F3 = 1 mN

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F=I l ∧ B

BMajeurMAgnétique

q•vIndex

FPOUcePOUsse

B

v

B

vB

Bv

v

F

F FF = 0

BMajeurMAgnétique

IINtensitéINdex

FPOUcePOUsse

B

45°

B30°

B  est horizontal

B  est dans le plan de la feuille

B

F

BF

F

F

45°I

I

I

I

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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:

 

4.2. Intensité du champ magnétique à l'intérieur d'une bobine.

4.2.1. Bobine plate:

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):

  

4.2.3. Fil rectiligne parcouru par un courant:

                                                                                    

Exercice d'application n°31) 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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B=µ0×I

2 π r

I

B

La rotationdonne le sensdu champ Magnétique.La progressiondu tire bouchoncelle du courant.

B

B

II

I

I

B

N spires

rI

B= µ0×I × N

2r

B=µ0I × N

lB

N spires

l : longueur du solénoïde

II

I

Br