Le champ magnétique







Cours de physique – niveau classe de première S – partie « Lois et modèles – Champs et forces » 

  1. Unités et notation
  2. Relation entre champ et force magnétique
  3. Sources de champ magnétique
  4. Orientation du champ magnétique
  5. Le champ magnétique terrestre
  6. Lignes de champ
  7. Champ magnétique d’un aimant droit
  8. Champ magnétique d’un aimant en « U »
  9. Champ magnétique d’un fil électrique linéaire parcouru par un courant
  10. Champ magnétique créé par un solénoïde
  11. Champ magnétique uniforme

Unités et notation

Un champ magnétique se note B (toujours en majuscule),  Son unité est le Tesla de symbole T en hommage à l’ingénieur américain d’origine serbo-autrichienne Nikola Tesla.

Son intensité peut être mesurée avec un appareil appelé Tesla mètre, elle est en général relativement faible et son ordre de grandeur qui va du centième de millitesla (10-5) à la dizaine de Tesla.

Relation entre champ et force magnétique

L’expression qui lie la force magnétique au champ magnétique est plus complexe que celle qui existe entre un champ électrique ou gravitationnel et sa force respective par conséquent cette relation n’est pas au programme de première S

On peut cependant retenir que:

  • dans le cas d’un aimant la force exercée sur le pôle nord à même direction et sens que le champ magnétique tandis la force exercée sur le pôle sud à un sens inverse.
  • dans le cas d’une charge en mouvement la force magnétique est à la fois perpendiculaire au champs et à la vitesse

Sources de champ magnétique

Un champ magnétique peut être produit par:

  • un aimant permanent constitué d’un matériau dit ferromagnétique comme la magnétite (un oxyde de fer qui est le plus ancien matériaux magnétique naturel connue), le cobalt, le nickel ou les aimant au néodyme (alliage de fer, bore et de néodyme).
  • une charge en mouvement
  • un courant électrique (qui par définition est constitué de particules chargées animées d’un mouvement d’ensemble)
  • une planète tellurique dont le noyau externe comporte du fer liquide en mouvement.
  • une planète gazeuse
  • une étoile

Orientation du champ magnétique

Un champ magnétique extérieur produit par un aimant ou une bobine est orienté du pôle nord vers le pôle sud.



L’orientation d’un champ magnétique quelconque peut être déterminée avec un aimant tel que l’aiguille d’une boussole: son pôle nord pointe dans le même sens que le champ magnétique.

Le champ magnétique terrestre

Il est généré par les mouvements du fer liquide présent dans la partie externe du noyau.

Il est équivalent au champ que pourrait créer un gigantesque aimant droit orienté suivant l’axe de rotation de la terre dont le pôle sud coïnciderait avec le pôle nord géographique et dont le pôle nord magnétique serait situé au pôle sud géographique.

Sa valeur est de l’ordre de quelques centièmes de millitesla (105 T) en tous points de la surface terrestre. Par conséquent tout autre champ magnétique d’intensité inférieure est difficilement détectable et peut en général être négligé.

Lignes de champ

Elles sont toujours orientées du pôle nord vers le pôle sud.

Contrairement aux lignes de champ électrique ou gravitationnel qui peuvent être ouvertes, les lignes de champ magnétique sont toujours fermées, c’est-à-dire que toute ligne émergeant d’un pôle nord aboutit nécessairement à un pôle sud. Elles peuvent être visualisées en disposant de la poudre de fer à proximité de la source du champ, les grains s’alignent alors en s’orientant suivant la direction du champ et les motifs produits reflètent alors la disposition des lignes de champ.

Champ magnétique d’un aimant droit

Un aimant droit se présente sous la forme d’une « barre » (un parallèlépipède ou un cylindre) dont l’une des moitiés constitue le pôle nord (souvent en rouge) et l’autre moitié est un pôle sud. Il crée un champ magnétique qui est symétrique par rapport l’axe de l’aimant dont les lignes sont des boucles reliant les deux pôles. Sont intensité dépend de la quantité et de la nature du matériau magnétique constituant l’aimant.

Lignes du champ magnétique d'un aimant droit
Lignes du champ magnétique d’un aimant droit

Champ magnétique d’un aimant en « U »

Il s’agit d’un aimant en forme de lettre « U », avec un demi-cercle et deux parties droites parallèles qui constituent chacune l’un des pôles de l’aimant. Cet aimant possède un plan de symétrie qui est aussi un plan de symétrie du champ qu’il génère. Ce champ à la particularité d’être quasiment uniforme dans la zone centrale (entre les deux parties droites)



Lignes de champ magnétique d'un aimant en U
Lignes de champ magnétique d’un aimant en U

Champ magnétique d’un fil électrique linéaire parcouru par un courant

Dans un fil électrique linéaire la circulation du courant correspond à un mouvement d’électrons qui en se déplaçant produisent un champ magnétique dont:

  • la valeur est proportionnelle à l’intensité du courant
  • la valeur décroît avec la distance au fil
  • les lignes de champ sont circulaires avec comme axe le fil.

Champ magnétique créé par un solénoïde

Un solénoïde est un dipôle formé d’un enroulement circulaire de fil électrique (une sorte de bobine allongée). Lorsqu’il est parcouru par un courant continu il produit un champ magnétique intérieur et extérieur.

La face où le courant circule dans le sens trigonométrique constitué son pôle nord tandis l’autre est son pôle sud.

Pôles nord et sud d'un solénoïde
Pôles d’un solénoïde

À l’extérieur les lignes de champ sont comparables à celles d’un aimant droit mais à l’intérieur le champ magnétique peut être considéré comme uniforme:

  • il a même direction que l’axe du solénoïde
  • il est orienté de la « face sud » à la « face nord ».
  • sa valeur est proportionnelle à l’intensité du courant ainsi qu’au nombre de spires par unité de longueur.

Champ magnétique uniforme

Les deux principaux dispositifs qui permettent de générer un champ magnétique uniforme (constant en direction, sens et valeur) sont:

  • l’aimant en U ( le champ est uniforme entre ses deux parties droites)
  • le solénoïde (champ uniforme dans sa partie interne)

Notions de seconde à réviser


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