Le champ magnétique créé par un courant - Maxicours

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Le champ magnétique créé par un courant

Objectif : Oersted, un physicien danois, fut le premier à remarquer que les propriétés magnétiques de l’espace sont modifiées lorsqu’un courant électrique traverse un fil ou une bobine.

Quelles sont les caractéristiques du champ magnétique créé par un courant ? Quelles sont les différences que l’on observe au voisinage d’un fil ou d’une bobine ? Existe-t-il une relation entre l’intensité du courant et la valeur du champ magnétique ?

1. Champ magnétique créé au voisinage d’un fil rectiligne
a. Spectre magnétique
Plaçons un peu de limaille de fer sur une plaque en plexiglas posée perpendiculairement à un fil électrique rectiligne.
Lorsqu'aucun courant ne circule dans le fil, la limaille ne prend pas de direction particulière.
Lorsqu’un courant circule dans le fil, la limaille s’aimante et se dispose en lignes fermées, appelées lignes de champ.



Spectre magnétique d'une tige rectiligne

Les lignes de champ sont des cercles concentriques.
Les propriétés magnétiques de l’espace qui se trouve au voisinage d’un fil électrique parcouru par un courant sont modifiées.
b. Orientation du champ magnétique
Plaçons une boussole sur la plaque de plexiglas. Celle-ci nous permet de connaître le sens du vecteur champ magnétique.



Orientation des lignes de champ magnétique

Le vecteur champ magnétique est contenu dans un plan perpendiculaire au fil.
Les boussoles nous indiquent que le sens du champ magnétique est déterminé par le sens du courant qui traverse le fil rectiligne.


Le sens du champ magnétique peut être déterminé, sans boussole, par la règle de la main droite.
Si le courant est orienté pour sortir du pouce, le vecteur champ magnétique est dirigé de la paume de la main vers le bout des doigts.

c. Valeur du champ magnétique
La valeur du champ magnétique est mesurée à l’aide d’un teslamètre.
A intensité constante, la valeur du champ magnétique est d’autant plus faible que l’on est loin du fil électrique.
A une distance donnée du fil, la valeur du champ magnétique est d’autant plus élevée que l’intensité du courant qui traverse le fil est élevée.

2. Champ magnétique créé au voisinage d’une bobine

Illustration animée : Création d'un champ magnétique au voisinage d'une bobine.



Utilisation de l'animation :

1. Faire varier l'intensité du courant en déplaçant le curseur. Qu'observe-t-on ?
Lorsqu'un courant circule dans la bobine, les propriétés magnétiques de l’espace qui se trouve au voisinage de la bobine sont modifiées : l'aiguille aimantée est déviée.

2. Observer le sens du courant et le comportement de l'aiguille aimantée. Que peut-on dire ?
On sait que l'aiguille aimantée nous permet de connaître le sens du vecteur champ magnétique. Lorsque le sens du courant change, le sens du vecteur magnétique change : on peut donc dire que le sens du champ magnétique est déterminé par le sens du courant qui traverse la bobine.
La déviation de l'aiguille est proportionnelle à l'intensité du courant.

a. Spectre magnétique
Un solénoïde est un bobinage de fil conducteur caractérisé par sa longueur L, son diamètre D, et par le nombre de spires N qui le constitue.
Plaçons un peu de limaille de fer sur une plaque en plexiglas posée perpendiculairement à l’axe d’un solénoïde.
Lorsqu'aucun courant ne circule dans le fil, la limaille ne prend pas de direction particulière.
Lorsqu’un courant circule dans le solénoïde, la limaille s’aimante et on observe les lignes de champ.


Les lignes de champ se referment à l’extérieur du solénoïde.
A l’intérieur du solénoïde, les lignes de champ sont parallèles à l’axe de ce dernier.

b. Orientation du champ magnétique
Plaçons une boussole sur la plaque de plexiglas. Celle-ci nous permet de connaître le sens du vecteur champ magnétique.


Les boussoles nous indiquent que le sens du champ magnétique est déterminé par le sens du courant qui traverse le solénoïde.
Ce sens peut être déterminé, sans boussole, par la règle de la main droite.
Si le courant est dirigé de la paume de la main vers le bout des doigts, le vecteur champ magnétique est orienté pour sortir du pouce.
D’autres moyens permettent de déterminer le sens du champ magnétique, et par conséquent la polarité du solénoïde (règle du bonhomme d’ampère et détermination du pôle nord ou sud avec le sens du courant).

c. Valeur du champ magnétique
La valeur du champ magnétique est mesurée à l’aide d’un teslamètre.
A l’intérieur du solénoïde, la valeur du champ magnétique est constante. On dit que le champ est uniforme.


Le champ magnétique créé au centre d’un solénoïde est de l’ordre de quelques milliteslas.
A l’extérieur du solénoïde, la valeur du champ magnétique est encore beaucoup plus faible.

L’essentiel

Au voisinage d’un fil conducteur parcouru par un courant électrique, les propriétés magnétiques de l’espace sont modifiées.
Le champ magnétique créé par un fil rectiligne ou une bobine dépend de l’intensité du courant électrique, de son sens, et des caractéristiques du conducteur.
Le sens du champ magnétique est déterminé à l’aide de la règle de la main droite.

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