Source de champ magnétique, ligne de champ - Maxicours

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Source de champ magnétique, ligne de champ

Objectif
Certains corps comme les aimants créent « dans leur voisinage » un champ magnétique. D'autres objets, ou systèmes, produisent aussi un champ magnétique.
Quelles sont les caractéristiques de ce champ magnétique ?
1. Le champ magnétique
a. Existence
Des aiguilles aimantées, comme celles des boussoles, placées au voisinage d'un « aimant droit », prennent des orientations différentes. L'aimant crée un champ magnétique qui influence la position des aiguilles.

 Doc. 1. Positions des aiguilles d'une boussole
au voisinage d'un aimant droit.

b. Propriétés

Le champ magnétique est caractérisé par les propriétés suivantes :
– il s'exerce en tout point dans le voisinage de sa source ;
– sa direction est celle d'une aiguille aimantée ;
– son sens va du pôle Sud vers le pôle Nord ;
– il se mesure en tesla (symbole : T).

Exemples : si le champ magnétique est créé par un aimant permanent, il vaut entre 0,001 T et 0,1 T. S'il est créé par un électroaimant, il vaut quelques teslas. Celui créé par les taches solaires est égal à 10 T.

c. Ligne de champ magnétique
Lorsque de la poudre de fer est placée près d'un aimant, les grains de fer de la poudre se disposent suivant des lignes précises, les lignes de champ magnétique.
Doc. 2. Disposition des grains de fer selon les lignes
de champ magnétique d'un aimant droit et d'un aimant en U.
Remarque : la disposition de la poudre de fer donne le spectre magnétique de l'aimant.

Les aiguilles aimantées, placées à proximité de l'aimant, sont tangentes à ces lignes de champ magnétique. Le champ magnétique créé par l'aimant, en chaque point de l'espace entourant l'aimant, est tangent aux lignes de champ.

Remarque : les lignes de champ se referment sur elles-mêmes.

Doc. 3. Schématisation des lignes de champ
magnétique d'un aimant droit.

2. Sources de champ magnétique
a. Les aimants
Un aimant est un corps qui attire le fer. Des matériaux comme le fer, le cobalt, le nickel et les oxydes de fer constituent les aimants. Une aiguille de boussole est un aimant. L'oxyde de fer magnétique (Fe3O4) est le constituant le plus répandu.

Remarques : un aimant droit ou en « U »  comporte deux pôles appelés pôle Nord et pôle Sud. Certains aimants comme les aimants « circulaires » comportent plusieurs pôles Nord et Sud.

b. Fil rectiligne
Un fil rectiligne parcouru par un courant est une source de champ magnétique. L'orientation de grains de fer placés dans un plan perpendiculaire au fil électrique le montre. Plus l'intensité du courant électrique est grande, plus le champ créé est important.
Doc. 4. Lignes de champ magnétique d'un fil rectiligne
parcouru par un courant.

Remarque : les lignes de champ sont circulaires.
c. Solénoïde
Un solénoïde est un enroulement cylindrique de fil électrique. Il est formé de plusieurs spires jointives ou non.
Doc. 5. Un solénoïde.

Il devient une source de champ magnétique, lorsqu'il est parcouru par un courant.


Doc. 6. Lignes de champ créées par un solénoïde.

3. Le champ magnétique terrestre
La Terre crée un champ magnétique appelé champ magnétique terrestre ou champ géomagnétique.

La Terre se comporte comme un aimant droit avec un pôle Nord et un pôle Sud magnétiques. Ces pôles sont différents des pôles Sud et Nord géographiques.

Ce champ magnétique dévie les particules émises par le Soleil (vent solaire). Ce phénomène est à l'origine des aurores boréales (au pôle Nord) et australes (au pôle Sud).

Le champ magnétique terrestre vaut environ 5.10-5 T (tesla) à Paris.


Doc. 7. Le champ magnétique terrestre.

Remarque : le champ magnétique terrestre permet de s'orienter, grâce à l'utilisation de la boussole.
L'essentiel

Un champ magnétique crée une perturbation en tout point de l'espace situé dans la proximité de sa source. L'orientation des aiguilles aimantées, la disposition de la poudre de fer... sont des exemples de l'effet du champ magnétique.

Les lignes de champ sont des lignes tangentes au champ magnétique.

Caractéristiques du champ magnétique :
– il s'exerce en tout point dans le voisinage de sa source ;
– sa direction est celle d'une aiguille aimantée ;
– son sens va du pôle Sud vers le pôle Nord ;
– il se mesure en tesla (symbole : T).

Les sources de champ magnétique peuvent être : des aimants, un fil conducteur parcouru par un courant électrique, une bobine ou un solénoïde parcouru par un courant électrique, la Terre...

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