Electromagnétisme (1)
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L'électromagnétisme est l'étude des effets magnétiques engendrés par la circulation d'un courant électrique dans un conducteur.
Dans cette étude, vous étudierez:
- les effets magnétiques du courant;
- les polarités d'un solénoïde;
- les applications de base de l'électromagnétisme.
En 1820, Hans Christian Œrsted, un physicien danois, fut le premier à observer la présence d'un champ magnétique autour d'un conducteur parcouru par un courant électrique.
Si l'on place une boussole le long d'un conducteur parcouru par un courant électrique, on observe que l'aiguille s'oriente perpendiculairement au conducteur.
Lorsqu'un courant électrique parcourt un conducteur, il se crée, autour de ce conducteur, un champ magnétique ayant les caractéristiques suivantes :
• le champ magnétique se trouve dans un plan perpendiculaire au courant qui le produit ;
• les lignes de champ magnétique sont symétriques par rapport au centre du conducteur ;
• le champ magnétique agit sur toute la longueur du conducteur ;
• l'intensité magnétique diminue si on s'éloigne du conducteur ;
• le champ magnétique disparaît dès que le courant cesse de circuler dans le conducteur.
La figure suivante représente le champ magnétique produit autour d'un conducteur parcouru par un courant électrique.
Dans cette étude, pour expliquer les théories
associées aux phénomènes de
l'électromagnétisme, nous utiliserons le sens
conventionnel du courant, soit de la borne positive (+) vers la
borne négative (–).
Si l'on inverse le sens du courant dans le conducteur, les lignes de champ changeront de sens de rotation.
La figure suivante montre le sens des lignes magnétiques pour un courant entrant dans un conducteur et un courant sortant d'un conducteur.
On peut aussi appliquer la règle du tire bouchon qui s'énonce comme suit : le sens des lignes de champ est celui dans lequel il faut faire tourner un tire bouchon pour qu'il progresse dans le sens du courant.
Si deux conducteurs parallèles sont parcourus par un
courant, les champs magnétiques créés par chacun
d'eux exercent une force l'un sur l'autre.
Si les deux courants circulent dans le
même sens, on remarque un phénomène
d'attraction comparable à celui de deux aimants
permanents ayant des pôles opposés.
Par contre, si les courants circulent
dans un sens opposé, les conducteurs auront tendance
à se repousser, comme dans le cas d'aimants ayant des
pôles de même nature.
La figure suivante montre le comportement des champs magnétiques
résultants entre deux conducteurs parcourus par des
courants de même sens et de sens opposés.
Un solénoïde est une bobine de fil comportant plus d'une spire. On l'utilise pour augmenter l'intensité d'un champ magnétique.
Le même courant parcourt chacune des spires de fil et crée des champs magnétiques dans la même direction.
La somme des forces magnétiques engendrées par les spires produit un champ magnétique comparable à celui d'un aimant permanent, laissant aux extrémités de la bobine un pôle nord et un pôle sud.
Champ magnétique d'un solénoïde :
Pour augmenter la densité du flux magnétique, on utilise un noyau ferromagnétique sur lequel on monte les bobines de fil. Lorsque la bobine de fil est montée sur un noyau magnétique, le solénoïde se transforme en électro-aimant. La force du champ magnétique d'un électro-aimant dépend de trois facteurs :
• intensité du courant circulant dans la bobine ;
• nombre de spires de la bobine ;
• matériau utilisé pour fabriquer le noyau magnétique.
Pour déterminer la polarité magnétique d'un solénoïde, on utilise une boussole, comme dans le cas d'un aimant permanent. La règle de la main droite permet également de déterminer la polarité de la bobine.
On prend la bobine par la main droite, en plaçant les doigts dans le sens du courant ; le pouce pointe alors vers le pôle nord du solénoïde.
La figure suivante montre l'utilisation de la règle de la main droite pour identifier le pôle nord d'un solénoïde :
La règle du tire-bouchon s'applique également : le sens des lignes de champ est celui dans lequel progresse le tire bouchon que l'on fait tourner dans le sens du courant.
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