Les phénomènes magnétiques (Notes STE p.103| Notes ST p.57)
Le magnétisme est l’ensemble des phénomènes provoqués par un aimant.
Il existe seulement trois éléments qui peuvent agir comme des aimants: Fer, Cobal et Nickel
Embedded Files
Les aimants
Dans une substance magnétique, il y a de minuscules régions, appelées « domaines ». Ces domaines sont des zones où la rotation des électrons sur eux-mêmes est orientée dans la même direction. Lorsque tous les domaines sont alignés, les petits champs magnétiques créés par la rotation des électrons s'additionnent et génère un champ magnétique à travers tout l'objet, faisant de lui un aimant.
Lorsque les domaines sont placés aléatoirement, la substance n’est pas magnétisée. Plus les domaines sont alignés, plus l’aimant sera fort!
L’image suivante montre les domaines magnétiques d’un objet ordinaire ( domaines non-alignés) à gauche et les domaines magnétiques d’un aimant ( domaines alignés) à droite.
Tous les aimants sont constitués d’un pôle nord ET d’un pôle sud.
Par convention, le pôle nord d’un aimant correspond à la partie de l’aimant qui s’oriente vers le pôle nord géographique de la Terre et l’autre extrémité, le pôle sud.
Les aimants interagissent entre eux, engendrant de la répulsion ou de l'attraction.
Les pôles opposés s'attirent
Les pôles identiques se repoussent
Une boussole, ce n'est rien d'autre qu'un aimant très léger et mobile qui ne subit que peu de forces de frottement, ce qui lui permet de s'aligner sur le champ magnétique terrestre.
Ainsi, comme les opposés s'attirent, le pôle nord de la boussole s'oriente vers le pôle sud de l'aimant généré par la Terre, ce que nous qualifions de pôle nord magnétique.
Les champs magnétiques
Tout comme l’électricité, le magnétisme est une force qui peut agir à distance.
Un champ magnétique est la région de l'espace où l'on peut appliquer ou subir une force magnétique.
On représente un champ magnétique à l’aide de lignes. Par convention, la direction des lignes de champ magnétique correspond à la direction que prendrait le pôle nord d’un aimant.
Champ magnétique autour d'un aimant en forme de U
Champ magnétique autour d'un aimant droit seul
Champ magnétique autour de deux aimants se repoussant
Champ magnétique autour de deux aimants s'attirant
On peut prédire la position de l'aiguille d'une boussole autour d'un aimant droit!
Position de l’aiguille d’une boussole autour d’un aimant droit
La magnétisation de la matière
Il existe un seul aimant naturel: la magnétite. Il est cependant possible, comme vu précédemment, de produire des aimants artificiels à partir de substance contenant du Ni, Fe et Co. Il suffit de soumettre ces substances à un champ magnétique afin d’aligner leurs domaines.
On appelle les substances qui peuvent devenir des substances magnétiques des substances ferromagnétiques.
L’électromagnétisme
Il existe un lien entre l’électricité et le magnétisme.
Les charges électriques en mouvement produisent un champ magnétique. Un courant électrique va donc produire un champ magnétique!
Lorsqu'il n'y a pas de courant dans le fil conducteur, la boussole indiquera le pôle nord de la Terre.
Lorsqu'il y a un courant qui traverse le fil condcuteur, la boussole indiquera le sens de rotation du champ magétique autour du fil.
Le champ magnétique autour d’un fil parcouru par un courant
Le champ magnétique autour d’un fil électrique forme un cercle autour du fil et leur direction dépend de la direction du courant électrique. Voici la première règle de la main droite :
Placer le pouce de votre main droite dans la même direction que le courant électrique. (C'est-à-dire le sens conventionnel du courant → + vers le -)
Le sens d’enroulement de vos doigts autour du fil est le sens des lignes du champ magnétique, c'est-à-dire le sens de rotation du champ magnétique autour du fil.
Le courant se déplace du positif vers le négatif, il se déplace donc vers le bas dans cette situation. (La flèche avec un "I" indique le déplacement du courant.)
Le pouce de la main droite doit donc être positionné vers le vers bas.
En fermant les doigts sur le fil, on remarque que les doigts s'enroulent dans le sens horaire.
La flèche avec un "I" indique directement le sens du courant. Il se déplace ici vers la gauche.
Le pouce de la main droite doit donc être positionné vers la gauche.
En fermant les doigts sur le fil, on remarque que les doigts s'enroulent dans le sens horaire.
Le courant se déplace du positif vers le négatif, il se déplace donc vers le bas dans cette situation. (La flèche avec un "I" indique le déplacement du courant.)
Le pouce de la main droite doit donc être positionné vers le vers bas.
En fermant les doigts sur le fil, on remarque que les doigts s'enroulent dans le sens horaire.
Le pôle nord des boussoles suit les lignes de champ du champ magnétique en rotation.
Le champ magnétique autour d’un solénoïde (STE)
Il existe un moyen d’intensifier le champ magnétique autour d’un fil parcouru par un courant électrique. Il s’agit d’enrouler le fil en plusieurs boucles de façon régulière. Cet agencement de fil s’appelle un solénoïde.
Le solénoïde a la particularité de se comporter comme un aimant droit, c'est-à-dire qu'il a un pôle sud et un pôle nord.
Afin de déterminer la direction du champ magnétique, la deuxième règle de la main droite s’applique.
Enroulez vos doigts de la main droite dans le même sens que le courant qui parcourt le fil. (Sens conventionnel du courant → + vers le -)
La direction de votre pouce donne le pôle nord du solénoïde.
Le courant (flèche verte) arrive par la borne positive pour se diriger vers la borne négative.
En regardant le parcours du courant, on remarque qu'il passe par l'arrière du solénoïde, il passe par-dessus celui-ci pour revenir à l'avant pour ensuite glisser en-dessous.
En imitant ce mouvement à l'aide des doigts de la main droite, le pouce se retrouve à droite. Le pôle nord du solénoïde est donc à droite.
Le courant (flèche verte) arrive par la borne positive pour se diriger vers la borne négative.
En regardant le parcours du courant, on remarque qu'il passe par l'avant du solénoïde, il passe ensuite par-dessus celui-ci pour finalement glisser en-dessous en passant par l'arrière
En imitant ce mouvement à l'aide des doigts de la main droite, le pouce se retrouve à gauche. Le pôle nord du solénoïde est donc à gauche.
ATTENTION! Le pôle nord d'un solénoïde n'est pas toujours situé du côté de la borne positive car il faut prendre également en considération le sens d'enroulement du fil!
Il existe 3 avantages au champ magnétique d’un solénoïde par rapport à celui d’un aimant :
Le champ magnétique d’un solénoïde peut être contrôlé (allumé ou éteint) en fermant ou ouvrant le circuit.
On peut modifier la direction du champ magnétique d’un solénoïde en inversant le sens du courant.
On peut modifier l’intensité du champ magnétique d’un solénoïde en modifiant l'intensité du courant électrique.
Tous ces avantages font en sorte que les solénoïdes sont beaucoup plus utilisés que des aimants dans les applications technologiques actuelles.
Les électroaimants
Les électroaimants sont des objets avec des propriétés magnétiques, mais que l’on peut contrôler. Ils sont faits d’un solénoïde, dans lequel un courant électrique peut circuler et d’un noyau d’une substance ferromagnétique. Le résultat est un aimant ultra-puissant que l’on peut contrôler (allumer, éteindre, augmenter ou diminuer la puissance, ...) à volonté.
Page updated
Report abuse