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Le magnétisme
Le magnétisme ne se voit pas, et n'a pas d'odeur.
Il y a 2 sortes de 'charges' magnétiques, un pôle nord et un pôle sud.
Le terme charge magnétique et remplacé par la polarité magnétique.
Un pôle nord et un pôle sud s'attirent mutuellement l'une vers l'autre avec une certaine force.
Des mêmes polarités se repoussent l'une de l'autre avec une certaine force.
Un aimant permanent possède sur un même barreau un pôle Nord sur l'une des extrémités et un pôle Sud sur l'autre extrémité.
On n'arrive pas, à séparer le pôle Nord et de son pôle Sud, jusqu'à aujourd'hui en 2020.
Si on coupe un aimant en 2 parties, on obtient alors 2 aimants.
Le neutrino pourrait-il modifier la donne ?
Supposons que des monos pôles existent.
Alors cette formule nous donne une idée qui est fausse,
mais, qui nous montre que l'attraction et la répulsion ressemblent un peu à la loi de Coulomb.
Le problème est qu'un aimant à 2 pôles et il faut en tenir compte.
Les lignes du champ magnétique peuvent être vues avec de la limaille de fer.
Tout comme le champ électrique, les lignes du champ magnétique ne peuvent pas être visibles, elles nous renseignent
en gros, comment elles passent.
Plus les limailles de fer sont fines, plus il y aura de lignes de champ magnétique visibles.
Les lignes de champ magnétique dépendent de l’épaisseur des mini-dipôles magnétiques (limailles de fer).
Le vecteur du champ magnétique est tangent en tout point d'une ligne de champ.
Les lignes d'un champ magnétique ne se coupent jamais.
Les lignes d'un champ magnétique forment des boucles qui sont toujours refermées.
Un aimant est un dipôle magnétique.
En tout point infinitésimal de l'espace, il ne passe qu'une seule ligne de champ.
2 lignes de champ ne se coupent jamais.
On dira que le champ magnétique du pôle Nord va vers le champ magnétique du pôle Sud
à l’extérieur de l'aimant, c'est une convention prise.
On dira que le champ magnétique du pôle Sud va vers le champ magnétique du pôle Nord
à l’intérieur de l'aimant.
L'utilisation d'aimants se fait à température de -15°C à 50°C, afin de ne pas perdre de leur force magnétique.
Ils ne peuvent pas être soumis à de forts champs magnétiques externes.
Avec l'influence magnétisante d'un aimant, on peut créer un autre aimant moins puissant tout de même.
Un courant électrique peut aussi créer un champ magnétique.
On peut faire un aimant avec du courant électrique.
Les champs magnétiques sont liés au courant consommé (ampères).
Tous les aimants d'une même taille n'ont pas tous la même force magnétique.
On colle un morceau de bois à l'aimant, puis on pose l'aimant sur une table en acier recouvert d'une fine planche de bois sec de 0.5 mm et
ensuite, on mesure la force d’adhérence de cet aimant. La fine planche de bois, c'est pour éviter que la pression atmosphérique fausse la mesure.
Bien entendu, pour comparer les forces des aimants, il faut le faire dans les mêmes conditions.
La même table, le même morceau de bois et le même système de mesure.
À 1000°C, un aimant perd complètement son magnétisme, même quand il refroidit.
En un point minuscule de l'espace extérieur de l'aimant, on mesure l'importance du champ magnétique en ce point minuscule en Teslas.
Le plus gros aimant permanent à 20°C pèse 130 tonnes et peut fournir un champ magnétique de 20 teslas.
Pour faire mieux, il faut des supraconducteurs à des températures très basses, proche du 0°k.
Sur la terre, il sera difficile de dépasser les 500 teslas.
Le Mu-métal n'est pas un aimant, car il perd sa rémanence quand il ne subit plus le champ magnétique externe, c'est donc un fer doux.
Bien sûr, un aimant colle sur du Mu-métal.
Dans les oscilloscopes à tube cathodique, on trouve aux alentours du tube cathodique une enveloppe en Mu-métal.
Posez un aimant dessus, vous allez voir qu'il y colle bien dessus!
Un fer doux conduit bien le champ magnétisant, il n'est pas fait pour faire un aimant permanent, car il perd facilement son aimantation.
On l'utilise pour faire des transformateurs électriques en courant alternatifs ou des électroaimants.
Un paramagnétique n’a donc plus d’aimantation ou vraiment très peu d’aimantation permanente.
L’aluminium (Al), le manganèse (Mn) et le platine (Pt) sont des matériaux paramagnétiques.
Le diamagnétique phénomène quantique
Tous les atomes ont un léger magnétisme, car ils ont des électrons qui circulent et
cette circulation forme un champ magnétique,de même pour les protons dans le noyau d’un atome.
Un diamagnétique s’oppose toujours à un champ magnétique externe.
Le fer dur est utilisé pour faire des aimants permanents.
Les aimants permanents peuvent attirer du fer, du cobalt et aussi du nickel.
Attention, ne pas démonter le rotor d'un moteur à courant continu dont le stator est composé de 2 aimants permanents.
Car l'entrefer devient trop grand et les aimants permanents perdent beaucoup de leur force.
Le moteur aura beaucoup moins de puissance, même après l'avoir remonté.
On mesure le champ magnétique avec une bobine, (une self).
Le courant électrique
Il a comme unité 1 A (un Ampère)
C'est un mouvement d'ensemble de porteurs de charges électriques dans un matériau qui s'appelle un conducteur électrique.
Dans un point d'un conducteur (Cu), 1 A = la charge électrique de 1 Coulomb qui circule pendant 1 sec en ce point.
En ce point toutes les secondes, il passera une charge électrique de 1 coulomb dans le même sens.
Les charges électriques de même polarité se repoussent, d'une extrémité du conducteur à l'autre extrémité.
La vitesse d'influence dans un conducteur est juste un peu moins rapide que celle de la lumière. De l'ordre de 190 000 km/s.
Quand on dit que ce sont les électrons qui se déplacent dans un conducteur électrique, en réalité, c'est bien plus complexe que cela.
Le courant va toujours du + vers le - à l'extérieur d'une batterie par exemple. (C'est une sorte de débit de charges électriques).
Pour qu'il y ait un courant qui circule, il faut une différence de potentiel électrique nommée U -> volts.
Cette tension doit être appliquée aux extrémités du conducteur.
Pas de tension → pas de courant électrique.
Tous les conducteurs électriques possèdent une certaine résistance.
Sauf, les supraconducteurs.
Un fil conducteur de longueur infinie,
parcouru par un courant électrique
– Le milieu est de l'air sec. Le champ magnétique de la terre n'est pas pris en compte.
– Le champ magnétique B exprimé en Tesla dépend du courant électrique dans le conducteur.
On dira que le champ magnétique est proportionnel au courant I qui passe dans ce conducteur.
– Plus, on s’écarte du conducteur et plus le champ magnétique s’affaiblit.
On dira que le champ magnétique est inversement proportionnel à son éloignement.
– Le sens du champ magnétique est donné par la loi du tire-bouchon.
– Un point du champ magnétique est représenté par un vecteur tangentiel à
sa ligne de champ.
– Comme ses lignes de champ sont situées sur un même plan
perpendiculaire au conducteur. Le champ magnétique est un champ vectoriel.
On peut aussi faire une somme vectorielle avec plusieurs vecteurs de champs magnétiques.
– Pour savoir le sens du vecteur champ magnétique, on applique la règle du tire-bouchon.
Le tire-bouchon doit suivre le sens du I courant comme, si on le rentrait dans un bouchon de liège pour ouvrir une bouteille de vin.
– La distance ne peut pas être nulle, car on ne peut pas diviser par 0. Pour cela, le diamètre du conducteur
doit très petit par rapport à la distance du rayon r. Et alors, on pourra négliger le diamètre de ce conducteur.
Comme la distance a été divisée par 100, le champ magnétique sera 100 fois plus grand.
Un courant électrique crée un champ magnétique autour de lui.
On peut aimanter un ferromagnétique avec du courant électrique.
Après reste à savoir si son aimantation persiste dans le temps.
S'il perd son magnétisme, on a affaire à du fer doux (paramagnétisme).
Le paramagnétisme possède des domaines magnétiques dans des sens très variés.
Les moments magnétiques internes s’orientent dans le même sens que le champ magnétisant.
S'il garde son magnétisme, on aura affaire à du fer dur.
Aimant permanent
2 conducteurs parallèles parcourus par un même courant
et de même sens s'attirent l'un vers l'autre
Le champ magnétique de la terre n'est pas pris en compte.
Ici, le problème est assez complexe, mais en pratique cela se confirme bien.
Chacun des conducteurs magnétise l'autre conducteur, si leur courant n'est pas nul.
On remarque qu'au milieu des 2 conducteurs sur un même plan perpendiculaire aux conducteurs en gris sur la figure ci-dessus,
les champs magnétiques sont de sens opposé. Les petites boussoles vont donc s'attiraient l'une vers l'autre.
C'est un moyen mémo technique pour retenir que les 2 conducteurs vont s'attirer l'un vers l'autre.
En 1945, on définit 1 ampère comme étant l'intensité d'un courant constant maintenu dans 2 conducteurs parallèles situés dans un même plan,
Les diamètres des conducteurs doivent être négligeables par rapport à d !
Une spire dans l'air parcouru par un courant électrique
Le champ magnétique de la terre n'est pas pris en compte.
-- Chacun des points de la spire conductrice forme son champ magnétique.
-- Le champ magnétique créé par un courant au centre de cette spire
est perpendiculaire à la surface formée par cette spire.
-- Le champ magnétique est d'autant plus élevé que le courant est grand.
-- On a créé un petit aimant magnétique donc, un petit dipôle magnétique grâce au courant électrique.
À gauche de cette spire, on aura un pôle sud et à droite de cette même spire, on aura un pôle nord.
-- La surface de cette spire est un plan de symétrie sud, nord.
-- La grandeur du champ magnétique
au centre du cercle est
R est le rayon de ce cercle.
Et tous les vecteurs champs de cette surface sont parallèles,
mais ils ne sont pas nécessairement tous de même grandeur.
Si en restant toujours sur cette même surface, mais qu'en un de ces points
proches de son centre, à cet endroit la grandeur de son champ magnétique
est un peu plus grande.
Pour augmenter le champ magnétique
-- En augmentant le courant ( I )
-- En augmentant le milieu (µ )
-- En diminuant le rayon ( R )
-- En augmentant le nombre de spires.
Exemples
Une boucle de R = 20 cm, parcourue par un courant de 20 A dans le vide et sens compter
le champ magnétique de la terre.
Au centre de la spire, on a B0 =...?
Au centre de la spire, on a B0 =....
Á 1 cm du bord de la spire, on a B1cm = ...?
Au-delà du bord, le calcul n'est plus tout à fait juste.
La notion de moment magnétique
Tous les aimants et les boucles de courant sont bipolaires avec un pôle nord et un pôle sud, car ils tournent
tous comme une boussole qui cherche le nord.
Le moment magnétique est perpendiculaire aux surfaces polarisées de l'aimant ou de la boucle.
Le moment magnétique va du pôle sud vers le pôle nord à l'intérieur de l'aimant ou de la boucle.
Le pôle nord du moment magnétique veut tourner dans la même direction que le champ magnétisant B.
Le solénoïde de spires jointives
À l'intérieur du solénoïde le champ magnétique est très homogène.
Sauf à ses 2 extrémités.
Un tube de flux d'induction magnétique est un tube où chacune des sections normales
(perpendiculaires) au tube contiennent le même nombre de lignes du champ magnétique.
Tous qui y rentre doivent en ressortir.
À l'intérieur du solénoïde, il y a un tube de flux magnétique ou le champ est quasi homogène,
sauf près des bords et des extrémités. Il y a donc la même surface d'entrée qu'à la sortie.
Le champ magnétique est aussi très homogène dans l'entrefer.
On fait des aimants avec du fer dur et un solénoïde.
Un champ scalaire uniforme
En tout point de l'espace considéré et en tout instant, on retrouve toujours la même valeur,
d'une grandeur physique.
Cela peut être une température ou une pression.
Un champ vectoriel uniforme
En tout point de l'espace considéré et en tout instant, on retrouve toujours le même vecteur.
Cela peut être une vitesse, un champ magnétique ou un champ électrique.
Un vecteur à un point d'application, une direction, un sens et un module (une grandeur).
La divergence en un point p minuscule infinitésimal est nulle,
si toutes les lignes du champ vectoriel qui y entrent en ressortent.
Le rotationnel en un point p minuscule infinitésimal est nul (si le moulin au point p ne tourne pas)
(L'axe du moulin est perpendiculaire au champ au point p)
Pour faire tourner le moulin, il faut des variations par rapport au temps (des dérivées)
Par exemple, une vitesse plus grande au centre par rapport aux bords du champ.
Attention un rotationnel s'est plus compliqué que cela en électromagnétisme.
Dans un champ vectoriel uniforme c'est bien le cas.
La divergence d'un champ magnétique est toujours nulle.
Car toutes ses lignes du champ magnétique sont toujours rebouclées (fermées).
Conclusion, en principe un monopôle magnétique n’existe pas.
Pour le champ électrique à l'extérieur de la charge positive même au point p1,
la divergence du champ électrique est nulle.
Car toutes les lignes du champ électrique qui y rentrent y ressortent.
Le rotationnel en un point p minuscule infinitésimal est nul (le moulin au point p ne tourne pas)
Par contre pour la charge électrique ponctuelle positive qui se trouve
à l'intérieur de ma petite boucle infinitésimale au point p, la divergence est positive.
Rien n'y rentre et tout y sort.
Le rotationnel ne sera pas nul.
Lorsque l'on a 2 vecteurs de champ magnétique, on fait la somme vectorielle
pour les ajouter.
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