ÉLECTRICITÉ Lois et applications
La magnétostatique, le magnétisme
Les lois fondamentales
Si une charge est au repos, elle crée dans l'espace la perturbation vectorielle champ électrostatique E, mais si elle est animée d'une vitesse constante, elle crée une perturbation supplémentaire : le vecteur champ magnétique B. Ainsi, un conducteur parcouru par un courant, produit un champ magnétique dû au mouvement des porteurs de charges, mais le champ électrique est nul puisque le conducteur est globalement neutre.
On peut mettre en évidence l'existence de ce champ car il modifie la direction d'une aiguille aimantée, c'est l'expérience d'Œrsted. La loi de Biot et Savart permet de connaître la valeur de ce champ en un point distant d'un conducteur parcouru par un courant d'intensité i. La norme du champ est proportionnelle à cette intensité, sa direction dépend de la forme et de la position du circuit.
Lois fondamentales
Encyclopædia Universalis France
Un autre conducteur parcouru par un courant d'intensité I placé dans le champ magnétique créé par le courant i (champ magnétique B) est soumis à une force, la force magnétique F. La loi de Laplace permet de calculer cette force :
Déplacement électronique autour du noyau
Encyclopædia Universalis France
La loi de Biot et Savart montre qu'un courant est une source de champ magnétique. La connaissance de la structure de la matière permet d'expliquer le magnétisme. En effet, la description atomique indique que les électrons gravitent autour des noyaux. Ce déplacement de charges étant équivalent à un « courant », il crée un champ magnétique (fig. 3). Cependant, à l'échelle macroscopique, le champ magnétique moyen créé est généralement nul.
Lorsqu'un champ magnétique extérieur oriente les divers courants équivalents aux déplacements des électrons, la matière s'aimante ; elle produit un champ magnétique non nul et peut être soumise à une force magnétique. Le matériau aimanté se comporte comme une spire parcourue par un courant.
Les phénomènes sont qualitativement et quantitativement très différents suivant les corps envisagés. Ainsi, pour les corps diamagnétiques cet effet est quasi nul ; il est plus important pour les corps paramagnétiques mais devient très intense pour les corps ferromagnétiques tels le fer, les aciers et les alliages contenant du chrome ou du nickel. Lorsqu'un corps ferromagnétique est placé dans un champ magnétique extérieur créé par exemple par un courant, il s'aimante et le champ magnétique est fortement augmenté ; il est multiplié par la perméabilité magnétique μr, nombre pouvant atteindre 1 000.
Certains matériaux ferromagnétiques conservent leur aimantation lorsqu'on supprime le champ excitateur (effet d'hystérésis). Ils constituent les aimants permanents : ils produisent un champ magnétique et exercent entre eux des forces d'attraction ou de répulsion analogues aux effets que produiraient leurs courants équivalents.
Les ordres de grandeur, les applications
Les champs magnétiques s'expriment en teslas (T). On peut donner quelques ordres de grandeurs : la composante horizontale du champ magnétique terrestre à la latitude 450 est de 2 × 10—5 T ; le champ magnétique au centre d'une spire de 1 cm de rayon et parcourue par un courant de 1 A est de 6,3 × 10—5 T ; le champ d'une bobine d'un petit électroaimant est de l'ordre de 0,1 à 0,5 T ; enfin, le champ magnétique produit dans les gros électroaimants des accélérateurs de particules est supérieur à 1 T.
Dans les applications de l'électrotechnique utilisant les effets du champ magnétique il est nécessaire d'avoir des champs intenses. La présence d'un corps ferromagnétique est donc indispensable. On réalise ainsi des « circuits magnétiques » où des spires de courant (courant excitateur) créent le champ qui agit sur le matériau dont[...]
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Écrit par
- Jean-Marie DONNINI : agrégé de physique, maître de conférences
- Lucien QUARANTA : maître de conférences
Classification
Médias
Principaux phénomènes électriques et lois fondamentales qui les régissent
Encyclopædia Universalis France
La fée électricité
Encyclopædia Universalis France
Création d'un champ électrique
Encyclopædia Universalis France
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