EXPÉRIENCE DE FARADAY

Explication du phénomène

L’action d’un courant électrique sur une aiguille magnétique se décrit par la règle de la main droite (ou règle du bonhomme d’Ampère) : si un courant électrique circule dans la direction donnée par le pouce, il crée un champ magnétique qui « tourne » autour du fil conducteur, dans le sens donné par les autres doigts de la main que l'on replie autour du fil. L’aiguille, dans ce champ magnétique, vient s’aligner selon la direction définie par le champ : elle constitue alors ce qu’on appelle un moment magnétique.

Dans le montage de Faraday, le courant électrique circule entre la base de la coupe, en cuivre, et le fil descendant du pilier. Le mercure, métal à l’état liquide dans les conditions usuelles et excellent conducteur, permet de maintenir la continuité du courant entre ces deux éléments, ce qui crée un champ magnétique. Dans la coupe de gauche, l’extrémité supérieure de l’aimant, qui est un pôle magnétique, est mobile. Soumis à un champ magnétique, ce pôle se met en mouvement autour du fil. Pour la coupe de droite, l’aimant étant fixé, c’est le fil qui tourne : cela est justifié par la troisième loi de Newton, énoncée en 1687 et qui postule que « les actions que deux corps exercent l’un sur l’autre sont toujours égales et de sens contraire ». En plus d’assurer la conductivité, le mercure a ici une autre fonction : en raison de sa grande densité, il exerce sur le fil descendant une poussée d’Archimède qui compense le poids et lui permet de tourner plus facilement.

Par cette expérience, Faraday montre la nécessité de l’aimant et infirme l’hypothèse d’autres scientifiques (notamment William Wollaston) selon laquelle le fil seul pourrait tourner autour de son axe. Notons que la rotation du fil dans la coupe de droite peut également être décrite de façon totalement équivalente en utilisant la force de Laplace, force que subit un conducteur (parcouru par un courant) lorsqu’il est plongé dans un champ magnétique.