11 : Forces et champs magnétiques
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Au cours des derniers chapitres, nous avons étudié les forces et les champs électrostatiques provoqués par des charges électriques au repos. Ces champs électriques peuvent déplacer d'autres charges libres, comme la production d'un courant dans un circuit ; cependant, les forces et les champs électrostatiques eux-mêmes proviennent d'autres charges statiques. Dans ce chapitre, nous voyons que lorsqu'une charge électrique se déplace, elle génère d'autres forces et champs. Ces forces et champs supplémentaires sont ce que nous appelons communément le magnétisme.
- 11.1 : Prélude aux forces et aux champs magnétiques
- Avant d'examiner les origines du magnétisme, nous décrivons d'abord ce qu'il est et comment se comportent les champs magnétiques. Une fois que nous serons plus familiers avec les effets magnétiques, nous pourrons expliquer comment ils découlent du comportement des atomes et des molécules, et comment le magnétisme est lié à l'électricité. Le lien entre l'électricité et le magnétisme est fascinant d'un point de vue théorique, mais il est également extrêmement pratique, comme le montre un électroaimant industriel capable de soulever des milliers de livres de métal.
- 11.2 : Le magnétisme et ses découvertes historiques
- Le magnétisme est connu depuis l'époque des anciens Grecs, mais il a toujours été un peu mystérieux. Vous pouvez voir de l'électricité dans l'éclair d'un éclair, mais lorsqu'une aiguille de boussole pointe vers le nord magnétique, vous ne pouvez voir aucune force la faisant tourner. Les gens ont découvert les propriétés magnétiques progressivement, pendant de nombreuses années, avant que plusieurs physiciens du XIXe siècle n'associent le magnétisme à l'électricité.
- 11.3 : Champs et lignes magnétiques
- Même s'il n'existe pas de charges magnétiques isolées, nous pouvons tout de même définir l'attraction et la répulsion des aimants comme étant basées sur un champ. Dans cette section, nous définissons le champ magnétique, déterminons sa direction en fonction de la règle de la main droite et expliquons comment tracer des lignes de champ magnétique.
- 11.4 : Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique
- Une particule chargée subit une force lorsqu'elle se déplace dans un champ magnétique. Que se passe-t-il si ce champ est uniforme pendant le mouvement de la particule chargée ? Quelle est la trajectoire de la particule ? Dans cette section, nous discutons du mouvement circulaire de la particule chargée ainsi que d'autres mouvements résultant de l'entrée d'une particule chargée dans un champ magnétique.
- 11.5 : Force magnétique sur un conducteur porteur de courant
- Les charges mobiles subissent une force dans un champ magnétique. Si ces charges mobiles se trouvent dans un fil, c'est-à-dire si le fil transporte un courant, le fil doit également subir une force. Cependant, avant de discuter de la force exercée sur un courant par un champ magnétique, nous examinons d'abord le champ magnétique généré par un courant électrique. Nous étudions ici deux effets distincts qui interagissent étroitement : un fil porteur de courant génère un champ magnétique et le champ magnétique exerce une force sur le fil.
- 11.6 : Force et couple sur une boucle de courant
- Les moteurs sont l'application la plus courante de la force magnétique sur les fils porteurs de courant. Les moteurs contiennent des boucles de fil dans un champ magnétique. Lorsque le courant traverse les boucles, le champ magnétique exerce un couple sur les boucles, ce qui fait tourner un arbre. L'énergie électrique est convertie en travail mécanique au cours du processus.
- 11.7 : L'effet Hall
- E.H. Hall a conçu une expérience qui peut être utilisée pour identifier le signe des porteurs de charge prédominants dans un matériau conducteur. D'un point de vue historique, cette expérience a été la première à démontrer que les porteurs de charge de la plupart des métaux sont négatifs.
- 11.8 : Applications des forces et des champs magnétiques
- La capacité de manipuler et de trier des particules chargées permet d'effectuer des expériences plus approfondies pour comprendre de quoi est faite la matière. Nous examinons d'abord un spectromètre de masse pour voir comment séparer les ions en fonction de leur rapport charge/masse. Nous discutons ensuite des cyclotrons en tant que méthode pour accélérer les charges à de très hautes énergies.