12 : Sources de champs magnétiques
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Dans ce chapitre, nous examinons comment les champs magnétiques sont créés par des distributions arbitraires de courant électrique, à l'aide de la loi de Biot-Savart. Nous examinons ensuite comment les fils porteurs de courant créent des champs magnétiques et déduisons les forces qui se produisent entre deux fils porteurs de courant en raison de ces champs magnétiques. Nous étudions également les couples produits par les champs magnétiques des boucles de courant. Nous généralisons ensuite ces résultats à une importante loi de l'électromagnétisme, appelée loi d'Ampère.
- 12.1 : Prélude aux sources de champs magnétiques
- Dans le chapitre précédent, nous avons vu qu'une particule chargée en mouvement produit un champ magnétique. Cette connexion entre l'électricité et le magnétisme est exploitée dans des dispositifs électromagnétiques, tels que le disque dur d'un ordinateur. En fait, c'est le principe sous-jacent à la plupart des technologies de la société moderne, y compris les téléphones, la télévision, les ordinateurs et Internet.
- 12.2 : La loi Biot-Savart
- Nous avons vu que la masse produit un champ gravitationnel et interagit également avec ce champ. La charge produit un champ électrique et interagit également avec ce champ. Puisque la charge mobile (c'est-à-dire le courant) interagit avec un champ magnétique, on peut s'attendre à ce qu'elle crée également ce champ, et c'est le cas.
- 12.3 : Champ magnétique dû à un fil droit fin
- Comment la forme des fils transportant le courant affecte-t-elle la forme du champ magnétique créé ? Nous savons qu'une boucle de courant a créé un champ magnétique similaire à celui d'un barreau magnétique, mais qu'en est-il d'un fil droit ? Nous pouvons utiliser la loi de Biot-Savart pour répondre à toutes ces questions, y compris pour déterminer le champ magnétique d'un long fil droit.
- 12.4 : Force magnétique entre deux courants parallèles
- On peut s'attendre à ce que deux fils porteurs de courant génèrent des forces importantes entre eux, car les courants ordinaires produisent des champs magnétiques et ces champs exercent des forces importantes sur les courants ordinaires. Mais vous ne vous attendez peut-être pas à ce que la force entre les fils soit utilisée pour définir l'ampère. Vous serez peut-être également surpris d'apprendre que cette force est liée à la raison pour laquelle les grands disjoncteurs brûlent lorsqu'ils tentent d'interrompre de forts courants.
- 12.5 : Champ magnétique d'une boucle de courant
- Nous pouvons utiliser la loi de Biot-Savart pour déterminer le champ magnétique dû à un courant. Nous considérons d'abord des segments arbitraires situés sur les côtés opposés de la boucle pour montrer qualitativement par les résultats vectoriels que la direction du champ magnétique net se situe le long de l'axe central à partir de la boucle. À partir de là, nous pouvons utiliser la loi de Biot-Savart pour dériver l'expression du champ magnétique.
- 12.6 : Loi d'Ampère
- L'une des propriétés fondamentales d'un champ magnétique statique est que, contrairement à un champ électrostatique, il n'est pas conservateur. Un champ conservateur est un champ qui effectue la même quantité de travail sur une particule se déplaçant entre deux points différents, quelle que soit la trajectoire choisie. Les champs magnétiques n'ont pas une telle propriété. Il existe plutôt une relation entre le champ magnétique et sa source, le courant électrique. Elle est exprimée en termes de droite intégrale B et est connue sous le nom de loi d'Ampère.
- 12.7 : Solénoïdes et toroïdes
- Deux des dispositifs électromagnétiques les plus courants et les plus utiles sont appelés solénoïdes et toroïdes. Sous une forme ou une autre, ils font partie de nombreux instruments, grands et petits. Dans cette section, nous examinons le champ magnétique typique de ces appareils.
- 12.8 : Magnétisme dans la matière
- Pourquoi certains matériaux sont-ils magnétiques et d'autres non ? Et pourquoi certaines substances sont-elles magnétisées par un champ alors que d'autres ne le sont pas ? Pour répondre à ces questions, nous avons besoin de comprendre le magnétisme à un niveau microscopique. Au sein d'un atome, chaque électron se déplace sur une orbite et tourne sur un axe interne. Les deux types de mouvement produisent des boucles de courant et donc des dipôles magnétiques. Pour un atome donné, le moment dipolaire magnétique net est la somme vectorielle des moments dipolaires magnétiques.