Le champ magnétique
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|---|---|
| magnetic field/mæɡˈnetɪk fiːld/ | champ magnétique |
| current/ˈkʌrənt/ | courant |
| permanent magnets/ˈpɜːmənənt ˈmæɡnɪts/ | aimants permanents |
| iron filings/ˈaɪən ˈfaɪlɪŋz/ | limaille de fer |
| field lines/fiːld laɪnz/ | lignes de champ |
| right-hand grip rule/raɪt hænd ɡrɪp ruːl/ | règle de la main droite |
| solenoid/ˈsəʊlənɔɪd/ | solénoïde |
| iron core/ˈaɪən kɔː/ | noyau de fer |
| electromagnets/ɪˌlektrəʊˈmæɡnɪts/ | électroaimants |
Un champ qui ignore tout ce qui est immobile
- Tenez une charge stationnaire à côté d'un aimant puissant et absolument rien ne se passe. Pas de force, pas de poussée, rien.
- Faites bouger cette même charge et elle est soudainement repoussée latéralement, perpendiculairement à la fois à son mouvement et au champ.
- Cette sélectivité est ce qui distingue un champ magnétique d'un champ électrique, et c'est la première chose que l'examinateur vous demande d'énoncer.
- Cette leçon porte sur ce qu'est un champ magnétique 磁场, ce qui en produit un, et les motifs de lignes de champ que vous devez savoir dessiner.
Qu'est-ce qu'un champ magnétique
- Un champ magnétique est une région dans laquelle une force agit sur une charge mobile, un conducteur parcouru par un courant ou un matériau magnétique.
- Le barème exige le mot force et l'un de ces trois objets. « Une région autour d'un aimant » seul ne rapporte aucun point.
- Remarquez ce qui manque : une charge au repos ne ressent aucune force magnétique. Un champ électrique agit sur toute charge ; un champ magnétique est sélectif.
Un champ magnétique est une région où :
Les forces magnétiques agissent uniquement sur des charges mobiles (et des courants) — une charge au repos ne ressent rien.
Un champ magnétique est une région dans laquelle une force agit sur lesquels de ces éléments ? Sélectionnez tous ceux qui s'appliquent.
Une charge stationnaire ne ressent aucune force magnétique, ce qui distingue exactement un champ magnétique d'un champ électrique.
Ce qui en produit un
- Des charges mobiles, ce qui implique en pratique un courant 电流 dans un fil.
- Des aimants permanents 永磁体, où le champ provient de minuscules courants atomiques à l'intérieur du matériau.
- Ce sont les mêmes causes sous-jacentes. Un aimant permanent est aussi une charge mobile, juste à l'échelle atomique.
Les copeaux de fer 铁屑 transforment un champ invisible en quelque chose que l'on peut photographier
Quels de ces éléments produisent un champ magnétique ?
Les charges mobiles et les courants créent des champs magnétiques ; un aimant permanent le fait via des courants atomiques. Une charge immobile ne crée qu'un champ électrique.
Lignes de champ
- À l'extérieur d'un aimant, les lignes de champ 场线 vont de N à S, et de S à N à l'intérieur, formant toujours des boucles fermées.
- Les lignes ne se croisent jamais, et des lignes plus rapprochées signifient un champ plus fort. Chaque ligne porte une flèche.
- Les lignes sont les plus fortes, c'est-à-dire les plus rapprochées, près des ** pôles**.
Boucles fermées, tassées aux pôles
Laboratoire sur le champ magnétique
Passez entre différentes configurations magnétiques pour voir comment les motifs de champ changent.
À l'extérieur d'un aimant, les lignes de champ vont :
Les lignes quittent le pôle N et entrent dans le pôle S à l'extérieur, formant des boucles fermées à travers l'aimant.
Les lignes de champ magnétique ne se croisent jamais.
Si elles se croisaient, le champ pointerait dans deux directions à la fois — impossible. Des lignes plus rapprochées signifient simplement un champ plus fort.
Des lignes de champ tracées plus près les unes des autres signifient un champ ____.
L'espacement des lignes montre l'intensité — des lignes plus rapprochées, un champ plus fort.
Exemple résolu : dessiner le champ d'un fil droit
- Dessinez quatre lignes de champ autour d'un long fil droit parcouru par un courant entrant dans la page.
- Les lignes sont des cercles concentriques centrés sur le fil. C'est la première marque.
- Leur espacement augmente avec la distance, car le champ faiblit en s'éloignant. C'est la deuxième.
- Chaque ligne porte une flèche, et pour un courant entrant dans la page, la direction est horaire, selon la règle de la main droite 右手定则 : pouce aligné sur le courant, doigts s'enroulant dans le sens du champ.
Les motifs à connaître
- Aimant droit : lignes courbes de N à S à l'extérieur, plus rapprochées près des pôles.
- Long fil droit : cercles concentriques, espacement s'élargissant avec la distance.
- Bobine circulaire plate : les boucles des deux côtés se renforcent au centre, donc le champ y est perpendiculaire au plan de la bobine et le plus fort au centre. Vue d'une face, la bobine est un pôle nord, de l'autre un pôle sud.
- Solénoïde long 螺线管 : beaucoup de telles bobines en rangée, donc le champ à l'intérieur est presque uniforme et parallèle à l'axe, comme un aimant droit étiré, et il diminue rapidement à l'extérieur.
Uniforme au milieu, et champ d'un aimant droit aux extrémités
Tracer des lignes de champ autour d'un fil droit figure sur quels points ? Sélectionnez tous ceux qui s'appliquent.
Cercles, espacement croissant, flèches. Pour un courant entrant dans la page, la direction est horaire, selon la règle de préhension de la main droite.
Le noyau de fer
- Insérer un noyau de fer 铁芯, ou tout matériau ferromagnétique, dans un solénoïde augmente considérablement le champ.
- La raison, et c'est la réponse attendue au barème : le noyau devient magnetisé par le champ du solénoïde, et son propre champ s'ajoute à celui du courant.
- C'est pourquoi les électroaimants 电磁铁 et les transformateurs sont construits autour de noyaux de fer plutôt qu'air.
Quel est le champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde long ?
Un solénoïde est une série de bobines, donc le champ à l'intérieur est uniforme comme celui d'un aimant bar étiré, et il décroît rapidement à l'extérieur.
Reliez chaque configuration à la forme de son champ magnétique.
Les quatre méritent d'être dessinés de mémoire, avec des flèches et un espacement montrant où le champ est fort.
Pièges qui font perdre des points
- La définition nécessite le mot force et l'un des éléments suivants : charge mobile, conducteur parcouru par un courant, matériau magnétique. Une charge stationnaire ne ressent rien.
- Les lignes de champ forment des boucles fermées : N à S à l'extérieur, S à N à l'intérieur. Elles ne s'arrêtent jamais simplement.
- Les lignes de champ d'un fil sont des cercles concentriques dont l'espacement s'élargit, et chacune doit porter une flèche.
- Un noyau de fer fonctionne parce qu'il est magnetisé et ajoute son propre champ, et non parce qu'il « concentre » ou « attire » le champ.
Pourquoi une âme en fer augmente-t-elle considérablement le champ d'un solénoïde ?
Les aimants atomiques de l'âme s'alignent et contribuent par leur propre champ. C'est le libellé attendu, et c'est pourquoi les électroaimants et transformateurs utilisent des âmes en fer.
Vous avez compris
- un champ magnétique est une région où une force agit sur une charge mobile, un conducteur parcouru par un courant ou un matériau magnétique ; une charge stationnaire ne ressent rien
- il est produit par des charges mobiles ou par des aimants permanents, qui sont des courants atomiques
- les lignes de champ vont de N à S à l'extérieur et de S à N à l'intérieur, formant des boucles fermées ; elles ne se croisent jamais, et plus rapprochées signifie plus fort
- motifs : aimant droit, cercles concentriques autour d'un fil selon la règle de la main droite, une bobine agissant comme un petit aimant, et un solénoïde uniforme à l'intérieur ; un noyau de fer est magnetisé et ajoute son propre champ