Les phénomènes magnétiques sont des faits naturels, mais ils peuvent être aussi créés. Ce sont des réalités auxquelles l’environnement est fréquemment soumis. Que ce soit les interactions provoquées par la Terre ou par les particules ou encore par les aimants et autres, votre entourage est souvent exposé à des faits magnétiques. Néanmoins, la connaissance et la maîtrise de ces manifestations nécessitent un important niveau d’étude dans le domaine scientifique. En raison de cette nécessité, tout est expliqué dans ce guide de manière que vous en compreniez les fondamentaux. Quelle est alors la différence entre les champs gravitationnels ? Quelles sont leurs origines et leur notation ? Quelles sont les formules et équations utilisées pour leur détermination ? Comment les créer vous-même ? Vous en apprendrez aussi sur le phénomène d'attraction entre planètes.
La détermination de l’intensité d’un champ magnétique n’a pas un seul modèle auquel il faut se conformer. Il existe plusieurs formules utiles standards qui permettent d’avoir cette grandeur. Par exemple, vous pouvez calculer un champ magnétique en dérivant les formules en vigueur grâce à la règle de Biot — Savart ou la loi d’Ampère — Maxwell. Néanmoins, les formules obtenues sont connues de tous au point où vous n’avez plus besoin de démontrer. Ce sont des formules standards, vous pouvez donc vous en passer de la dériver et les exploiter directement. En revanche, voici quelques cas courants de calcul de puissance d’un champ magnétique.
En dépit de ces méthodes de calcul, il apparaît un bon nombre de formules. Outre celle-ci, il existe également des équations.
Comme toute mesure, le champ magnétique aussi à une unité de mesure. Ainsi, selon le système international (SI), l’unité de base de la mesure d’un champ magnétique est le tesla (T), avec un tesla équivalent à 1 kg A−1 s− 2. Par ailleurs, une autre unité est exploitée pour la mesure du champ magnétique. Il s’agit de Gauss noté G, avec un gauss égal à 10-4 Tesla. Mais le Tesla est l’unité de référence, elle est plus manipulée pour les grandes mesures de domaine magnétique. Par contre, le gauss est utilisé pour les petites mesures d’intensité comme l'évaluation de l’intensité de la prairie entre les pôles d’un aimant.
Dans un aimant se produisent d’énormes phénomènes magnétiques. Il s’agit de l’électromagnétique et de l’induction électromagnétique.
L’électromagnétique est engendré par les flux d’un courant électrique qui circule dans un conducteur. Dans cet ordre d’idée, l’électromagnétisme s’occupe de l’étude approfondie des répercussions produite par le passage du courant électrique dans un conducteur. De cette étude, il en résulte qu’un champ magnétique obtenu par le contact du courant et du conducteur possède des caractéristiques suivantes. Il s'agit par exemple de :
Dans la même similitude, lorsque deux conducteurs sont traversés par des courants de sens identique, il est à noter que ceux-ci s’attirent entre eux. Par contre, si les courants circulent dans des directions opposées, les deux conducteurs se repoussent. L’électromagnétisme possède divers champs d’application comme les pôles des machines rotatives, les relais et les sonneries.
L’induction électromagnétique est un phénomène assez étrange. Il est né de la pression pratiquée sur les conducteurs électriques. Voici les signes qui permettent d’identifier une induction électromagnétique :
Ainsi, l’induction électromagnétique peut se manifester de différentes façons. Néanmoins, le sens de la pression induite dans un conducteur qui bouge dans un champ magnétique est déterminé en fonction du sens de déplacement du conducteur et du sens du champ magnétique. Dans ce cas, pour définir la polarité de l’agitation entraînée, la règle des trois doigts de Fleming intervient.
Le flux magnétique F est une grandeur physique qui mesure le nombre ou la quantité de lignes de champs passant à travers une surface fermée. Sa formule est donnée par :
F= {\vec {B}} x {\vec {S}} = B x se x cos q
Par contre, un champ magnétique est un champ vectoriel vectB. C’est l’ensemble des points de l’espace soumis à l’action d’une force produite par un aimant. C’est une grandeur caractérisée par une intensité et une direction, définie en tout point de l’espace.
Les champs magnétiques possèdent une multitude de sources qu'il convient de détailler. En voici quelques-unes.
Les lignes de champ créées par un aimant droit sont orientées du nord vers le sud tandis que dans un aimant en U les lignes de champs sont des droites parallèles en l’intérieur de ce dernier formant un champ uniforme. Un métal est dit magnétiser lorsque ce dernier procède des propriétés magnétiques. Par ailleurs, il existe deux catégories d’aimant : les aimants naturels et les magnétismes artificiels. De la même façon, il existe deux sortes d’aimants artificiels : les aimants artificiels permanents et les aimants artificiels temporaires.
Les aimants artificiels temporaires eux, perdent leur attractivité lorsque leur source magnétique est enlevée. Il est question par exemple des électroaimants. Les aimants artificiels permanents quant à eux conservent leur propriété magnétique une fois qu’ils sont passés par un champ magnétique. En effet, le champ magnétique se définit comme un milieu complètement homogène où interagissent plusieurs forces magnétiques. Ils sont constitués de nombreuses lignes invisibles à l’œil nu, mais puissantes.
La terre est une source de champ magnétique. Le vectB terrestre peut être modélisé par le champ créé par un aimant droit placé à l’intérieur du globe. Les réseaux de champs terrestres vont du pôle Nord magnétique au pôle Sud magnétique (soit du sud au nord de la terre). Il s'agit alors d'un conducteur parcouru par un courant électrique (solénoïde).
Un champ magnétique peut être créé de différentes manières. D'après les précédentes idées développées, vous savez dès à présent que la terre ainsi que les pôles d'un aimant peuvent créer un champ magnétique. Le même phénomène se crée entre un conducteur ou une bobine traversés par le courant électrique. Mais ces champs créés sont de faible intensité, tandis que le champ magnétique qui parvient de la Terre est d’une grande intensité.
D’abord, le champ magnétique provient du métal fer contenu dans le noyau des particules. En ce qui concerne la terre, son champ magnétique est induit par sa propre rotation autour d’elle-même. Autrement dit, la rotation de la Terre enclenche celle des particules et donc du noyau de fer coordonné par l’effet dynamo. Ceci crée alors un champ magnétique.
Par ailleurs, la terre elle-même dispose d’un noyau central qui joue un très grand rôle dans le magnétisme de cette dernière. Mais à la différence des particules, son noyau n’intervient pas de la même manière. En effet, à l’intérieur de la terre, la température dépasse celle de curie du fer. Dans le processus de création du champ magnétique terrestre, il est à savoir que le noyau central de la terre est constitué du noyau interne et externe. C’est alors que le magma métallique contenu dans le noyau externe tourne autour du noyau interne et crée un grand champ magnétique.
La règle la plus connue pour la détermination du sens d’un champ magnétique est la règle de la main droite. Cette méthode permet de trouver le sens du champ magnétique. Elle consiste à enrouler la main autour d’un fil perpendiculaire de la surface du champ en mettant le pouce dans le sens conventionnel du sens du courant. Ainsi, le doigt enroulé montre le sens du champ magnétique et le pouce celui du courant.
Il existe plusieurs méthodes pour calculer l’intensité d’un champ magnétique. D’abord, l’intensité d’un champ magnétique est notée φ. Si vous supposez que l’angle formé par la position d’équilibre de la Terre et l’aiguille est noté α, l’expression de la détermination de l’intensité du champ créé est : φ sin α ∫ μ x dx = φ h sin α où h étant le moment de l’aiguille. Par ailleurs, il existe d’autres méthodes de calcul de l’intensité d’un champ magnétique couramment utilisé. Il s’agit :
En conclusion, la mesure avec précision de l’intensité du champ magnétique, surtout celle de la Terre, représente une très grande difficulté. Chacune de ces méthodes utilisables présente des limites. Mais la méthode de Poisson et celle de Gauss sont les plus fréquentes dans la mesure de l’intensité magnétique.
Le champ magnétique est noté « B “en grand caractère au-dessus duquel est placée une flèche horizontale. Cette notation signifie qu’il s’agit d’un vecteur champ. En effet, son origine vient de James Clerk Maxwell, le scientifique qui a défini les trois composantes d’un champ magnétique par les lettres B, C, D.
Il est aussi à la base de la notation de ceux d’un champ électrique qu’il a normé E, F, G. Mais aujourd’hui, les lettres B et E sont utilisés respectivement pour désigner un champ magnétique et un champ électrique.
Les champs magnétiques peuvent être aussi créés par des aimants. Mais il existe plusieurs types d’aimant. D’abord, il existe deux types d’aimant : les aimants en U et les aimants droits. Autour des aimants en U ou un aimant droit, il existe des lignes de champ magnétique. Ces lignes de champs sont toujours émises du pôle Nord vers le pôle Sud. C’est ainsi que se crée un champ magnétique autour d’un aimant en U ou droit. Par ailleurs, le champ magnétique créé par les aimants diffère en fonction du pôle de l’aimant.
Lorsqu’on approche deux aimants l’un de l’autre, il se crée deux types de champ magnétique. La différence entre le type de champ qui est créé résulte des pôles qui se rapprochent. Lorsqu’il s’agit de différents pôles d’un aimant, le champ magnétique qui se crée attire les deux aimants à se coller. Autrement dit, les lignes de champ émises par le pôle Nord sont attirées par les lignes de champs du pôle Sud de l’aimant. Il s’agit du phénomène d’attraction entre les différents pôles d’un aimant.
Contrairement aux pôles différents d’un aimant, les pôles semblables se repoussent fortement. C’est-à-dire, en rapprochant les mêmes pôles d’un aimant, ceux-ci créent un champ magnétique qui repousse les deux aimants. Étant donné que les pôles sont identiques, les lignes de champs se repoussent tout simplement. Il faut que le pôle opposé soit en contact avec un autre pôle. Sinon le champ magnétique d’attraction ne se crée pas.
Dans certains domaines, il existe toujours une zone où les électrons sont classés. Ce milieu est appelé zone magnétique. Mais en aucun cas, il ne faut considérer que toutes les zones magnétiques sont toujours disposées de la même manière dans les objets.
Par exemple, dans les objets ordinaires, les zones magnétiques ne sont pas alignées. Ainsi, des mini-aimants se forment et se dispersent progressivement jusqu’à la disparition du champ. Pour ces types d’objets, il est impossible de contrôler le champ qui se crée autour d’eux. À l’opposé, les objets non ordinaires produisent le phénomène contraire. Autrement dit, l’aimant est tout dressé dans la même direction autour de l’objet.
La planète Mars et la planète Vénus sont toutes les deux des planètes jumelles en matière de champ magnétique. En effet, mis à part la distanciation des deux planètes du soleil et de leur superficie, ces derniers présentent un champ magnétique basé sur le vent solaire.
À travers les recherches des astronomes, des enquêtes ont été menées autour de la planète Mars et de Vénus et, plus précisément, sur l’impact des vents solaires sur l’atmosphère de chacun d’eux. Il ressort donc que les deux planètes sont présentées directement au vent solaire atmosphérique. Ainsi, la rétrospective directe de ces deux planètes au vent solaire engendre des fuites de particules électriques chargées qui se déplacent dans les zones non exposées formant une queue. C’est alors que se fonde un champ magnétique au niveau de ces deux planètes. Mais ce réseau magnétique fondé est généralement faible.
Par ailleurs, bien que la densité atmosphérique de la planète Vénus soit plus élevée que celle du système planétaire Mars, le champ magnétique créé autour des deux planètes est relativement identique. C’est pour cela, les chercheurs appellent ces deux astres des planètes jumelles.
Cependant, il existe une petite différence non négligeable qui différencie ses deux planètes. Il s’agit de la position de celles-ci. C’est-à-dire que la planète Vénus étant plus proche du Soleil que la planète Mars, sa concentration en vent solaire est plus concentrée. Ce qui fait que le nombre de particuliers autour de Vénus est plus important qu’au niveau de Mars. Ce flux peut être à la base d’une légère densité de champ magnétique entre ces deux planètes jumelles.
Outre la Terre et les astres qui jumellent magnétiquement bien, les autres planètes du système solaire possèdent aussi un champ magnétique. Comme celui de tout différent astre, le champ magnétique des autres planètes est également dipolaire en première approximation. Par exemple, l’astre Mercure a une vivacité de seulement 1 % comparé à la puissance du champ de la terre.
L’activité magnétique de certaines planètes est infiniment petite qu’on ne peut pas noter. Il s’agit des planètes suivantes : Vénus, Mars et Pluton. Par contre, les grands astres du système solaire ont une activité magnétique très intense. Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune sont donc à l'honneur dans cette catégorie.
La plus grosse planète du système solaire est la planète Jupiter. C’est ainsi cette planète qui procède la plus grande activité magnétique. Cette planète présente des propriétés très différentes des autres. En effet, elle est la seule du système à émettre des ondes radio aurorales d’une longueur de 7,5 m. Ce sont ses ondes qui traversent les couches terrestres et détectables depuis le sous-sol de la Terre. Jupiter est une vraie planète qui influence beaucoup le système solaire. De même, son impact atteint également les autres planètes et non la Terre uniquement.
En résumé, les champs magnétiques sont des phénomènes qui se produisent tous les jours dans notre voisinage. L’ignorance fait que l’on ne prend pas en compte ses faits, qui pourtant sont importants à connaître. Le champ magnétique ne possède pas qu'une origine aimant, mais aussi d'un certain nombre de mouvements complexes. Il est à noter qu’il apparaît des dangers des aimants sur le corps humain, mais elles sont minimes. De même, les bobines sont par ailleurs de potentielle source de champ. À leur niveau, il existe une notion importe : le cycle d’hystérésis. C’est un graphe qui montre le champ du noyau ferromagnétique en fonction du champ appliqué par une bobine. Pour d’amples connaissances sur les champs magnétiques, n’hésitez pas à vous suivre une formation en science ou à consulter des revues scientifiques qui traitent de ce sujet de façon plus poussée.