MAGNETISME 1) Les différentes sources de champ magnétique La terre crée le champ magnétique terrestre Les aimants naturels : les magnétites Fe 3 O 4 L acier que l on aimante Les électroaimants et circuits électriques parcourus par un courant 2) détection d un champ magnétique On peut détecter un champ magnétique grâce à une boussole qui est une aiguille aimantée mobile autour d un axe. Son pôle nord est attiré par le pôle sud d un aimant. En absence de toute source de champ magnétique, une boussole indique les pôles magnétiques terrestres. On constate que le pôle nord correspond en réalité à un pôle sud magnétique. 3) Effet du magnétisme 31) Action sur un aimant : On approche 2 aimants par leur pôle Nord, ils se repoussent, l aimant non maintenu se retourne et présente son pôle Sud qui est attiré. 32) Action sur un faisceau d électrons
Le faisceau est dévié vers le haut lorsque l on approche le pôle Sud de l aimant et vers le bas si on approche le pôle Nord. 33) Action sur un circuit parcouru par un courant Lorsque le circuit est ouvert, il ne se passe rien. On en déduit que le champ magnétique n a pas d action sur les charges fixes. Lorsque le circuit est fermé on remarque que la barre s est déplacée. Si on inverse le sens du courant, le sens de déplacement est inversé. De même si on inverse les pôles de l aimant. Si les deux actions sont faîtes simultanément le sens de déplacement reste le même. Lors de la fermeture de K la tige se déplace de la gauche vers la droite. Si on inverse le courant ou les pôles de l aimant le déplacement est inversé. Par contre si on inverse les deux à la fois, le sens de déplacement est conservé. 4) Le vecteur champ magnétique On interprète les phénomènes précédents en considérant que les aimants modifient l état magnétique de l espace qui les entoure et qu en chaque point, il crée un champ magnétique représenté par un vecteur B C est une grandeur vectorielle, il se caractérise par son point d application, par une direction, un sens et une intensité. Direction : Elle est indiquée par une aiguille aimantée au point d application Sens : Celui allant du pôle Sud au pôle Nord de l aiguille aimantée.
Intensité : Mesurée à l aide d un teslamètre en tesla (T), elle sera d autant plus grande que l aimant considéré est plus puissant et que l on se place plus près de lui. 5) Lignes de champ et spectre magnétique. On fait apparaître les lignes de champ en utilisant de la limaille de fer ou de petites aiguilles aimantées. Ce sont des courbes tangentes en tout point au vecteur B. Le spectre magnétique est l ensemble des lignes de champ autour de la source de champ magnétique. * Aimant droit * Aimant en U
* 2 Aimants droits de pôles opposés 2 aimants droits de pôles identiques Pour un aimant le champ magnétique (comme les lignes de champ) est orienté du pôle Nord vers le pôle Sud (Il entre par le pôle Sud et sort par le pôle Nord). En un point de l espace, il ne passe qu une seule ligne de champ, il n y a en un point de l espace qu un seul champ magnétique qui est la combinaison de ceux créés par toutes les sources. Entre les branches en U, les lignes de champ sont pratiquement des droites parallèles perpendiculaires aux branches de l aimant, dans cette région B à une même direction, un même sens et une même norme, il est dit uniforme. * Fil rectiligne parcouru par un courant * Spire circulaire
* Solénoïde ou bobine longue (longueur grande par rapport au diamètre) A l intérieur de la bobine ont constate que les lignes de le champ sont des droites parallèles donc le champ magnétique est uniforme dirigée suivant l axe de la bobine.
* Bobine torique à spires jointives Si le diamètre des spires est petit devant le diamètre du tore alors la relation donnant B est µ 0 la même que pour un solénoïde soit : B = NI avec L périmètre moyen du tore. L A l intérieur du tore les lignes de champ sont des cercles concentriques et l intensité du champ magnétique est uniforme. Par contre à l extérieur le champ magnétique est quasi nul. Exemple : On veut avoir un champ magnétique B = 1T à l intérieur d une bobine torique de 1500 spires et de rayon moyen R = 2 cm. Calculons l intensité I qui devra traverser ce circuit. BL 1 2π 0.02 I = = = 67A 7 µ N 4π10 1500 0 Dans une bobine les doigts de la main droite indique le sens de circulation du courant et le pouce celle du champ magnétique. Pour le fil rectiligne il est plus simple que le pouce indique le sens du courant et les doigts de la main le sens du champ (il sort par la paume de la main) Comme pour les aimants les bobines ont une face Nord (le champ sort de cette face) et une face Sud (le champ entre par cette face) On peut aussi les faire apparaître par le sens du courant 6) Composition de champ magnétique Nous avons vu qu en présence de plusieurs sources de champ magnétique, il fallait faire la somme vectorielle de celles-ci pour obtenir le champ magnétique résultant en chaque point.
6) Champ magnétique terrestre
Le champ magnétique de la Terre ressemble à celui d'une tige aimantée inclinée. Une aiguille de boussole s'aligne dans la direction du champ, approximativement vers le pôle nord géographique, qui n'est pas très loin du pôle magnétique sud de la Terre. Le champ s'étend jusqu'à des milliers de kilomètres dans l'espace. Il nous protège des particules chargées (électrons, protons, noyaux d hélium ) en provenance du soleil. Ces particules sont responsables des aurores boréales. 7) Champ magnétique et santé IRM est une technique de pointe utilisée lorsque le scanner et l échographie montrent leurs limites. On obtient des coupes d une très grande qualité du corps humain, surtout avec les tissus mous. Il nécessite un champ magnétique puissant et stable qui est crée par une bobine en alliage niobium-titane baignée dans de l hélium liquide (-269 C) qui en assure l état supraconducteur c'est-à-dire un état pour lequel la bobine n a pas de résistance électrique de façon que le passage du courant dans celle-ci ne produise pas de chaleur, l ordre de grandeur des champs pour un IRM est de 7T. http://www.youtube.com/watch?v=kbrkxdotiaw&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=ha_kzvypj5u&feature=related