La force de Lorentz
Un champ magnétique peut pousser une charge en mouvement, mais seulement de côté — perpendiculaire à la fois à sa vitesse et au champ lui-même. Cette poussée latérale n'accélère ni ne ralentit la charge ; elle ne fait que courber la trajectoire, l'incurvant en un cercle si le champ reste constant.
La formule
F = q · v · B
- F — force (N): la poussée magnétique latérale sur la charge
- q — charge (C): la quantité de charge électrique portée par la particule
- v — vitesse (m/s): la rapidité de la charge, ici perpendiculaire au champ
- B — champ magnétique (T): l'intensité du champ magnétique dans lequel se meut la charge
Exemple résolu
Une particule chargée d'une charge de 2 coulombs se déplace à 3 mètres par seconde, perpendiculaire à un champ magnétique de 5 teslas. Quelle force ressent-elle ?
- q = 2 C
- v = 3 m/s
- B = 5 T
- F = q · v · B
- F = 2 C · 3 m/s · 5 T
F = 30 N
Testez-vous
La même charge de 2 coulombs se déplace maintenant à 3 mètres par seconde à travers un champ plus fort de 10 teslas. Quelle est la force sur elle ?
- 30 N
- 15 N
- Bonne réponse: 60 N
Correct ! Doubler le champ double la force : 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Une charge positive se déplace vers la droite à travers un champ magnétique pointant vers l'intérieur de la page. De quel côté la force magnétique la pousse-t-elle ?
- Bonne réponse: Vers le haut
- Vers le bas
- Vers l'avant, dans la même direction que son mouvement
Correct ! En utilisant la règle de la main droite, une charge positive se déplaçant vers la droite dans un champ pointant vers l'intérieur de la page ressent une force qui la pousse vers le haut.
Où vous le voyez
Une vieille télévision à tube cathodique dirigeait son faisceau d'électrons avec des champs magnétiques, peignant l'écran en déviant des particules chargées des milliers de fois par seconde. Les aurores boréales sont la même physique à l'échelle planétaire : des particules chargées venues du soleil décrivent des spirales le long des lignes du champ magnétique terrestre, brillant lorsqu'elles s'incurvent.
Erreurs courantes
La subtilité essentielle est que la force magnétique ne fournit aucun travail : F = q · v · B pousse perpendiculairement à la vitesse, donc elle peut courber une trajectoire mais jamais accélérer la charge ni la ralentir. L'autre glissade concerne la direction — la force est perpendiculaire à la fois à la vitesse et au champ (main droite : les doigts le long de la vitesse, on les courbe vers le champ, le pouce le long de la force). Une charge positive à 3 m/s traversant un champ de 10 T subit 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N de côté.
Comment cela s'articule
Les courants créent des champs et les champs poussent les charges en mouvement — les deux moitiés du couple de rétroaction de l'électromagnétisme, à une leçon d'intervalle. La loi de Faraday, ensuite, ajoute le troisième élément : un champ variable crée une tension qui entraîne un courant toute seule. Cette poussée latérale, qui préserve la vitesse, explique pourquoi les moteurs tournent et pourquoi les particules chargées tournent en rond dans les accélérateurs.