Champs magnétiques produits par les courants

Une charge électrique en mouvement crée un champ magnétique autour d'elle, donc tout fil parcouru par un courant est entouré de lignes de champ magnétique circulaires. Si vous enroulez ce fil en une bobine, les lignes de champ de chaque spire s'additionnent à l'intérieur pour créer un seul champ fort et uniforme qui parcourt la longueur de la bobine. Plus de spires de fil ou plus de courant rendent le champ intérieur plus fort.

La formule

B = μ₀ · N · I / L

B — champ magnétique (T): l'intensité du champ magnétique à l'intérieur de la bobine
μ₀ — perméabilité du vide (T·m/A): une constante fixe qui détermine avec quelle force un courant produit un champ magnétique
N — nombre de spires (turns): combien de boucles de fil forment la bobine
I — courant (A): quelle charge circule dans le fil chaque seconde
L — longueur (m): la longueur de la bobine sur laquelle les spires sont enroulées

Exemple résolu

Une bobine (solénoïde) possède 500 spires de fil enroulées sur une longueur de 0.5 mètres, parcourues par un courant de 2 ampères. Quelle est l'intensité du champ magnétique à l'intérieur ?

N = 500 spires
I = 2 A
L = 0.5 m

B = μ₀ · N · I / L
B = (4π × 10⁻⁷ T·m/A) · 500 · 2 A / 0.5 m

B = 8π × 10⁻⁴ T

Testez-vous

Le solénoïde possède maintenant 1000 spires au lieu de 500, avec le même courant et la même longueur. Qu'en est-il du champ magnétique à l'intérieur ?

Bonne réponse: Il double jusqu'à 16π × 10⁻⁴ T
Il est divisé par deux, 4π × 10⁻⁴ T
Il reste à 8π × 10⁻⁴ T

Correct ! B est proportionnel à N, donc doubler les spires double le champ  : 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.

Autour d'un simple fil droit parcouru par un courant, sans bobine, quelle forme forment les lignes du champ magnétique ?

Un champ uniforme comme à l'intérieur d'une bobine
Des lignes droites qui longent le fil
Bonne réponse: Des cercles enroulés autour du fil

Exact — un fil droit parcouru par un courant est entouré de boucles de champ magnétique circulaires, suivant la règle de la main droite.

Où vous le voyez

Une grue de casse dépose une bobine de fil, allume le courant et soulève une voiture — coupez le courant et la voiture retombe. Pas de magnétisme sans courant, tout le magnétisme voulu à la demande : les sonnettes, les scanners IRM et les grues de ferraille sont tous le même dispositif, un solénoïde dont on commande le champ avec un interrupteur.

Erreurs courantes

D'abord, la forme du champ : autour d'un fil droit, les lignes de champ forment des cercles enroulés autour du fil — pas des lignes droites, pas un champ uniforme ; le champ fort et uniforme n'apparaît qu'à l'intérieur d'une bobine. Ensuite, les proportions : B = μ₀ · N · I / L croît avec le nombre de spires et avec le courant, donc passer de 500 à 1000 spires à courant constant double exactement le champ intérieur. C'est le courant qui fabrique le champ — un noyau de fer ne fait que le concentrer.

Comment cela s'articule

C'est le pivot du module d'électromagnétisme, le passage de l'électricité au magnétisme : la loi de Coulomb et la capacité portaient sur des charges au repos, et ici la charge en mouvement — le courant — engendre un champ autour d'elle. La force de Lorentz, ensuite, referme la boucle : ces champs repoussent toute autre charge en mouvement qui s'aventure là.