La science des lignes de champ magnétique

Un champ magnétique entoure toute charge électrique en mouvement. Le champ magnétique est continu et invisible, mais sa force et son orientation peuvent être représentées par des lignes de champ magnétique. Idéalement, les lignes de champ magnétique ou les lignes de flux magnétique montrent la force et l'orientation d'un champ magnétique. La représentation est utile car elle donne aux gens un moyen de visualiser une force invisible et parce que les lois mathématiques de la physique s'adaptent facilement au "nombre" ou à la densité des lignes de champ.

• Les lignes de champ magnétique sont une représentation visuelle des lignes de force invisibles dans un champ magnétique.
• Par convention, les lignes tracent la force du pôle nord au sud d'un aimant.
• La distance entre les lignes indique la force relative du champ magnétique. Plus les lignes sont proches, plus le champ magnétique est fort.
• Des limailles de fer et une boussole peuvent être utilisées pour tracer la forme, la force et la direction des lignes de champ magnétique.

Un champ magnétique est un vecteur, ce qui signifie qu'il a une amplitude et une direction. Si le courant électrique circule en ligne droite, la règle de droite montre la direction dans laquelle les lignes de champ magnétique invisibles circulent autour d'un fil. Si vous imaginez saisir le fil avec votre main droite avec votre pouce pointant dans la direction du courant, le champ magnétique se déplace dans la direction des doigts autour du fil. Mais que se passe-t-il si vous ne connaissez pas la direction du courant ou si vous souhaitez simplement visualiser un champ magnétique?

Comment voir un champ magnétique

Comme l'air, un champ magnétique est invisible. Vous pouvez voir le vent indirectement en jetant de petits morceaux de papier en l'air. De même, placer des morceaux de matériau magnétique dans un champ magnétique vous permet de suivre son chemin. Les méthodes simples comprennent:

Utilisez une boussole

Un groupe de boussoles peut montrer les directions des lignes de champ magnétique. Maciej Frolow / Getty Images

Agiter une seule boussole autour d'un champ magnétique montre la direction des lignes de champ. Pour cartographier réellement le champ magnétique, le placement de nombreux compas indique la direction du champ magnétique en tout point. Pour tracer des lignes de champ magnétique, connectez les «points» de la boussole. L'avantage de cette méthode est qu'elle montre la direction des lignes de champ magnétique. L'inconvénient est qu'il n'indique pas la force du champ magnétique.

Utilisez des limailles de fer ou du sable de magnétite

Le fer est ferromagnétique. Cela signifie qu'il s'aligne le long des lignes de champ magnétique, formant de minuscules aimants avec des pôles nord et sud. De minuscules morceaux de fer, tels que de la limaille de fer, s'alignent pour former une carte détaillée des lignes de champ car le pôle nord d'une pièce s'oriente pour repousser le pôle nord d'une autre pièce et attirer son pôle sud. Mais, vous ne pouvez pas simplement saupoudrer les limailles sur un aimant car elles sont attirées par lui et s'y collent plutôt que de tracer le champ magnétique.

Pour résoudre ce problème, la limaille de fer est saupoudrée sur du papier ou du plastique sur un champ magnétique. Une technique utilisée pour disperser les limailles consiste à les saupoudrer sur la surface à partir d'une hauteur de quelques pouces. Plus de dépôts peuvent être ajoutés pour rendre les lignes de champ plus claires, mais seulement jusqu'à un certain point.

Les alternatives aux limailles de fer comprennent les granules d'acier BB, les limailles de fer étamées (qui ne rouilleront pas), les petits trombones, les agrafes ou le sable de magnétite. L'avantage d'utiliser des particules de fer, d'acier ou de magnétite est que les particules forment une carte détaillée des lignes de champ magnétique. La carte donne également une indication approximative de la force du champ magnétique. Des lignes denses et étroitement espacées apparaissent là où le champ est le plus fort, tandis que des lignes clairsemées et largement espacées montrent où il est plus faible. L'inconvénient de l'utilisation de limaille de fer est qu'il n'y a aucune indication de l'orientation du champ magnétique. Le moyen le plus simple de résoudre ce problème consiste à utiliser une boussole avec des limailles de fer pour cartographier l'orientation et la direction.

Essayez un film de visionnement magnétique

Le film d'observation magnétique est un plastique souple contenant des bulles de fluide lacées de minuscules tiges magnétiques. Les films apparaissent plus foncés ou plus clairs selon l'orientation des bâtonnets dans un champ magnétique. Le film de visualisation magnétique fonctionne mieux pour cartographier la géométrie magnétique complexe, telle que celle produite par un aimant de réfrigérateur plat.

Lignes de champ magnétique naturel

Les lignes de l'aurore suivent les lignes du champ magnétique terrestre. Oscar Bjarnason / Getty Images

Des lignes de champ magnétique apparaissent également dans la nature. Pendant une éclipse solaire totale, les lignes de la couronne suivent le champ magnétique du Soleil. De retour sur Terre, les lignes d'une aurore indiquent le chemin du champ magnétique de la planète. Dans les deux cas, les lignes visibles sont des flux lumineux de particules chargées.

Règles de ligne de champ magnétique

En utilisant des lignes de champ magnétique pour construire une carte, certaines règles deviennent évidentes:

1. Les lignes de champ magnétique ne se croisent jamais.
2. Les lignes de champ magnétique sont continues. Ils forment des boucles fermées qui continuent tout au long d'un matériau magnétique.
3. Les lignes de champ magnétique se regroupent là où le champ magnétique est le plus fort. En d'autres termes, la densité des lignes de champ indique la force du champ magnétique. Si les lignes de champ autour d'un aimant sont cartographiées, son champ magnétique le plus puissant est à l'un ou l'autre pôle.
4. À moins que le champ magnétique ne soit cartographié à l'aide d'une boussole, la direction du champ magnétique peut être inconnue. Par convention, la direction est indiquée en dessinant des pointes de flèches le long des lignes de champ magnétique. Dans tout champ magnétique, les lignes circulent toujours du pôle nord au pôle sud. Les noms "nord" et "sud" sont historiques et peuvent n'avoir aucune incidence sur l'orientation géographique du champ magnétique

La source

• Durney, Carl H. et Curtis C. Johnson (1969). Introduction à l'électromagnétisme moderne. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-018388-9.
• Griffiths, David J. (2017). Introduction à l'électrodynamique (4e éd.). La presse de l'Universite de Cambridge. ISBN 9781108357142.
• Newton, Henry Black et Harvey N. Davis (1913). Physique pratique. The MacMillan Co., États-Unis.
• Tipler, Paul (2004). Physique pour les scientifiques et les ingénieurs: électricité, magnétisme, lumière et physique moderne élémentaire (5e éd.). W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0.