Généralités sur les champs magnétiques – champs magnétiques des courants

I. Définition du champ magnétique

Un champ magnétique est une région de l’espace où une force magnétique peut être ressentie par une particule chargée en mouvement ou par un courant électrique. Ce champ est créé par des charges en mouvement ou par des aimants permanents. Il est caractérisé par des lignes de champ magnétique qui montrent la direction et l’intensité du champ.

II. Champ magnétique créé par des courants électriques

Un courant électrique circulant dans un fil génère un champ magnétique autour de lui, selon la loi de Biot-Savart. L’intensité du champ magnétique autour d’un fil rectiligne infini est proportionnelle à l’intensité du courant et inversement proportionnelle à la distance du fil : \[ B = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} \] où \( B \) est l’induction magnétique (mesurée en teslas, \( T \)), \( I \) est le courant, \( d \) est la distance au fil, et \( \mu_0 \) est la perméabilité du vide.

III. Loi de Biot-Savart et Théorème d’Ampère

• Loi de Biot-Savart : Elle permet de calculer le champ magnétique créé par un élément de courant. Elle est utilisée dans des situations où le courant est distribué de manière complexe.
• Théorème d’Ampère : Il relie le champ magnétique et le courant traversant une surface fermée. Il est particulièrement utile pour calculer le champ magnétique dans des situations de grande symétrie, comme à l’intérieur d’un solénoïde ou autour d’un fil infini.

IV. Interaction entre champ magnétique et courants

Un courant électrique placé dans un champ magnétique subit une force, appelée force de Lorentz, qui est perpendiculaire à la direction du courant et du champ magnétique : \[ \vec{F} = q (\vec{v} \times \vec{B}) \] Cette force est exploitée dans de nombreuses applications technologiques, telles que les moteurs électriques et les générateurs.

V. Applications (électroaimants, moteurs)

Les champs magnétiques créés par les courants électriques sont utilisés dans de nombreuses technologies modernes :

• Électroaimants : Ils sont fabriqués en enroulant un fil conducteur autour d’un noyau métallique et en faisant circuler un courant à travers le fil.
• Moteurs et générateurs électriques : Ils utilisent l’interaction entre un courant et un champ magnétique pour convertir l’énergie électrique en énergie mécanique et inversement.