Ce chapitre introduit la notion de champ magnétique, grandeur physique qui permet de décrire l’action à distance exercée par un aimant ou par la Terre sur une aiguille aimantée. Nous verrons comment caractériser ce champ par un vecteur et comment combiner plusieurs champs magnétiques.
Les aimants
Un aimant possède deux pôles (nord N, sud S). Deux pôles de même nom se repoussent, deux pôles contraires s’attirent.
Le vecteur champ magnétique
Représenté par B : direction, sens (indiqué par une aiguille aimantée), valeur en tesla (T). Champ terrestre ≈ 2 à 5×10⁻⁵ T.
Spectre magnétique et lignes de champ
Lignes de champ visualisées par limaille de fer : sortent du pôle nord, entrent par le pôle sud. Champ uniforme : même direction, sens, valeur en tout point.
Superposition des champs
Le champ résultant est la somme vectorielle : B = B1 + B2. Si perpendiculaires : B = √(B1²+B2²). Sinon : B² = B1²+B2²+2B1B2cosθ.
Exercice d’application
Exercice 1 — Nommer les deux pôles d’un aimant et la règle d’interaction.
Exercice 2 — Pôle nord approché d’une aiguille : une extrémité est repoussée. Quelle est sa nature ?
Exercice 3 — Boussole dévie de 30° en approchant un aimant. Expliquer avec la superposition des champs.
Exercice 4 — B1=3,0×10⁻⁵T (Nord), B2=4,0×10⁻⁵T (Est), perpendiculaires. Calculer B résultant et l’angle.
Exercice 5 — B1=2,0×10⁻³T, B2=1,5×10⁻³T, angle 60°. Calculer B résultant.
Exercice 6 — Bh=2,0×10⁻⁵T, inclinaison 45°. Calculer Bv et B totale.
Exercice 7 — Deux bobines B1=B2=6,0×10⁻⁵T, angle 120°. Calculer B résultant par projections.
Corrigés
Corrigé 1 — Pôle nord (N) et pôle sud (S). Mêmes pôles se repoussent, pôles contraires s’attirent.
Corrigé 2 — Pôle nord (même nom que le pôle approché, donc repoussé).
Corrigé 3 — Le champ résultant B=B_terrestre+B_aimant n’est plus dirigé vers le Nord ; l’aiguille suit ce nouveau champ résultant.
Corrigé 4 — B=√(9+16)×10⁻⁵=5,0×10⁻⁵T. tanθ=4/3, θ≈53°.
Corrigé 5 — B²=4,0+2,25+3,0=9,25(×10⁻³)². B≈3,0×10⁻³T.
Corrigé 6 — Bv=Bh×tan45°=2,0×10⁻⁵T. B=Bh/cos45°≈2,8×10⁻⁵T.
Corrigé 7 — Composantes : Bx=3,0×10⁻⁵, By=5,2×10⁻⁵. B=√(9+27)×10⁻⁵=6,0×10⁻⁵T, θ≈60°.
