Après avoir étudié le champ créé par les aimants, ce chapitre montre qu’un courant électrique est lui aussi une source de champ magnétique. Nous étudions les expressions du champ créé par un fil rectiligne, une bobine plate et un solénoïde.
Expérience d’Oersted
En 1820, Oersted observa qu’une aiguille aimantée dévie près d’un fil parcouru par un courant. Un courant électrique crée un champ magnétique. Sens donné par la règle de la main droite.
Champ créé par un fil rectiligne
Lignes de champ circulaires autour du fil. B = μ0 · I / (2π · d), avec μ0 = 4π×10⁻⁷ T·m·A⁻¹.
Champ créé par une bobine plate
Au centre de N spires de rayon R : B = μ0 · N · I / (2R).
Champ créé par un solénoïde
Champ quasi uniforme à l’intérieur : B = μ0 · n · I, avec n = N/L.
Exercice d’application
Exercice 1 — Décrire l’expérience d’Oersted et sa conclusion.
Exercice 2 — Fil vertical, courant vers le haut. Sens des lignes de champ vues du dessus (règle de la main droite).
Exercice 3 — Fil, I=2,0A, d=5,0cm. Calculer B (μ0=4π×10⁻⁷).
Exercice 4 — Bobine plate R=4,0cm, N=50 spires, I=0,50A. Calculer B au centre.
Exercice 5 — Solénoïde L=40cm, N=800 spires, I=1,5A. Calculer n puis B.
Exercice 6 — Fil horizontal à d=2,0cm au-dessus d’une boussole, I=0,80A, Bh=2,0×10⁻⁵T. Calculer l’angle de déviation.
Exercice 7 — Bobine N=100, R=10cm, axe perpendiculaire à Bh=2,0×10⁻⁵T. Calculer I pour B=Bh (déviation 45°).
Corrigés
Corrigé 1 — Aiguille dévie près d’un fil parcouru par un courant ; revient à sa position si le courant est coupé. Conclusion : un courant crée un champ magnétique.
Corrigé 2 — Sens trigonométrique (anti-horaire) vu du dessus.
Corrigé 3 — B=(4π×10⁻⁷×2,0)/(2π×0,050)=8,0×10⁻⁶T.
Corrigé 4 — B=(4π×10⁻⁷×50×0,50)/(2×0,040)≈3,9×10⁻⁴T.
Corrigé 5 — n=2000 spires/m. B=4π×10⁻⁷×2000×1,5≈3,8×10⁻³T.
Corrigé 6 — B_fil=2×10⁻⁷×0,80/0,020=8,0×10⁻⁶T. tanα=8,0×10⁻⁶/2,0×10⁻⁵=0,40, α≈22°.
Corrigé 7 — I=Bh×2R/(μ0×N)=(2,0×10⁻⁵×0,20)/(4π×10⁻⁷×100)≈3,2×10⁻²A.
