Nous expliquons ce qu’est un champ magnétique, comment il est produit et quelles sont ses caractéristiques. Nous vous parlons également du champ magnétique terrestre.
Qu’est-ce qu’un champ magnétique ?
Un champ magnétique est la représentation mathématique de la répartition des forces magnétiques dans l’ espace entourant une source magnétique. Cette source peut être un aimant , une charge mobile ou un courant électrique (plusieurs charges mobiles). Chaque fois que l’un de ces éléments existe, il y aura un champ magnétique autour de lui, c’est-à-dire un champ de forces magnétiques. En dehors de ce champ, il n’y a pas d’effets magnétiques.
Une caractéristique fondamentale des champs magnétiques est qu’ils sont dipolaires : ils ont un pôle Nord et un pôle Sud , également appelés pôle positif et pôle négatif. Contrairement aux champs électriques qui peuvent être générés par des charges électriques (comme un électron ), il n’y a pas de « charges magnétiques » qui génèrent des champs magnétiques. Les champs magnétiques ont toujours deux pôles qui leur sont associés. Par conséquent, les lignes de champ magnétique sont toujours fermées, comme dans le cas de l’aimant : elles partent du pôle nord et arrivent au pôle sud.
Voir aussi: champ gravitationnel
Origine d’un champ magnétique
Pour qu’un champ magnétique existe, il doit y avoir une source d’énergie magnétique (comme un aimant), une charge mobile ou un courant électrique. Ces éléments sont les seuls capables de créer un champ magnétique et les seuls qui peuvent en être affectés.
Une charge électrique (telle qu’un électron se déplaçant dans l’espace) génère autour d’elle un champ magnétique qui exercera une force sur une autre charge en mouvement. La même chose se produit avec les courants électriques.
Le cas des aimants est particulier car il n’y a pas de charges en mouvement, mais ces matériaux génèrent plutôt un champ magnétique dû à certains phénomènes microscopiques complexes.
Comme décrit par la loi d’Ampère et les équations de Maxwell, les champs magnétiques et les champs électriques existent souvent ensemble dans la nature . Certains changements dans le temps d’un champ magnétique produisent des champs électriques. Un bon exemple de la coexistence de ces deux champs est le rayonnement électromagnétique, tel que la lumière .
La présence de champs magnétiques peut être vérifiée à l’aide d’un appareil appelé magnétomètre.
Types de champ magnétique
Les champs magnétiques peuvent être classés selon leur source de création :
- Champs magnétiques d’un aimant. Les aimants sont des matériaux qui ont la particularité d’avoir un champ magnétique permanent, créé par ce qu’on appelle en physique le spin des électrons (cela peut être compris comme un spin sur eux-mêmes). D’autre part, il existe des métaux qui peuvent « devenir » des aimants lorsqu’ils sont magnétisés par un champ magnétique externe.
- Champs magnétiques du courant. Toute charge en mouvement produit un champ magnétique. Par conséquent, un courant électrique produit également un champ magnétique. Par exemple : les électroaimants (tels que celui de la figure ci-dessus) sont des appareils dans lesquels, au moyen d’une pile , du courant circule à travers un fil enroulé sur un métal. Ce courant génère autour de lui un champ magnétique qui magnétise le métal et génère un autre champ magnétique. Ainsi, les électroaimants sont utilisés pour générer des champs magnétiques variables puisque la modification du courant modifie le champ magnétique.
Direction d’un champ magnétique
La direction d’un champ magnétique peut être décrite à l’aide de lignes ou de vecteurs , qui indiquent la direction dans laquelle les forces magnétiques pointent. Dans la figure ci-dessus, vous pouvez clairement voir les lignes de champ magnétique générées par l’aimant, qui indiquent la direction de la force avec laquelle l’aimant interagit avec les particules métalliques.
Le fait que le champ magnétique ait une direction implique qu’il s’agit d’un vecteur. Toute force est une quantité vectorielle, c’est-à-dire qu’elle représente une grandeur qui a une direction et un sens, comme la vitesse. Le champ magnétique étant proportionnel à la force magnétique, il s’agit également d’une grandeur vectorielle. En effet, il est intéressant de noter que la force magnétique ressentie par une particule en mouvement plongée dans un champ magnétique est toujours perpendiculaire à la direction du champ et à sa propre vitesse.
Champ magnétique terrestre
Notre planète possède un champ magnétique naturel , également appelé champ géomagnétique. Au centre de la Terre se trouve du fer en fusion (à cause des températures élevées ). Du fait de la rotation terrestre, ce liquide métallique est en mouvement constant, formant un courant électrique (lorsque le métal se déplace, les électrons qui le composent se déplacent). Ce courant est ce qui produit le champ magnétique terrestre qui est si intense qu’il s’échappe de la surface de la Terre.
Le champ magnétique terrestre joue un rôle très important car il dévie les radiations très dangereuses du Soleil pour les êtres vivants . Sans le champ magnétique terrestre, l’ atmosphère serait détruite par les rayons cosmiques . Les boussoles que nous utilisons pour la navigation interagissent avec ce champ : son aiguille aimantée est toujours alignée avec le champ magnétique terrestre indiquant le nord. De plus, de nombreux animaux migrateurs utilisent le champ magnétique de la planète pour s’orienter et se déplacent toujours dans les mêmes directions à certaines périodes de l’année.
