champs et forces magnétiques

Interaction d’un champ magnétique avec une charge

comment le champ magnétique interagit-il avec un objet chargé? Si la charge est au repos, il n’y a pas d’interaction. Si la charge se déplace, cependant, elle est soumise à une force dont la taille augmente en proportion directe avec la vitesse de la charge. La force a une direction perpendiculaire à la direction du mouvement de la charge et à la direction du champ magnétique., Il y a deux directions précisément opposées possibles pour une telle force pour une direction de mouvement donnée. Cette ambiguïté apparente est résolue par le fait que l’une des deux directions s’applique à la force sur une charge positive mobile tandis que l’autre direction s’applique à la force sur une charge négative mobile. La Figure 3 illustre les directions de la force magnétique sur les charges positives et sur les charges négatives lorsqu’elles se déplacent dans un champ magnétique perpendiculaire au mouvement.,

selon l’orientation initiale de la vitesse des particules par rapport au champ magnétique, les charges ayant une vitesse constante dans un champ magnétique uniforme suivront un chemin circulaire ou hélicoïdal.,

Les courants électriques dans les fils ne sont pas la seule source de champs magnétiques. Les minéraux naturels présentent des propriétés magnétiques et ont des champs magnétiques. Ces champs magnétiques résultent du mouvement des électrons dans les atomes du matériau. Ils résultent également d’une propriété des électrons appelée moment dipolaire magnétique, qui est liée au spin intrinsèque des électrons individuels. Dans la plupart des matériaux, peu ou pas de champ est observé en dehors de l’affaire en raison de l’orientation aléatoire des différents atomes., Dans certains matériaux tels que le fer, cependant, les atomes à certaines distances ont tendance à s’aligner dans une direction particulière.

Les aimants ont de nombreuses applications, allant de l’utilisation comme jouets et porte-papier sur les réfrigérateurs domestiques aux composants essentiels dans les générateurs électriques et les machines qui peuvent accélérer les particules à des vitesses approchant celle de la lumière. L’application pratique du magnétisme dans la technologie est grandement améliorée en utilisant du fer et d’autres matériaux ferromagnétiques avec des courants électriques dans des dispositifs tels que des moteurs., Ces matériaux amplifient le champ magnétique produit par les courants et créent ainsi des Champs plus puissants.

bien que les effets électriques et magnétiques soient bien séparés dans de nombreux phénomènes et applications, ils sont étroitement couplés lorsqu’il y a des fluctuations temporelles rapides. La loi d’induction de Faraday décrit comment un champ magnétique variant dans le temps produit un champ électrique. Les applications pratiques importantes incluent le Générateur électrique et le transformateur. Dans un générateur, le mouvement physique d’un champ magnétique produit de l’électricité pour le pouvoir., Dans un transformateur, l’énergie électrique est convertie d’un niveau de tension à un autre par le champ magnétique d’un circuit induisant un courant électrique dans un autre circuit.

L’existence des ondes électromagnétiques dépend de l’interaction entre les champs magnétiques et électriques. Maxwell a postulé qu’un champ électrique variant dans le temps produit un champ magnétique. Sa théorie prédit l’existence d’ondes électromagnétiques dans lesquelles chaque champ variant dans le temps produit l’autre champ., Par exemple, les ondes radio sont générées par des circuits électroniques appelés oscillateurs qui font circuler rapidement des courants oscillants dans les antennes; le champ magnétique à variation rapide a un champ électrique variable associé. Le résultat est l’émission d’ondes radio dans l’Espace (voir rayonnement électromagnétique: génération de rayonnement électromagnétique).

de nombreux dispositifs électromagnétiques peuvent être décrits par des circuits constitués de conducteurs et d’autres éléments. Ces circuits peuvent fonctionner avec un flux constant de courant, comme dans une lampe de poche, ou avec des courants variables dans le temps., Les éléments importants des circuits comprennent les sources d’énergie appelées forces électromotrices; les résistances, qui contrôlent le flux de courant pour une tension donnée; les condensateurs, qui stockent temporairement la charge et l’énergie; et les inductances, qui stockent également l’énergie électrique pendant un temps limité. Les Circuits avec ces éléments peuvent être décrits entièrement avec l’algèbre. (Pour les éléments de circuit plus compliqués tels que les transistors, voir dispositif à semi-conducteur et circuit intégré).,

deux grandeurs mathématiques associées aux champs vectoriels, comme le champ électrique E et le champ magnétique B, sont utiles pour décrire les phénomènes électromagnétiques. Ils sont le flux d’un tel champ à travers une surface et la ligne intégrale du champ le long d’un chemin. Le flux du champ à travers une surface de mesure du champ pénètre à travers la surface; pour chaque petite section de la surface, le flux est proportionnel à l’aire de la section et dépend aussi de l’orientation relative de la section et le terrain., L’intégrale de ligne d’un champ le long d’un chemin mesure le degré d’alignement du champ avec le chemin; pour chaque petite section de chemin, elle est proportionnelle à la longueur de cette section et dépend également de l’alignement du champ avec cette section de chemin. Lorsque le champ est perpendiculaire au chemin, il n’y a pas de contribution à l’intégrale de ligne. Les flux de E et B à travers une surface et les intégrales linéaires de ces champs le long d’un chemin jouent un rôle important dans la théorie électromagnétique., À titre d’exemple, le flux du champ électrique E à travers une surface fermée mesure la quantité de charge contenue dans la surface; le flux du champ magnétique B à travers une surface fermée est toujours nul car il n’y a pas de monopoles magnétiques (charges magnétiques constituées d’un seul pôle) pour agir comme sources du champ magnétique de la manière dont la charge est une source du champ électrique.