Le magnétisme est une branche de la physique qui s’occupe de l’étude des propriétés des aimants et de leurs actions. Il désigne l’ensemble des phénomènes physiques dans lesquels les objets exercent des forces attractives ou répulsives sur d’autres matériaux. Ces réactions sont engendrées par de petites particules élémentaires appelées électrons. Ceux-ci se déplacent en présentant un petit moment magnétique perpendiculaire à leur orbite. Les électrons peuvent aussi se tourner sur eux-mêmes pour créer un autre moment. Ce sont les courants électriques et ces périodes observés qui sont à l’origine du champ magnétique. Tous les matériaux sont influencés par la présence de ce champ. Toutefois, tous les composés n’ont pas les mêmes réactions.
Dans un champ magnétique, il se produit des lignes de force d’attraction ou de répulsion. Ces dernières dépendent essentiellement de l’intensité et de la région où se produit l’aimantation. Les lignes de force présentes dans les champs magnétiques sont quantifiables. Il existe un terme scientifique qui désigne bien cela. Souhaitez-vous avoir de plus amples explications sur les relations qui existent entre le champ magnétique et les lignes de force qui le composent ? Voici en détail ce que chacun de ces termes représente et la différence qui existe entre eux.
Le flux magnétique est une grandeur physique mesurable. Elle caractérise l’intensité et la répartition spatiale de la région dans laquelle il se trouve. C’est le nombre total de lignes de force produites par l’aimant reliant les deux pôles magnétiques. Il est égal au flux de l’induction magnétique à travers une surface orientée. En mathématique, le flux magnétique est le produit scalaire du vecteur normal au plan de surface et celui du champ d’induction.
D’après la loi de Gauss du magnétisme, la quantité totale des lignes de force magnétiques dans une surface fermée est égale à zéro. Cela signifie que le flux d’induction forme des boucles fermées. Cela traduit aussi le fait qu’un pôle (nord ou sud) ne peut exister sans la présence de l’autre. De plus, le flux magnétique dépend de l’aimant responsable du champ puis de la taille et de l’orientation d’une zone.
Maintenant que vous savez que le flux magnétique est la quantité totale de ligne de force dans un champ, vous devez apprendre à le déterminer. Pour trouver la bonne formule, vous devez vous référer à la définition mathématique. Avec cette interprétation, le flux magnétique (ф) se détermine en intégrant le champ sur une surface donnée. Ce qui naturellement se traduit par la formule suivante : ф = ʃ B. dS.
Lorsqu’un champ magnétique B passe perpendiculairement à une zone, la formule se simplifie et devient : ф = B.S. L’unité du flux magnétique est selon la formule le Tm². Cependant, en hommage au physicien allemand Wilhelm Eduard Weber, il est, selon le Système international (SI) exprimé en Weber (Wb). Cela permet donc de déduire que 1Wb est égal à 1Tm².
En sciences physiques, précisément dans le domaine de l’électromagnétisme, le champ magnétique se définit comme une grandeur ayant le caractère d’un champ vectoriel. Autrement dit, il est caractérisé par les données d’une norme, d’une direction et d’un sens défini en tout point de l’espace.
Le champ magnétique se définit aussi comme une région de l’espace où les charges en mouvement et les pôles magnétiques sont soumis à une force. Concrètement, il s’agit de la zone autour de l’aimant. Lorsque le champ magnétique est puissant, la force ressentie devient forte. Il peut être représenté par des lignes d’induction. Comme un champ est fort, ses lignes sont plus rapprochées. Celui magnétique permet de modéliser et de quantifier les effets magnétiques du courant électrique ou des matériaux magnétiques.
Le champ magnétique est un phénomène physique présent dans tout l’espace et à l’intérieur de la terre. Il constitue un écran protecteur contre les particules à haute énergie provenant du cosmos. Il importe donc de l’étudier afin de comprendre la structure et la dynamique interne de la terre.
Le centre de cette dernière est composé d’un noyau interne et externe. Le premier se trouve être l’endroit le plus profond de la planète avec un rayon de 1 200 km. Il est le cœur interne de la structure terrestre. Il est solide et est constitué d’alliage de fer. Le noyau externe quant à lui est une couche liquide qui entoure le cœur interne avec un rayon de 300 km. Il est principalement composé de fer, de nickel et d’autres éléments. Le noyau solide tourne à l’intérieur du liquide avec une vitesse de rotation qui est légèrement supérieure à celle de la terre.
Les scientifiques ont estimé que la terre se refroidit et que le noyau interne s’accroît aux dépens de celui externe. Avec le refroidissement, la partie interne grandit d’environ 1 mm chaque année. Ensuite, la paroi profonde du noyau externe qui est accolée au cœur se solidifie. La zone liquide restante sera en perpétuel mouvement. Le brassage du métal liquide va dans un premier temps générer du courant électrique puis un champ magnétique. C’est donc dans le noyau externe de la terre que le champ magnétique est généré.
Il existe une grande différence entre un champ et un flux magnétique. Le premier terme fait référence à la région où une force peut-être ressentie. Par contre, le flux indique la quantité totale des lignes de force qui traversent la zone où se produit l’aimantation. Ce dernier fait ainsi partie intégrante du champ. Notez aussi que le champ magnétique équivaut au produit de la force magnétique et de la direction des charges en mouvement (F = qv. B). Par contre, le flux magnétique est le produit de l’intensité du champ et de la zone autour des pôles (ф = B.S).
L’autre point de distinction qui existe entre ces deux phénomènes est la dépendance de la région. Un champ magnétique ne dépend que de l’aimant qui le produit. Un flux magnétique quant à lui tient compte de la taille et de l’orientation d’une zone. Pour finir, un champ magnétique est exprimé en Tesla (t) et un flux en weber (Wb).
Un champ magnétique peut se définir comme une densité de flux magnétique. Vous pouvez comprendre avec cette définition la grande relation qui existe entre ces deux phénomènes physiques. Cela conduit au fait que le flux et le champ magnétique jouent le même rôle dans l’univers. Les lignes de force présentent dans la zone où se produit l’aimantation passent inaperçues. Mais, elles sont tout de même d’une importance capitale pour la vie humaine.
Le soleil frappe en permanence d’un vent solaire qui serait capable de traverser le corps de l’homme et briser les molécules d’ADN. Cela peut causer des maladies très graves auxquelles il serait impossible de résister. Heureusement, le flux magnétique présent dans le champ est là pour protéger l’être humain des vents solaires et des rayons cosmiques.
Il fait partie d’un vaste ensemble appelé magnétosphère qui entoure la terre. La densité de flux magnétique est donc sans cesse affectée par la force du vent solaire. Par conséquent, face au soleil, elle se trouve aplatie sur une altitude de près de 65 000 km. Du côté opposé, les lignes de force s’étendent sur des milliers de kilomètres en formant une queue.
La variation du flux magnétique se présente de deux différentes manières. Dans la première forme, le circuit peut se déplacer ou se déformer en présence d’un champ magnétique stationnaire. Ce phénomène n’est rien d’autre que l’induction de Lorentz. Dans ce référentiel, les électrons possèdent une vitesse et subissent une force. Cette dernière correspond à la partie magnétique de la force de Lorentz.
En second lieu, l’inducteur peut générer un champ magnétique qui varie à travers un circuit fixe. Dans le présent cas, il s’agit d’une induction de Neumann. Dans un référentiel pareil, les électrons n’ont pas de vitesse. Par conséquent, la contribution de la force de Lorentz est nulle. Toutefois, cela n'empêche pas de voir la variation du flux du champ magnétique. Ici, le phénomène est exploité dans les moteurs asynchrones, dans les alternateurs, les moteurs à induction et les transformateurs électriques.
L’induction en électromagnétique est un phénomène physique qui conduit à l’apparition d’une force. Cette dernière est contenue dans un conducteur électrique soumis à un flux magnétique variable. Cette force électromotrice est capable d’engendrer un courant électrique dans le conducteur. Grâce aux courants de Foucault, ce phénomène s’utilise dans les générateurs, les transformateurs électriques, les bobines ou les plaques à induction. Il existe des lois qui permettent de comprendre l’induction magnétique.
Vous avez en premier la loi locale d’Ohm. Elle stipule qu’en absence de générateur électrochimique, seuls les phénomènes d’induction peuvent expliquer la naissance du courant. La seconde loi est celle de Michael Faraday. Il émet l’hypothèse selon laquelle, le flux d’un courant électrique génère un champ magnétique et vice-versa. Ensuite, il y a aussi la loi de Lenz. Elle indique que pendant la génération d’une force électromotrice, la polarité f.é.m génère du courant électrique. Ce sont ces différentes lois qui ont été utilisées pour illustrer la variation du flux magnétique.
Dans une spire, le flux magnétique se trouve être dans une structure fermée. Les lignes de force sont alors dans des plans perpendiculaires à celui de la spire. La structure peut ainsi être associée à un moment magnétique qui indique la direction sud-nord de l’aimant équivalent. Ce sens observé correspond aussi à celui du champ magnétique qui règne au centre de la spire.
Le flux embrassé par la présente structure se définit comme le produit du vecteur des lignes du champ d’induction et de celui de surface. Il se traduit par la formule suivante : ф = B.S. Lorsque le flux embrassé se trouve dans une bobine de N spires, il devient фtotal = N. ф. Dans les deux cas, le flux magnétique est exprimé en Weber.
Lorsqu’un conducteur est traversé par un courant électrique, il émet un champ magnétique autour de lui. Quand il est enroulé autour d’un noyau, la direction du flux formée à l’intérieur de la bobine reste la même. Il en est de même à l’extérieur de la bobine et pour chaque spire. Toutefois, entre les spires, les flux existants sont de sens contraire et s’annulent. Le sens des lignes de force dans la bobine détermine les pôles magnétiques. Celui du Nord est la borne par laquelle le flux magnétique sort. Le pôle sud représente donc le côté opposé à la sortie des lignes de force.
Il s’agit d’une résultante magnétique qui tourne soit en monophasé, soit en triphasé. Dans le premier cas, le champ tournant représente la somme vectorielle de deux flux magnétiques produits par deux bobines décalées de 90°. Il faut aussi préciser que l’une de celles-ci a son courant décalé de 90 degrés. Alimenté en triphasé, le champ tournant est la somme vectorielle de trois flux magnétiques engendrés par trois bobines décalées de 120 degrés.
En clair, une bobine traversée par un courant électrique est le siège d’un flux magnétique. Il change de sens lorsque la structure est alimentée par une source de tension alternative. Vous devez noter qu’il est impossible de contrôler le champ tournant d’une prise triphasée. Il faut penser à vérifier l’ordre des phases. Quand les bobines sont alignées, la somme de leur flux magnétique est égale à 0.
La relation qui existe entre ces expressions s'avère très facile à comprendre. Vous devez en premier lieu retenir que lorsqu’un conducteur est traversé par un courant électrique, il existe un flux magnétique. Il est aussi important pour vous de connaître les sens des forces d’attraction et de répulsion. En effet, sur deux conducteurs parallèles parcourus par un courant électrique de même sens s’exercent des forces qui tendent à les rapprocher. Lorsque l’électricité qui les traverse prend deux sens différents, ces dernières ont tendance à éloigner les conducteurs.
Somme toute, le flux et le champ magnétique sont deux phénomènes physiques qui portent à confusion. Pourtant, il existe bien une différence entre ces deux termes de l’électromagnétisme. Le champ magnétique est la région autour de l’aimant où se produisent les lignes de force. Par contre, le flux est la quantité totale des lignes observées dans la zone d’aimantation. L’unité SI du champ magnétique est Tesla (t) alors que celle du flux est Weber (Wb).
Le champ magnétique tient compte de l’aimant qui le génère. Par contre, le flux magnétique dépend de la structure qui le produit, de la force du champ magnétique et de la zone d’aimantation. Le champ magnétique se détermine par la formule F = qv.B. Le flux magnétique quant à lui se calcule en faisant ф = B.S.
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