Le magnétisme est un ensemble de phénomènes de forces physiques ou des actions d'attraction et de répulsion qui sont exercées entre les matériaux. Ces actions se déroulent dans une région de l'espace avec lequel une charge électrique ou un aimant est en mouvement et exerce une force. Il s'agit du champ magnétique. Il représente une grandeur physique vectorielle définie dans l'espace qui permet de mesurer les effets magnétiques de tous les matériaux qui exercent une force magnétique.
Cette grandeur tire ses sources dans le courant électrique, des aimants permanents. Ses champs d'application sont nombreux ce qui explique l'existence de plusieurs types de champ magnétique. Étant une grandeur, pour la mesurer ou définir son intensité, on utilise une unité de mesure. Il s'agit du Tesla. Il est une dérivée de l'unité du système SI. Découvrez ici tout ce qu'il y a à savoir sur le champ magnétique.
Définition du champ magnétique
Le champ magnétique peut être défini comme l'espace dans lequel s'exercent deux forces différentes qui s'attirent ou se repoussent. Il s'agit d'une zone où la présence des forces magnétiques se fait sentir par leur action d'attraction ou répulsion. Ces actions peuvent s'effectuer grâce à la force du courant électrique. On parle alors de l'électromagnétisme. En outre, les applications sont diverses. Il y a entre autres l'orientation de la boussole, le mouvement des particules, l'enregistrement ou le stockage des données sur un disque dur.
Le physicien le définit comme une grandeur physique vectorielle. Elle se retrouve en tout point de l'espace caractérisée par une intensité, une direction. Cette grandeur, détermine l'interaction entre les matériaux. Cette zone de distribution des forces magnétiques dans l'espace et à l'intérieur d'un matériau se manifeste de plusieurs manières. On distingue ainsi plusieurs types de champs magnétiques.
Des exemples de champ magnétique
Il existe plusieurs types de champs magnétiques qui tirent leur source à divers niveaux ou sur divers matériaux. Il s'agit des champs magnétiques terrestres, uniformes, d'un fil électrique, des aimants droits et en U et le champ magnétique créé par un solénoïde.
Le champ magnétique terrestre
Il s'agit d'une induction magnétique que l'on retrouve dans un grand espace autour de la terre. Aussi, on le retrouve dans le manteau et la croûte. Il vient du noyau externe de la terre, composé de 90 % de fer liquide et est causé par des mouvements de convection. Encore appelé bouclier terrestre par les scientifiques, ce type de champ magnétique se manifeste par un mécanisme de dynamo.
Les mouvements qui s'effectuent à l'intérieur de la terre sont produits par le refroidissement de la graine solide et du noyau. Ces derniers sont situés au centre de la terre. Sa présence dans la croûte terrestre est générée par les roches aimantées, on parle de lithosphère. Grâce au bouclier terrestre, plusieurs phénomènes se produisent dans l'espace et ont une signification.
Il y a par exemple l'ionosphère et la magnétosphère qui sont des phénomènes qui s'expliquent par la présence des ions électrons proches du soleil. Ils produisent des variations diurnes dans le sol et dans le champ magnétique. Il faut noter que le champ magnétique terrestre est vertical au niveau des pôles nord et sud de la terre.
Le champ magnétique uniforme
Il s'agit d'un champ magnétique où les forces en action suivent le même sens ou la même direction. Ainsi, les vecteurs de ce champ conservent la même direction et ses lignes sont parallèles. Elles suivent toujours une direction droite, du pôle nord vers le pôle sud. On dit qu'elles ont une direction fermée.
Le champ magnétique uniforme est généré par les aimants en U et les solénoïdes. Ainsi, pour générer un champ magnétique uniforme, il suffit de se mettre entre les deux parties droites ou l'entrefer d'un aimant en U, à l'intérieur de la partie interne du solénoïde ou encore au milieu d'une bobine d'Helmholtz.
Champ magnétique d'un fil électrique
Il s'agit du champ magnétique que peut générer l'espace lorsque les charges d'un fil électrique sont en mouvement. Il est alors présent dans tout fil électrique où se répand le courant, qu'il devienne alternatif ou continu et génère un champ magnétique. Ce champ magnétique agit et varie en fonction de l'intensité du courant et de la consommation de l'électricité.
En outre, la distance qui sépare plusieurs fils électriques représente aussi l'une de ces fonctions. Cette propriété de variation du champ magnétique du courant électrique est mesurable. Cette quantification des variations est la fréquence.
Qu'est-ce que la fréquence d'un champ magnétique
La fréquence d'un champ magnétique peut être définie par le nombre de fois qu'il y a eu une variation du champ par seconde. En effet, les champs se révèlent variables au cours du temps. Ainsi, la fréquence permet de déterminer le nombre de tours ou de cycles qu'effectue cette variation par seconde. Elle s'étend de zéro à l'infini, ce qui stipule qu'il n'y a pas de limite pour la fréquence. Cependant, elle est calculée et classée selon une gamme et un domaine d'application.
Comment se calcule la fréquence d'un champ magnétique et comment est-elle classée ?
La fréquence est le nombre de fois, ou le taux auquel une onde fait un cycle complet ou change de direction par seconde. Elle représente le nombre de périodes par seconde. Elle a pour formule de calcul : 1/T ou T représente la période où l'intervalle de temps qui a séparé deux variations. En effet, la fréquence est l'inverse de la période du temps qui s'exprime en seconde. La fréquence s'exprime en Hertz et son symbole est Hz.
Elle est classée selon différents champs d'applications. Pour chaque gamme, une fréquence est bien déterminée selon le champ d'application. En ce qui concerne les extrêmes basses fréquences dont l'exemple d'application constitue les courants électriques et domestiques, la fréquence est de cinquante Hertz. Il y a la gamme des fréquences intermédiaires dont l'exemple d'application se rapporte aux écrans vidéo et autres dont la fréquence est de vingt Hertz.
La gamme des radiofréquences représentée par les postes radios dispose d'une fréquence qui varie entre 88 et 107 MHz. Celle des radiofréquences micros ondes est composée des appareils téléphones, du Bluetooth, de la wifi, des fours. Elle dispose d'une fréquence de 300 MHz. En plus de ces gammes, il y a les rayonnements lumineux comme les radars, les ultraviolets, les infrarouges.
Ces derniers ont leur fréquence qui est au-delà des autres fréquences. Enfin, le classement des fréquences se termine par les rayonnements ionisants qui sont de haute fréquence comme les rayons X, le gamma.
L'unité d'un champ magnétique
L'unité moderne utilisée pour mesurer le champ magnétique est le Tesla et son symbole est T.
Qu'est-ce que le Tesla ?
Il s'agit d'une unité de mesure dérivée du Système International d'unités. Cette unité est nommée en l'honneur du physicien Nikola Tesla. Ce dernier fut l'un des plus grands ingénieurs de sa génération. Le découvreur Tesla a travaillé toute sa vie sur l'énergie électrique, l'électromagnétisme et bien d'autres. L'unité de mesure Tesla est définie comme un flux d'induction magnétique par weber par mètre carré. C'est le champ magnétique qui produit sur une surface d'un mètre carré un flux d'induction magnétique total d'un weber. Un Tesla correspond à un weber par mètre carré. Il représente l'unité de mesure de la densité du flux magnétique.
L'unité de mesure Tesla et les autres unités dérivées du Système International d'unités
Parmi les unités dérivées du Système International, à part la mesure de longueur, le mètre et le weber, l'unité de mesure du champ magnétique utilise huit différentes autres mesures.
- L'Ampère de symbole A : l'unité de mesure de l'intensité du courant électrique ;
- le coulomb avec son symbole C l'unité de la charge électrique ;
- le kilogramme (Kg) l'unité de mesure de la masse ;
- le Newton de symbole N l'unité de mesure de la force ;
- la seconde (s) l'unité de mesure du temps ;
- le volt (V) l'unité de mesure de la force électromotrice.
Le joule dont le symbole est J est l'unité de mesure de l'énergie. L'henry avec son symbole H est l'unité d'inductance électrique. Ainsi, dans le calcul de l'intensité d'un champ magnétique, on peut retrouver ces unités de mesure dans les formules. Il suffit de faire les conversions lors de leur utilisation.
Formule d'un Tesla
Pour déterminer Tesla, l'unité de mesure moderne utilisée pour le calcul, du champ magnétique, plusieurs formules peuvent être utilisées en fonction des données. Entre autres formules, vous avez :
- Tesla = 1Wb/m² ;
- Tesla = H-A/m² ;
- Tesla= N/A-m ;
- Tesla= kg/C×8.
Ces formules ne sont pas les seules, il en existe d'autres qui utilisent les autres unités de mesure telles que le joule et autres.
Cependant, le Tesla non seulement est l'unité de mesure du champ magnétique, mais aussi celle du champ électromagnétique.
Les champs électromagnétiques
L'électromagnétisme représente l'interaction entre l'électricité et le magnétisme. Cette interaction s'observe dans un espace donné appelé champ électromagnétique.
Définition du champ électromagnétique
Le champ électromagnétique est l'espace dans lequel s'opère l'électromagnétisme. Il s'agit du champ dans lequel s'effectue le couplage du champ électrique et du champ magnétique. Le champ électromagnétique est la résultante de ces deux phénomènes. Cet espace représente la combinaison des forces électriques et magnétiques générées par la nature ou les êtres humains. Il existe plusieurs types de champs électromagnétiques.
Les différents types de champs électromagnétiques
Tout le monde vit en permanence dans des champs électromagnétiques. Ainsi, le premier champ électromagnétique qui existe est le champ naturel. Ce champ est caractérisé par l'électricité statique qui est déjà inscrite dans les habitudes. Il est généré par les conditions de la nature, par exemple l'éclair du tonnerre ou les charges électriques qui s'effectuent dans les nuages.
Aussi, le champ électromagnétique naturel est produit par la foudre ou par l'électricité statique. Il faut noter que le champ électromagnétique naturel est encore appelé champ électromagnétique terrestre et varie en fonction de la position où il est généré sur la planète. Le second champ électromagnétique est le champ électromagnétique d'origine artificielle.
Ce champ est généré surtout par les appareils médicaux magnétiques. Il s'agit par exemple les scanners, les appareils radiologiques, les appareils échographiques et d'autres. Ce champ encore appelé champs statiques est présent lorsque les examens IRM sont effectués. Il y a également le champ électromagnétique d'extrême basse fréquence. Il s'agit du champ généré par les appareils usuels que l'on branche sur une prise de courant électrique. Ce sont par exemple les appareils électroménagers, les câblages, les lignes électriques.
Il faut noter que l'intensité de ces appareils doit être proportionnelle à l'intensité de la prise pour que le champ électromagnétique à basse fréquence puisse être généré. Par ailleurs, vous avez le champ électromagnétique à haute fréquence ou extrême fréquence. Ce dernier est généré par des sources de haute tension. Son intensité est proportionnelle à l'intensité du courant électrique qui circule lorsque les appareils sont branchés.
Ces sources de haute fréquence peuvent être les ondes émises par les appareils électroménagers, les télévisions smart, les téléphones Android, les installations électriques, les écrans d'ordinateur. Elles se retrouvent aussi à l'extérieur de vos maisons, sur les voies ferrées, les grandes installations qui permettent la distribution de l'électricité et bien d'autres.
Ces deux derniers champs électromagnétiques sont encore appelés les champs électromagnétiques d'origine humaine. Cependant, les champs électromagnétiques sont soumis à une réglementation.
Quelle est la réglementation au sujet des champs électromagnétiques ?
Les champs électromagnétiques peuvent agir de façon nocive sur la santé et la sécurité humaine. Certaines dispositions ont été prises pour prévenir les risques de l'action de ces champs sur les personnes, surtout les travailleurs. Cela concerne aussi l'exposition des femmes enceintes aux champs électromagnétiques.
Les décrets 2002-775, de la recommandation 1999/19 et la loi d'abeille, définissent la réglementation concernant le public. Le premier définit la base de restriction, c'est-à-dire les valeurs limites d'exposition du public aux champs électromagnétiques. Cette base doit être dans la gamme de fréquence de 0 Hz à 300 GHz. Le deuxième exige que la population soit informée avant l'installation d'une unité électromagnétique.
La réglementation qui concerne les travailleurs est inscrite dans le code du travail. Il s'agit du décret 2016-1074 de la directive européenne 2013/35/UE. Il définit les valeurs limites d'exposition et les valeurs limites qui déclenchent l'action. Aussi, rend-il obligatoire l'exécution de cette réglementation dans toutes les entreprises. Il faut noter que la législation a pris également des dispositions particulières pour les femmes enceintes, les personnes ayant moins de 18 ans et les personnes qui portent des implants médicaux.
En somme, il faut noter que le champ magnétique est un phénomène naturel. Ce champ dispose de plusieurs sources naturelles comme l'aimant. Sa compréhension par tous est nécessaire pour une meilleure utilisation dans la vie quotidienne. Pour en savoir plus, vous pouvez aussi vous renseigner sur les moments magnétiques, la naissance de la boussole et sa fameuse aiguille, décrire un réseau électrique, etc.