Les aimants sont quelque chose dont nous avons tous entendu parler, peut-être même joué avec de temps en temps, c'est amusant ! Les faire coller ensemble, repousser les objets magnétiques, le magnétisme est un phénomène intéressant. Les aimants produisent des champs magnétiques, ce qui leur confère leurs propriétés magnétiques, et ces champs sont capables de changer de nombreuses façons différentes. Encore plus fou, le changement d'un champ magnétique peut faire des choses étranges, comme créer de nouveaux champs et changer d'autres choses dans le monde qui nous entoure. Mais comment font-ils et quelles sont les propriétés qui changent exactement ? Découvrons-le.
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Un champ électrique à partir d'un champ magnétique changeant
Il est parfois difficile de définir ce qu'est un champ en physique, mais nous définissons généralement les champs électriques comme suit :
Un champ électrique est un champ d'espace dans lequel un objet peut subir une force électrique.
Les champs électriques peuvent être créés en modifiant les champs magnétiques. En d'autres termes, si l'amplitude du champ magnétique change au fil du temps, alors un champ électrique sera induit. Cette question est étudiée plus en détail dans l'exemple ci-dessous.
La magnitude du champ magnétique, \ (B\), augmente avec le temps. Les flèches sur notre anneau montrent que nous avons un courant, \(I\), qui se déplace dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, et les croix sur le diagramme montrent que le champ magnétique est dirigé vers l'extérieur de l'écran.
Fil conducteur dans un champ magnétique croissant,StudySmarter Originals.
Lorsque nous avons une boucle de fil à l'intérieur d'un champ magnétique changeant, nous observons un courant dans la boucle. Cela signifie que les charges subissent une force électrique. Nous pouvons donc en conclure que le champ magnétique changeant a créé un champ électrique induit qui a fait circuler le courant.
Mais quelle est la forme de ce champ ? Le faitqu'il y ait un courant qui se déplace dans le fil circulaire nous donne un indice qu'il peut s'agir d'unchamp électrique circulaire .Nous savons également que les lignes du champ électrique doivent être des boucles fermées. L'image ci-dessous montre donc à quoi ressemble notre champ électrique induit.
Fils conducteurs multiples dans un champ magnétique externe changeant, StudySmarter Originals.
Le processus se produit en introduisant d'abord un flux magnétique changeant dans un fil. Celui-ci induit à son tour un champ électrique, qui induit une tension dans le fil. Enfin, la tension induit un courant dans le fil.
Le champ électrique sera induit même s'il n'y a pas de fil de boucle.
Cependant, dans ce cas, il n'y a pas de courant induit.
Le champ magnétique variable créera un champ électrique même s'il n'y a pas de fil ou de conducteur. Cependant, s'il n'y a pas de fil, il n'y a pas de charges sur lesquelles appliquer une force électrique. Il n'y aura donc ni tension ni courant induit.
Un champ électrique changeant produit un champ magnétique
L'exemple ci-dessus fonctionne également dans le sens inverse. Si nous induisons un courant dans notre anneau à l'aide d'une source d'énergie, nous observerons un champ magnétique autour de notre anneau.
Courant induit par un champ magnétique changeant
Comme nous l'avons vu précédemment, un champ magnétique changeant induit toujours un champ électrique.
Cependant, ce n'est que lorsqu'un conducteur se trouve dans un champ magnétique change ant qu'un champ électrique est induit :
Alors, un champ électrique sera induit.
Il en résulte une tension induite sur le conducteur.
Par conséquent, un courant circule dans le conducteur.
La tension induite ne peut pas se produire s'il n'y a pas de conducteur dans la région du champ magnétique changeant.
Voici quelques questions intéressantes que l'on peut se poser à propos d'un champ magnétique :
Comment le fait de chauffer un barreau aimanté modifierait-il son champ magnétique ?
Lorsque les atomes de l'aimant sont chauffés : Ils gagnent de l'énergie cinétique et se déplacent plus rapidement.
Parce que les atomes se déplacent si rapidement: Ils se heurtent à d'autres atomes, ce qui entraîne un désalignement des atomes du domaine.
Le champ magnétique s'en trouverait réduit.
À quelle fréquence le champ magnétique terrestre change-t-il de direction ?
Lechamp magnétique terrestre a connu d'innombrables inversions de polarité au cours des temps géologiques .
Il ya eu 4 ou 5 inversions tous les millions d'années en moyenne au cours des 10 millions d'années précédentes.
Comment le champ magnétique change-t-il en fonction de la distance ?
Lesdipôles magnétiques, qui utilisent soit des aimants permanents, soit des boucles de fil conducteur, sont couramment utilisés pour générer des champs magnétiques .Chaque aimant est entouré d' un champ magnétique.
Lorsqu'un objet pénètre dans le champ magnétique, il est attiré par l'aimant. Au fur et à mesure que la distance entre eux diminue, l'attraction augmente. Par conséquent, la force magnétique est plus forte lorsque la distance est plus faible.
La vitesse de changement d'un champ magnétique
La tension induite dans un circuit est proportionnelle au taux de variation duflux magnétique dans le temps:
Tout d'abord, note que le flux magnétique est défini comme le nombre de lignes de champ traversant une zone donnée et qu'il s'agit d'une façon de considérer le champ magnétique total dans cette zone. Ensuite, nous pouvons dire que la tension induite dans un circuit est propotionnelle au taux de changement du flux magnétique dans le temps,
\N- [V\Npropto\NDelta\NPhi\N]
En d'autres termes, plus la tension est élevée dans le circuit, plus le champ magnétique change rapidement. Ici, la direction du courant est déterminée par la direction du changement du champ magnétique.
Si nous souhaitons augmenter cette tension, nous pouvons ajouter plus de boucles au circuit. La tension induite dans une bobine à deux boucles sera le double de celle d'une bobine à une boucle, et elle sera triplée dans une bobine à trois boucles. C'est pourquoi les moteurs et les générateurs comportent beaucoup de bobines.
Une vague de champs électriques et magnétiques changeants :
Comme nous l'avons vu précédemment, un champ magnétique changeant induirait un champ électrique .Cela signifie qu'un champ magnétique créera un champ électrique s'il oscille en fonction du temps. Demême, un champ électrique produira également un champ magnétique s'il varie en fonction du temps. Dans une onde électromagnétique, les champs électriques et magnétiques fluctuent tous deux dans le temps, l'un influençant le déplacement de l'autre.
Les champs électriques et magnétiques changeants peuvent être illustrés dans la figure ci-dessous :
Illustration d'une onde électromagnétique,Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Comme tu peux le voir sur la figure ci-dessus, les champs électriques et magnétiques d'une onde électromagnétique changent. Cependant, les ondes électriques et magnétiques seront toujours perpendiculaires l'une à l'autre et à la direction de propagation du mouvement .
Modification des champs magnétiques - Principaux points à retenir
Si l'amplitude du champ magnétique change avec le temps, alors un champ électrique sera induit.
Le champ électrique induit provoquera une tension sur le fil conducteur, et donc un courant passera dans le fil.
Le champ électrique sera induit même s'il n'y a pas de fil de boucle. Cependant, dans ce cas, il n'y a pas de courant induit.
La tension induite dans un circuit est proportionnelle au taux de variation du flux magnétique dans le temps .
En d'autres termes, plus la tension est élevée dans le circuit, plus le champ magnétique change rapidement .
La direction du courant est déterminée par la direction du changement du champ magnétique.
En ajoutant plus de boucles au circuit, nous pouvons augmenter la tension.
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Lily Hulatt
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Lily Hulatt est une spécialiste du contenu numérique avec plus de trois ans d’expérience en stratégie de contenu et en conception de programmes. Elle a obtenu son doctorat en littérature anglaise à l’Université de Durham en 2022, a enseigné au Département d’études anglaises de l’Université de Durham, et a contribué à plusieurs publications. Lily se spécialise en littérature anglaise, langue anglaise, histoire et philosophie.
Gabriel Freitas est un ingénieur en intelligence artificielle possédant une solide expérience en développement logiciel, en algorithmes d’apprentissage automatique et en IA générative, notamment dans les applications des grands modèles de langage (LLM). Diplômé en génie électrique de l’Université de São Paulo, il poursuit actuellement une maîtrise en génie informatique à l’Université de Campinas, avec une spécialisation en apprentissage automatique. Gabriel a un solide bagage en ingénierie logicielle et a travaillé sur des projets impliquant la vision par ordinateur, l’IA embarquée et les applications LLM.
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