Par Syed Hussain Ather – Mis à jour le 24 mars 2022
Un champ magnétique est la région invisible autour d’un aimant où agissent les forces magnétiques. Pour un dipôle typique, les lignes de champ émergent du pôle nord, traversent l'espace et reviennent au pôle sud :le même motif qui façonne le champ géomagnétique de la Terre.
Le champ terrestre protège la planète du vent solaire, protégeant ainsi la couche d’ozone et la vie à la surface. Le champ empêche également la perte de gaz atmosphériques, jouant un rôle crucial dans le maintien de notre environnement.
Placez un aimant sous une feuille de papier, saupoudrez de limaille de fer dessus et observez le motif qu'elles forment. L'arrangement résultant révèle la direction et la concentration des lignes de champ magnétique autour de l'aimant.
L'intensité du champ magnétique est mesurée en Tesla (T). Plus les lignes de champ entre les pôles sont denses, plus le champ est fort.
Chaque fois que des charges électriques se déplacent, elles produisent un champ magnétique. Dans un fil droit transportant un courant I, le champ entoure le fil en boucles concentriques, relation décrite par la loi d'Ampère :
\(B =\dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}\)
où \(\mu_0\) (4π×10⁻⁷ H/m) est la perméabilité de l'espace libre et r est la distance au fil.
La règle de la main droite permet de déterminer la direction des champs magnétiques autour des courants :pointez le pouce dans la direction du courant conventionnel et les doigts courbés indiquent la direction du champ.
Le magnétisme dépend de la disposition des électrons au sein des atomes. Les principales catégories sont :
Lorsqu'une particule chargée q se déplace avec une vitesse v dans un champ électrique E et un champ magnétique B, sa force totale est donnée par l'équation de Lorentz :
\(F =qE + q\mathbf{v}\times\mathbf{B}\)
La composante magnétique, \(q\mathbf{v}\times\mathbf{B}\), dépend du produit croisé de la vitesse et du champ magnétique, et elle est nulle lorsque v est parallèle à B.
Le produit croisé produit un vecteur perpendiculaire aux deux vecteurs d’entrée. À l'aide de la règle de la main droite, pointez votre index le long d'un vecteur, votre majeur le long de l'autre, et votre pouce pointe dans la direction du produit vectoriel obtenu.
L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est l’une des utilisations les plus connues des champs magnétiques. Les machines génèrent des champs de 0,2 à 0,3 T, alignant les noyaux d’hydrogène dans le corps. Lorsque le champ est désactivé, les noyaux reviennent à leur orientation d'origine, émettant des signaux qui sont utilisés pour construire des images internes détaillées.
Du bouclier protecteur autour de la Terre aux puissants diagnostics dans les hôpitaux, les champs magnétiques sont fondamentaux à la fois pour notre monde naturel et pour la technologie moderne. Comprendre comment ils se forment, interagissent et peuvent être exploités permet aux scientifiques et aux ingénieurs d'innover dans toutes les disciplines.