Électricité et Magnétisme

Même si nous ne savons pas exactement ce qu'ils sont ou comment ils fonctionnent, nous avons tous entendu parler et même utilisé l'électricité et le magnétisme, séparément ou ensemble. Nous savons que nous avons besoin d'électricité, nous en produisons pour nos maisons, mais comment fonctionne-t-elle ? Quelles sont les règles que suit l'électricité ? Nous savons que le magnétisme existe sur terre, mais où ? Pourquoi fonctionne-t-il comme il le fait ? De plus, comment ces deux concepts importants de la physique sont-ils liés l'un à l'autre ? Découvrons-le.

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    Définition de l'électricité et du magnétisme en physique

    Dans le monde de la physique, l'électricité et le magnétisme ont tendance à aller de pair. Ils jouent tous deux un rôle clé dans l'électromagnétisme et les champs électromagnétiques, et les charges électriques réagissent non seulement aux champs électriques, mais aussi aux champs magnétiques. Les charges électriques génèrent leurs propres champs magnétiques lorsqu'elles se déplacent dans un fil, de sorte que, dans un sens, les aimants réagissent aussi parfois aux champs électriques.

    Pour comprendre la relation entre l'électricité et le magnétisme, il faut d'abord les considérer comme des entités distinctes.

    Définition de l'électricité

    L'électricité n'a pas de définition stricte, mais plutôt une description.

    L'électricité peut être décrite comme englobant tous les phénomènes qui se produisent en raison de charges électriques.

    Leschamps électriques sont des zones dans lesquelles une force électrique peut être ressentie.

    L'électricité peut se présenter sous l'une des deux formes suivantes : dynamique ou statique. Ces formes signifient simplement que les particules chargées qui composent l'électricité sont respectivement en mouvement ou au repos. Les charges en mouvement forment un courant, et c'est la forme que prend l'électricité dans les fils et les circuits électriques dans leur ensemble. En revanche, l'électricité statique se produit lorsqu'un déplacement d'électrons s'est produit entre deux objets qui ne sont généralement pas de bons conducteurs d'électricité, ce qui signifie que les charges de ces deux objets ne seront pas équilibrées.

    La capacité d'un matériau à conduire ou à isoler l'électricité dépend de la quantité d'électrons libres dont disposent les atomes qui le composent. C'est ce qu'on appelle la valence d'un atome, et plus il y a d'électrons dits de valence, mieux le matériau conduira l'électricité.

    Définition du magnétisme

    Comme l'électricité, le magnétisme est mieux présenté sous la forme d'une description plutôt que d'une définition précise.

    Lemagnétisme peut être décrit comme englobant tous les phénomènes qui se produisent à la suite de l'aimantation d'aimants permanents et induits et de charges en mouvement.

    Leschamps magnétiques sont les zones dans lesquelles la force magnétique peut être ressentie.

    Les champs magnétiques ne sont pas visibles, et nous savons qu'ils existent grâce à leurs interactions avec des objets capables d'interagir avec un champ magnétique. Parmi les objets capables d'interagir avec les champs magnétiques, on trouve une petite liste de métaux contenant du cobalt, du nickel et du fer. En outre, d'autres champs magnétiques sont capables d'interagir avec eux, y compris les champs magnétiques que nous savons pouvoir être générés par un courant se déplaçant dans un fil.

    Une image d'un aimant.Fig. 1. Un aimant typique, avec un pôle nord et un pôle sud.Wikimedia Commons

    Lorsqu'un champ électrique est généré à partir d'un champ magnétique, ou inversement, cette combinaison est responsable de ce que l'on appelle un champ électromagnétique. Ce champ transmet parfois des ondes, que l'on appelle ondes électromagnétiques. Ces ondes sont responsables de beaucoup de choses que nous voyons dans la vie de tous les jours, car les ondes radio, les micro-ondes, les ondes lumineuses visibles, les rayons X et les rayons gamma relèvent tous des ondes électromagnétiques.

    Différence entre l'électricité et le magnétisme

    Nous avons déjà établi que la relation entre l'électricité et le magnétisme est très forte, mais il y a encore des choses qui les distinguent tous les deux. Par exemple, les champs électriques sont beaucoup plus puissants que les champs magnétiques, dans le sens où les forces qu'ils exercent sont plus massives par rapport à l'énergie nécessaire pour les générer.

    Une autre différence essentielle entre l'électricité et le magnétisme est qu'un champ électrique peut être généré par un monopôle électrique, c'est-à-dire un point unique d'où partent les lignes du champ électrique. Cela n'est pas possible dans le magnétisme : comme les monopôles magnétiques n'existent pas, il doit toujours y avoir deux pôles à une source magnétique et, par conséquent, il n'existe pas de champs magnétiques dont les lignes de champ magnétique émergent d'un seul point.

    Effets de l'électricité et du magnétisme

    Le déplacement d'une charge électrique a pour effet d'induire un champ magnétique. À son tour, l'effet d'un champ magnétique en mouvement est l'induction d'un courant électrique.


    Électricité et magnétisme Une boucle de courant magnétique tournant autour d'un champ électrique StudySmarterFig. 2. Exemple de courant magnétique induisant un champ électrique. Wikimedia Commons

    L'électricité et le magnétisme ont de nombreux effets sur beaucoup de choses. Les effets sur le corps humain et sa santé sont toutefois notables. Le corps humain contient et utilise régulièrement des courants électriques, dans le cerveau, dans le système nerveux et dans tout le reste du corps. Les champs électriques et magnétiques qui traversent le corps sont donc capables de générer un courant électrique à l'intérieur de ton corps, provoquant éventuellement des troubles visuels, ainsi que des mouvements musculaires, car tes muscles sont activés par le courant électrique. Cependant, pour les champs électriques et magnétiques externes, cela nécessiterait une intensité de champ beaucoup plus élevée que celle des champs électriques et magnétiques que tu peux rencontrer dans la vie de tous les jours, et ce n'est donc pas un problème que tu t'attends à rencontrer un jour.

    Propriétés de l'électricité et du magnétisme

    Nous avons examiné ce que l'électricité et le magnétisme sont capables de provoquer comme effets, quelles sont leurs similitudes et quelles sont leurs différences. Mais quelles sont leurs propriétés réelles ?

    La première et la plus évidente propriété du magnétisme est qu'il produira une attraction ou une répulsion magnétique pour les objets et les matériaux qui sont magnétiques. Deuxièmement, les pôles des aimants se repoussent toujours s'ils sont identiques, et s'attirent toujours s'ils sont opposés. Troisièmement, si un aimant est en état de suspension, sans aucune force agissant sur lui autre que la force magnétique terrestre, il s'immobilisera dans une orientation orientée du nord au sud. Enfin, si un aimant possède un pôle, il aura toujours un autre pôle opposé : il n'y a pas de monopôles magnétiques.

    La propriété la plus importante de l'électricité est qu'il existe des monopôles électriques : les électrons ont une charge négative tandis que les protons ont une charge positive. Les charges similaires se repoussent et les charges opposées s'attirent. La Terre n'a pas de champ électrique, donc un objet chargé n'aura pas tendance à prendre une direction ou une orientation particulière si aucune force n'agit sur lui, à l'exception du champ électromagnétique de la Terre.

    Exemple d'électricité et de magnétisme en physique

    Comme tu le sais peut-être, l'électricité et le magnétisme sont fréquemment rencontrés et utilisés dans la vie quotidienne, en particulier l'électricité, car elle alimente tout notre monde.

    Le magnétisme

    Le plus grand exemple de magnétisme que tu puisses connaître est de loin le champ magnétique qui recouvre toute la planète, appelé magnétosphère. La magnétosphère nous protège des radiations nocives provenant de l'espace lointain, ainsi que des radiations solaires émises par notre soleil.

    Électricité et magnétisme Diagramme de la terre avec les dipôles magnétiques affichés StudySmarter

    Fig. 3. Le champ magnétique de la Terre, avec le champ émettant du pôle sud et entrant par le pôle nord, Wikimedia Commons.

    Les boussoles font preuve de magnétisme en conjonction avec notre utile magnétosphère. L'aiguille d'une boussole est magnétisée, donc tant qu'elle est sur Terre, le champ magnétique terrestre l'affecte. La pointe de l'aiguille est son pôle nord, c'est pourquoi elle est attirée par le pôle nord : le pôle nord est le pôle sud magnétique.

    L'électricité

    Bien sûr, nous connaissons les nombreuses utilisations de l'électricité et savons qu'elle alimente beaucoup de nos appareils et machines que nous utilisons tous les jours. Mais qu'en est-il des utilisations moins connues mais tout aussi importantes de l'électricité ? Commençons par la galvanoplastie. La galvanoplastie consiste à recouvrir un métal d'une couche d'oxyde qui le protège. Pour ce faire, on utilise un courant électrique qui dissout les impuretés du métal. Regarde l'image ci-dessous pour savoir à quoi cela ressemble.

    Électricité et magnétisme Un bécher contenant un liquide, deux objets métalliques reliés à un carré avec des étiquettes StudySmarter

    Fig. 4. Comment fonctionne la galvanoplastie : la cuillère est immergée dans un liquide tandis qu'un courant passe entre la cathode et l'anode pour recouvrir le métal de l'oxyde contenu dans le liquide, Wikimedia Commons.

    L'un des exemples les plus fantastiques mais très réels de l'électricité est la façon dont certaines créatures l'utilisent comme moyen de détection. La plupart des animaux sous-marins tels que les requins génèrent leur propre champ électrique dans une zone autour de leur corps, et si une autre créature passe à travers ce champ, elle le modifie légèrement. Le requin le sait, ainsi que l'endroit du champ où la perturbation s'est produite, et se jette sur sa proie. C'est ce qu'on appelle l'électroréception.

    Électricité et magnétisme - Principaux points à retenir

    • L'électricité et le magnétisme ont de nombreuses similitudes et différences.
      • Tous deux jouent un rôle clé dans les champs et les ondes électromagnétiques, comme les ondes radio, les micro-ondes, la lumière visible, les rayons X et les rayons gamma.
      • Cependant, les champs électriques sont généralement beaucoup plus forts que les champs magnétiques, et il existe des monopôles électriques alors qu'il n'y a pas de monopôles magnétiques.
    • L'électricité et le magnétisme s'influencent l'un l'autre et l'un peut toujours induire l'autre.
    • L'électricité est utilisée dans le corps humain pour envoyer des messages par l'intermédiaire des neurones.
    • Propriétés du magnétisme :
      • Les pôles magnétiques semblables se repoussent et les pôles magnétiques opposés s'attirent.
      • La Terre possède un champ magnétique qui influence tous les aimants.
      • Il n'existe pas de monopôles magnétiques.
    • Propriétés de l'électricité :
      • Les charges électriques semblables se repoussent et les charges électriques opposées s'attirent.
      • Il existe des monopôles électriques, par exemple les électrons et les protons.
    • Un exemple d'électricité en physique est la galvanoplastie.
    • Un exemple de magnétisme en physique est la magnétosphère terrestre.
    Questions fréquemment posées en Électricité et Magnétisme
    Qu'est-ce que l'électricité?
    L'électricité est le mouvement de particules chargées, principalement des électrons, à travers un conducteur pour transférer de l'énergie.
    Comment fonctionne un aimant?
    Un aimant fonctionne en générant un champ magnétique qui attire ou repousse certains métaux comme le fer.
    Quelle est la différence entre l'électricité statique et le courant électrique?
    L'électricité statique est une accumulation temporaire de charge à un endroit, tandis que le courant électrique est un flux continu de charges.
    Comment les électro-aimants fonctionnent-ils?
    Les électro-aimants fonctionnent en faisant passer un courant électrique à travers une bobine de fil, créant un champ magnétique.

    Teste tes connaissances avec des questions à choix multiples

    Lequel des éléments suivants est induit par un champ magnétique changeant ?

    À laquelle des inventions suivantes Benjamin Franklin n'a-t-il PAS contribué ?

    Quelles sont les similitudes que Franklin a remarquées entre la foudre et l'électricité ?

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