Magnétisme

Propriétés générales du magnétisme et des aimants

Comme le champ électrique, dont on sait qu'il est attractif ou répulsif, les effets magnétiques peuvent être attractifs ou répulsifs. Néanmoins, en général, les lignes du champ magnétique, qui indiquent l'intensité et la direction du champ magnétique, sont fermées. Cela signifie que les effets magnétiques ne sont jamais seulement attractifs ou seulement répulsifs, ils sont toujours les deux à la fois selon l'endroit où l'on se trouve par rapport à la source du champ magnétique.

Avant de comprendre ce concept avec les aimants, prends un moment pour analyser les lignes de champ magnétique générées par un barreau aimanté :

Sur l'image précédente, les lignes du champ magnétique peuvent être facilement tracées grâce à l'orientation des tessons de fer affectés par l'aimant. On peut voir sur la figure ci-dessus que les lignes forment des boucles fermées si on les referme à l'intérieur de l'aimant lui-même. Bien que l'image soit recadrée, toutes les lignes qui apparaissent dans l'image finiront par se fermer.

Qu'est-ce que cela signifie pour les aimants ? En général, à chaque aimant, nous attribuons différents pôles que l'on appelle le nord et le sud en référence aux pôles de la Terre. La convention que nous suivons consiste à attribuer d'abord une direction aux boucles fermées du champ magnétique, puis à appeler pôle nord l'endroit de l'aimant où les lignes du champ magnétique quittent l'aimant et pôle sud l'endroit où les lignes du champ magnétique y pénètrent. Tu trouveras un exemple dans l'image ci-dessous :

Les lois fondamentales du magnétisme sont trop complexes pour être étudiées ici. Mais, nous pouvons tout de même étudier la description du comportement des aimants et les types de magnétisme qu'ils peuvent produire. Les interactions entre les aimants sont régies par les deux lois suivantes :

• Les pôles de même type se repoussent.
• Les pôles de types différents s'attirent.

Principes de base du magnétisme et de l'électromagnétisme

Les aimants sont les objets les plus simples qui présentent des propriétés magnétiques, mais le nombre de phénomènes magnétiques dans la nature ne se limite pas aux barres aimantées ou aux aimants en fer à cheval que nous connaissons. Cependant, nous pouvons tester les propriétés des champs magnétiques généraux en utilisant ces aimants permanents, qui sont des ressources simples et accessibles.

L'un des principes clés des champs magnétiques est qu'ils sont produits par le mouvement de particules chargées. Le champ magnétique produit par les fils conducteurs de courant est produit par le mouvement relatif des électrons à l'intérieur du fil qui constituent le courant. Le champ magnétique produit par un aimant permanent peut être expliqué en considérant le mouvement angulaire des électrons atomiques et le champ magnétique résultant que le courant causé par ce mouvement produit.

Un autre principe clé des champs magnétiques est que leur force diminue avec l'augmentation des distances par rapport à la source duchamp magnétique. Par exemple, le champ magnétique produit par des barreaux aimantés entourés de limaille de fer diminue avec la distance qui les sépare de l'aimant. En effet, l'aimant semble avoir peu d'influence sur la limaille de fer la plus éloignée de l'aimant. Elles ne s'alignent pas sur le champ magnétique produit par l'aimant et semblent donc dispersées dans des directions aléatoires.

Après avoir observé les images de lignes de champ magnétique présentées dans cet article, tu as peut-être remarqué quelques autres propriétés essentielles des lignes de champ magnétique, dont certaines ont été mentionnées précédemment. Les lignes de champ magnétique sont toujours constituées de boucles fermées. Cela signifie que si nous suivons une ligne de champ magnétique, nous finirons toujours par revenir à notre point de départ. Les boucles de champ magnétique ne peuvent pas se croiser et sont associées à une direction particulière qui pointe dans la direction du champ magnétique situé à chaque point de la boucle.

Types de magnétisme

Les deux principaux types de magnétisme que tu dois connaître sont le magnétisme permanent et le magnétisme induit . Nous allons ici souligner les différences entre les deux types de magnétisme et fournir quelques exemples réels de ces deux types afin que tu puisses contextualiser tes connaissances sur le magnétisme.

Aimants permanents

Les aimants permanents produisent leur propre champ magnétique . Ce champ magnétique permanent ne peut pas être "activé ou désactivé", il est simplement toujours présent. Une façon simple et rapide de vérifier si un objet est un aimant permanent est de le tenir près d'un autre aimant permanent connu. Si les deux objets se repoussent ou s'attirent l'un l'autre dès qu'ils sont rapprochés, on peut être sûr que l'objet en question est lui aussi un aimant permanent.

Fig. 5. Les aimants permanents, comme leur nom l'indique, sont durablement magnétiques. Ils ont toujours un pôle nord et un pôle sud. Wikimedia Commons.

Les aimants permanents, comme le barreau aimanté de la figure ci-dessus, ont toujours un pôle nord et un pôle sud. Tu peux déterminer quelle extrémité d'un aimant permanent est le pôle nord et quelle extrémité est le pôle sud en tenant une extrémité de l'aimant à proximité du pôle nord d'un autre aimant permanent connu ; si les aimants s'attirent l'un l'autre, l'extrémité tenue au pôle nord de l'aimant connu est un pôle sud et s'ils se repoussent, l'extrémité tenue à l'aimant connu est le pôle nord.

Aimants induits

Lesaimants induits sont des objets ou des matériaux qui deviennent magnétiques lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique. Lorsque les aimants induits sont retirés du champ magnétique, ils perdent rapidement tout ou la majeure partie de leur magnétisme, c'est pourquoi nous appelons les aimants induits des aimants temporaires. La direction du champ magnétique d'un aimant induit pointera toujours dans la direction du champ magnétique de l'aimant permanent. Cela signifie que l'aimant induit sera attiré vers l'aimant qui le produit.