Lorsqu’une charge électrique est en mouvement, un champ magnétique se crée autour d’elle. Les deux règles de la main droite permettent de connaitre le sens du champ magnétique selon que le courant circule dans un fil droit ou dans un solénoïde.
Un champ magnétique est invisible à l’œil nu. Pour mieux le visualiser, on le représente par des traits imaginaires, appelés lignes de champ magnétique.
- Les flèches indiquent la direction du pôle nord d’une boussole placée dans ce champ.
- L’espacement entre les lignes indique l’intensité du champ magnétique.
- Lignes rapprochées : Champ magnétique puissant.
- Lignes espacées : Champ magnétique faible.
Lorsqu’un fil droit est parcouru par un courant électrique, un champ magnétique de forme circulaire est produit autour du fil.
On le représente alors par des cercles qui ont tous le même centre (le fil). C’est ce qu’on appelle des cercles concentriques. Plus on s’éloigne du fil, plus le champ est faible, donc plus les cercles sont espacés.
(1re règle de la main droite)
Pour déduire le sens des lignes de champ magnétique (ou l’orientation du pôle nord d’une boussole) autour d’un fil droit, on peut utiliser la 1re règle de la main droite.
La 1re règle de la main droite
- Le pouce de la main droite pointe dans le sens conventionnel du courant, soit de la borne positive vers la borne négative.
- L’enroulement des doigts indique le sens des lignes de champ magnétique.
L’intensité du champ magnétique produit autour d’un fil droit peut dépendre de facteurs tels que :
- l’intensité du courant électrique;
- la nature du fil conducteur.
Plus l’intensité du courant (I) électrique est grande, plus le champ magnétique produit est puissant.
Plus la conductibilité électrique du matériau qui compose le fil conducteur est grande, plus le champ magnétique produit est puissant.
Un solénoïde est un fil conducteur enroulé en forme d’hélice (comme un ressort). Chaque tour de fil est appelé une spire.
Lorsqu’un courant électrique traverse un solénoïde, les champs magnétiques produits autour de chaque spire (tour de fil) s’additionnent pour former un seul champ, beaucoup plus puissant, qui ressemble à celui produit autour d’un aimant droit.
Comme pour un aimant droit, le champ magnétique produit à l’extérieur d’un solénoïde se dirige de son pôle nord vers son pôle sud. À l’intérieur d’un solénoïde, le champ magnétique se dirige de son pôle sud vers son pôle nord.
Le positionnement du pôle nord et du pôle sud d’un solénoïde est dicté par le sens du courant électrique qui le parcourt. Les pôles d’un solénoïde peuvent donc être inversés en changeant le sens du courant dans le circuit.
Pour déduire la position du pôle nord d’un solénoïde, on peut utiliser la 2e règle de la main droite.
La 2e règle de la main droite
- Les doigts de la main droite sont enroulés autour du solénoïde en suivant le sens conventionnel du courant.
- Dans cette position, le pôle nord du solénoïde se trouve à l’extrémité pointée par le pouce et le pôle sud à l’extrémité opposée.
L’intensité du champ magnétique produit par un solénoïde dépend de plusieurs facteurs tels que :
- l’intensité du courant électrique qui le traverse;
- le nombre de spires (tours de fil) qui le compose;
- la présence d’un noyau (tige située à l’intérieur) et sa nature.
Plus l’intensité du courant électrique est élevée, plus le champ magnétique produit par un solénoïde est puissant.
Plus le nombre de spires d’un solénoïde est élevé, plus le champ magnétique sera intense
L’ajout d’une tige ferromagnétique au centre d’un solénoïde augmente considérablement la puissance du champ magnétique qu’il produit. On appelle cette tige noyau.
Lorsqu’un courant électrique parcourt un solénoïde, le noyau s’aimante et son champ magnétique renforce celui produit par le solénoïde. La nature du noyau influence également l’intensité du champ magnétique.
Un dispositif capable de produire un champ magnétique puissant et temporaire est appelé électroaimant. Les solénoïdes possédant un noyau ferromagnétique sont donc des électroaimants.
En ingénierie, les électroaimants sont couramment utilisés pour la confection de nombreux objets technologiques qui nous entourent.
Le fonctionnement d’un hautparleur repose sur l’utilisation d’un électroaimant.
Un hautparleur est composé d’une membrane souple fixée au solénoïde d’un électroaimant. Le solénoïde est fixé à son tour au centre du hautparleur, de manière à lui permettre seulement des mouvements de translation.
De plus, l’électroaimant est entouré d’un aimant permanent. Ainsi, lorsqu’un signal électrique traverse l’électroaimant, le champ magnétique qu’il produit interagit avec l’aimant permanent.
En fonction du sens et de l’intensité du courant qui traverse l’électroaimant, le solénoïde est attiré ou repoussé par l’aimant permanent, ce qui le fait osciller.
Le mouvement d’oscillation du solénoïde est ensuite transmis vers la membrane souple, ce qui lui permet de compresser momentanément les particules d’air environnantes et de produire une onde sonore.
Un électroaimant de levage est couramment utilisé dans les cours de recyclage de métal pour déplacer la ferraille. Ces gigantesques électroaimants, lorsqu’alimentés, génèrent un champ magnétique capable d’attirer jusqu’à des tonnes de déchets ferromagnétiques.
