Une forme particulière de l'existence de la matière - le champ magnétique terrestre a contribué à l'origine et à la préservation de la vie. Des fragments de ce champ, morceaux de minerai, attirant le fer, conduit électricité au service de l'humanité. Sans électricité, la survie serait impensable.
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Que sont les lignes d'induction magnétique
Le champ magnétique est déterminé par la force à chaque point de son espace. Les courbes qui unissent des points de champ d'intensité égale sont appelées lignes d'induction magnétique. L'intensité du champ magnétique en un point particulier est une caractéristique de puissance et elle est évaluée à l'aide du vecteur champ magnétique B. Sa direction en un point particulier de la ligne d'induction magnétique lui est tangentielle.
Si un point de l'espace est affecté par plusieurs champs magnétiques, l'intensité est déterminée en additionnant les vecteurs d'induction magnétique de chaque champ magnétique agissant. Dans ce cas, l'intensité en un point particulier est sommée en valeur absolue et le vecteur d'induction magnétique est défini comme la somme des vecteurs de tous les champs magnétiques.
Malgré le fait que les lignes d'induction magnétique soient invisibles, elles possèdent certaines propriétés :
- Il est généralement admis que les lignes de champ magnétique sortent au pôle (N) et reviennent de (S).
- La direction du vecteur d'induction magnétique est tangentielle à la ligne.
- Malgré la forme complexe, les courbes ne se croisent pas et se ferment nécessairement.
- Le champ magnétique à l'intérieur de l'aimant est uniforme et la densité de lignes est maximale.
- Une seule ligne d'induction magnétique passe par le point de champ.
La direction des lignes d'induction magnétique à l'intérieur d'un aimant permanent
Historiquement, dans de nombreux endroits sur la Terre, la qualité naturelle de certaines pierres pour attirer les produits en fer a longtemps été remarquée. Au fil du temps, dans la Chine ancienne, des flèches taillées d'une certaine manière dans des morceaux de minerai de fer (minerai de fer magnétique) se sont transformées en boussoles, indiquant la direction vers les pôles nord et sud de la Terre et vous permettant de naviguer sur le terrain.
Des études de ce phénomène naturel ont déterminé qu'une propriété magnétique plus forte dure plus longtemps dans les alliages de fer. Les aimants naturels les plus faibles sont les minerais contenant du nickel ou du cobalt. Au cours de l'étude de l'électricité, les scientifiques ont appris à obtenir des produits magnétisés artificiellement à partir d'alliages contenant du fer, du nickel ou du cobalt.Pour ce faire, ils ont été introduits dans un champ magnétique créé par un courant électrique continu, et, si nécessaire, démagnétisés par un courant alternatif.
Les produits magnétisés dans des conditions naturelles ou obtenus artificiellement ont deux pôles différents - les endroits où le magnétisme est le plus concentré. Les aimants interagissent les uns avec les autres au moyen d'un champ magnétique de sorte que les pôles similaires se repoussent et que les pôles différents s'attirent. Cela génère des couples pour leur orientation dans l'espace de champs plus forts, tels que le champ terrestre.
Une représentation visuelle de l'interaction d'éléments faiblement magnétisés et d'un aimant puissant donne l'expérience classique avec de la limaille d'acier éparpillée sur du carton et un aimant plat en dessous. Surtout si la sciure de bois est oblongue, on voit clairement comment elles s'alignent le long des lignes de champ magnétique. En changeant la position de l'aimant sous le carton, on observe un changement dans la configuration de leur image. L'utilisation de boussoles dans cette expérience renforce encore l'effet de compréhension de la structure du champ magnétique.
Une des qualités des lignes de force magnétiques, découvertes par M. Faraday, suggère qu'elles sont fermées et continues. Les lignes sortant du pôle nord d'un aimant permanent entrent dans le pôle sud. Cependant, à l'intérieur de l'aimant, ils ne s'ouvrent pas et entrent du pôle sud au nord. Le nombre de lignes à l'intérieur du produit est maximal, le champ magnétique est uniforme et l'induction peut s'affaiblir lorsqu'elle est démagnétisée.
Détermination de la direction du vecteur d'induction magnétique à l'aide de la règle de la vrille
Au début du 19ème siècle, les scientifiques ont découvert qu'un champ magnétique est créé autour d'un conducteur et qu'un courant le traverse. Les lignes de force qui en résultent se comportent selon les mêmes règles qu'avec un aimant naturel.De plus, l'interaction du champ électrique d'un conducteur avec le courant et le champ magnétique a servi de base à la dynamique électromagnétique.
Comprendre l'orientation dans l'espace des forces dans les champs en interaction nous permet de calculer les vecteurs axiaux :
- induction magnétique;
- L'amplitude et la direction du courant d'induction ;
- Vitesse angulaire.
Une telle compréhension a été formulée dans la règle de la vrille.
En combinant le mouvement de translation de la vrille droite avec le sens du courant dans le conducteur, on obtient le sens des lignes de champ magnétique, qui est indiqué par la rotation de la poignée.
N'étant pas une loi de la physique, la règle de la vrille en génie électrique est utilisée pour déterminer non seulement la direction des lignes de champ magnétique en fonction du vecteur de courant dans le conducteur, mais également inversement, en déterminant la direction du courant dans les fils du solénoïde en raison de la rotation des lignes d'induction magnétique.
La compréhension de cette relation a permis à Ampère de justifier la loi des champs tournants, qui a conduit à la création de moteurs électriques de divers principes. Tous les équipements rétractables utilisant des inducteurs suivent la règle de la vrille.
Règle de la main droite
La détermination de la direction d'un courant se déplaçant dans un champ magnétique d'un conducteur (un côté d'une boucle fermée de conducteurs) démontre clairement la règle de la main droite.
Il dit que la paume droite, tournée vers le pôle N (les lignes de champ entrent dans la paume), et le pouce dévié de 90 degrés montre la direction du mouvement du conducteur, puis dans un circuit fermé (bobine) le champ magnétique induit un courant électrique , le vecteur de mouvement dont quatre doigts pointent.
Cette règle montre comment les générateurs de courant continu sont apparus à l'origine. Une certaine force de la nature (eau, vent) a fait tourner un circuit fermé de conducteurs dans un champ magnétique, générant de l'électricité. Puis les moteurs, ayant reçu un courant électrique dans un champ magnétique constant, le transforment en un mouvement mécanique.
La règle de la main droite est également vraie pour les inducteurs. Le mouvement du noyau magnétique à l'intérieur de ceux-ci entraîne l'apparition de courants d'induction.
Si les quatre doigts de la main droite sont alignés avec la direction du courant dans les spires de la bobine, alors le pouce dévié de 90 degrés pointera vers le pôle nord.
Les règles de la vrille et de la main droite démontrent avec succès l'interaction des champs électriques et magnétiques. Ils permettent de comprendre le fonctionnement de divers appareils en génie électrique pour presque tout le monde, pas seulement pour les scientifiques.
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