Forme particulière d'existence de la matière, le champ magnétique de la Terre a contribué à la naissance et à la préservation de la vie. Les fragments de ce champ, des morceaux de minerai attirés par le fer, ont conduit à 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 défini par l'intensité en chaque point de son espace. Les courbes joignant les points de champ de tensions modulo égales sont appelées lignes d'induction magnétique. L'intensité du champ magnétique en un point spécifique est une caractéristique de la force, et le vecteur champ magnétique B est utilisé pour l'estimer. Sa direction en un point spécifique de la ligne d'induction magnétique est tangentielle à celle-ci.
Si un point dans 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 additionnée modulo, et le vecteur d'induction magnétique est défini comme la somme des vecteurs de tous les champs magnétiques.
Bien que les lignes d'induction magnétique soient invisibles, elles ont certaines propriétés :
- On suppose que les lignes de force du champ magnétique partent du 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 sont nécessairement court-circuitées.
- Le champ magnétique à l'intérieur de l'aimant est homogène et la densité de lignes est maximale.
- Une seule ligne d'induction magnétique passe par un point du champ.
Direction des lignes d'induction magnétique à l'intérieur d'un aimant permanent
Historiquement, la propriété naturelle de certaines pierres d'attirer le fer a été observée depuis longtemps dans de nombreux endroits sur Terre. Au fil du temps, dans la Chine ancienne, des flèches taillées d'une certaine manière dans des morceaux de minerai de fer (ironstone magnétique) se sont transformées en boussoles, indiquant la direction des pôles nord et sud de la Terre et permettant de s'orienter sur le terrain.
Les recherches sur ce phénomène naturel ont montré que les alliages de fer ont une propriété magnétique plus forte pendant plus longtemps. Les aimants naturels les plus faibles sont les minerais contenant du nickel ou du cobalt. En étudiant l'électricité, les scientifiques ont appris à fabriquer des objets artificiellement magnétisés à partir d'alliages contenant du fer, du nickel ou du cobalt. Pour ce faire, ils ont été placés dans un champ magnétique produit par un courant électrique continu et, si nécessaire, démagnétisés par un courant alternatif.
Les produits magnétisés dans la nature ou produits artificiellement ont deux pôles différents - les endroits où le magnétisme est le plus concentré. Les aimants interagissent entre eux au moyen d'un champ magnétique, de sorte que les pôles de même nom se repoussent et que les pôles de noms différents s'attirent. Cela forme des moments de rotation pour leur orientation dans l'espace de champs plus forts, par exemple le champ de la Terre.
Une représentation visuelle de l'interaction entre des éléments faiblement magnétisés et un aimant puissant est donnée par l'expérience classique de la limaille d'acier dispersée sur du carton et d'un aimant plat placé en dessous. En particulier si la sciure est oblongue, on peut clairement voir comment elle s'aligne le long des lignes de force du 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 la compréhension de la structure du champ magnétique.
Une des qualités des lignes de champ magnétique découverte par M. Faraday suggère qu'ils sont fermés et continus. Les lignes qui sortent du pôle nord d'un aimant permanent entrent dans le pôle sud. Cependant, à l'intérieur de l'aimant, ils ne sont pas ouverts et entrent du pôle sud dans le pôle nord. Le nombre de lignes à l'intérieur du produit est maximisé, le champ magnétique est homogène et l'induction peut devenir plus faible lors de la démagnétisation.
Détermination de la direction du vecteur d'induction magnétique à l'aide de la règle de la perceuse
Au début du 19e siècle, les scientifiques ont découvert qu'un champ magnétique est créé autour d'un conducteur traversé par un courant. Les lignes de force qui en résultent se comportent selon les mêmes règles qu'un aimant naturel. De plus, l'interaction entre le champ électrique d'un conducteur parcouru par un courant et le champ magnétique a fourni la base de la dynamique électromagnétique.
La compréhension de l'orientation dans l'espace des forces dans les champs en interaction permet de calculer les vecteurs axiaux :
- L'induction magnétique ;
- Magnitudes et directions du courant d'induction ;
- Vitesse angulaire.
Cette compréhension a été formulée dans la règle du borax.
En combinant le mouvement de translation du borawlik de droite avec la direction du courant dans le conducteur, on obtient la direction des lignes de champ magnétique telle qu'indiquée par la rotation de la manivelle.
N'étant pas une loi de la physique, la règle du carver en électrotechnique est utilisée pour déterminer non seulement la direction des lignes de champ magnétique en fonction du vecteur de courant dans le conducteur, mais au contraire, pour déterminer 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 au développement de moteurs électriques de différents principes. Tous les appareils inductifs utilisant des bobines inductives suivent la règle du borax.
Règle de la main droite
La règle de la main droite permet de déterminer la direction d'un courant se déplaçant dans le champ magnétique d'un conducteur (un côté d'une bobine fermée de conducteurs).
Elle indique qu'avec la paume droite tournée vers le pôle N (les lignes électriques entrent dans la paume) et le pouce dévié de 90 degrés montrant la direction du conducteur, alors dans une boucle fermée (bobine) le champ magnétique induit un courant électrique, dont le vecteur de mouvement est indiqué par les quatre doigts.
Cette règle montre comment les générateurs de courant continu ont vu le jour. Une force de la nature (eau, vent) faisait tourner une boucle fermée de conducteurs dans un champ magnétique, générant de l'électricité. Puis les moteurs, ayant reçu un courant électrique dans un champ magnétique constant, le convertissaient en mouvement mécanique.
La règle de la main droite est également vraie dans le cas des bobines d'inductance. Le mouvement d'un noyau magnétique en leur sein produit des courants d'induction.
Si les quatre doigts de la main droite sont alignés avec le sens du courant dans les bobines d'une bobine, alors le pouce dévié de 90 degrés pointera vers le pôle nord.
Les règles du borax et de la règle de la main droite démontrent avec succès l'interaction des champs électriques et magnétiques. Ils permettent à presque tout le monde, et pas seulement aux scientifiques, de comprendre le fonctionnement des différents dispositifs de l'ingénierie électrique.
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