edubun
Français
English한국어EspañolPortuguêsFrançaisDeutschItalianoNederlandsРусскийBahasa Indonesia日本語
Accueil›Physique

Magnétisme

Les aimants et leurs pôles, les lignes de champ et les boussoles, le champ magnétique terrestre, les électroaimants et les moteurs et générateurs qui les utilisent. Le laboratoire d’énergie trace des lignes de champ que tu explores à l’aide d’une boussole et montre une bobine dont tu peux modifier le nombre de spires et l’intensité du courant.

Progression

À propos de ce cours

En 1600, le médecin anglais William Gilbert publia De Magnete, un livre consacré à ses propres expériences sur les aimants. Il tailla une pierre d'aimant en boule, déplaça de petites aiguilles de boussole sur sa surface et affirma que la Terre elle-même se comporte comme un grand aimant. Des auteurs antérieurs avaient soupçonné un lien entre la Terre et la boussole, mais le livre de Gilbert est le premier à l'énoncer clairement. L'idée explique toujours le fonctionnement de la boussole : le pôle magnétique proche du pôle Nord géographique est, en termes d'aimant, un pôle sud ; c'est pourquoi l'extrémité nord d'une boussole pointe vers lui.

Les cinq unités commencent par les aimants et leurs pôles. Coupe un aimant droit en deux : tu obtiens deux aimants, chacun avec ses pôles nord et sud. Viennent ensuite les champs magnétiques et leurs lignes, avec un champ terrestre d'environ 25 à 65 microteslas à la surface et, à l'intérieur du solénoïde d'une IRM hospitalière, un champ des dizaines de milliers de fois plus fort. Une unité consacrée au champ terrestre prolonge les travaux de Gilbert. Les électroaimants montrent qu'une bobine de 200 spires sur 10 cm, parcourue par 2 A, crée environ 5 mT à l'intérieur, soit environ 100 fois le champ terrestre. La dernière unité couvre les moteurs et les générateurs : un fil de 5 cm parcouru par 20 A perpendiculairement à un champ de 1.5 T subit une force de 1.5 N ; cette idée appliquée à une boucle donne un moteur. Le laboratoire d'énergie dessine des lignes de champ que tu peux sonder avec une boussole et représente la Terre comme un aimant incliné. Tu modifies les spires et le courant d'une bobine de 10 cm ; inverser le courant échange ses pôles.

Avant de commencer

Les trois premières unités, sur les pôles, les lignes de champ et le champ terrestre, ne demandent rien au préalable. Les électroaimants, les moteurs et les générateurs dépendent du courant ; travailler d’abord Électricité rendra la seconde moitié bien plus facile à suivre.

À la fin du cours

À la fin, tu pourras prévoir si deux pôles s’attirent ou se repoussent, esquisser des lignes de champ et expliquer pourquoi elles ne se croisent jamais, et dire pourquoi l’extrémité nord d’une boussole désigne ce qui est, en termes d’aimants, un pôle sud. Tu estimeras le champ à l’intérieur d’une bobine, calculeras la force sur un fil parcouru par un courant dans un champ et expliqueras comment cette force fait tourner un moteur.

  1. 1Les aimants et leurs pôlesCoupe un aimant droit en deux : tu obtiens deux aimants, chacun avec un pôle nord et un pôle sud.
  2. 2Champs magnétiques et lignes de champÀ la surface de la Terre, le champ vaut environ 25 à 65 microteslas ; dans le solénoïde d’un appareil d’IRM hospitalier, il est des dizaines de milliers de fois plus fort.
  3. 3Le champ magnétique terrestreLe pôle magnétique proche du pôle Nord géographique est, au sens physique, un pôle sud ; c’est pourquoi il attire l’extrémité nord d’une boussole.
  4. 4ÉlectroaimantsUne bobine de 200 spires sur 10 cm parcourue par 2 A produit à l’intérieur environ 5 mT, soit environ 100 fois le champ terrestre.
  5. 5Moteurs et générateursUn fil de 5 cm parcouru par 20 A et perpendiculaire à un champ de 1.5 T subit une force de 1.5 N ; applique cette idée à une boucle et tu obtiens un moteur.

Cours associés

  • Le mouvement
    Position, vitesse, vecteur vitesse et accélération, puis chute et trajectoire des objets. Dans le laboratoire de mouvement, tu lances une balle sur Terre, sur la Lune ou sur Mars, et la durée du vol, la hauteur et la portée se calculent sous tes yeux.
  • Les forces
    Poussées, tractions, frottements et gravitation, puis les trois lois par lesquelles Newton relie les forces au mouvement. Dans le laboratoire de mouvement, tu fais osciller un pendule sur Terre, sur la Lune ou sur Mars et tu compares sa période à la formule.
  • Énergie
    Travail, énergie cinétique, énergie potentielle, conservation de l’énergie et puissance, avec les calculs détaillés. Dans le laboratoire d’énergie, tu fais circuler un train de montagnes russes avec des barres d’énergie et un curseur de frottement. Tu peux aussi pousser ou soulever une charge pour observer le travail et la puissance.
  • Les ondes et le son
    Ce qu'est une onde, les liens entre longueur d'onde, fréquence et célérité, la propagation du son, la superposition des ondes, pourquoi les cordes et les tuyaux résonnent à certaines notes, et le spectre électromagnétique. Dans le laboratoire des ondes, tu observes cordes, ressorts, son dans un tube, cuves à ondes et ondes stationnaires, calculés avec les mêmes formules que dans les unités.
Sources de ce cours (16)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 22.1 Magnets (all magnets have N and S poles, north-seeking and south-seeking, like poles repel and unlike attract, poles cannot be separated, the magnetic pole near the geographic North Pole is a south magnetic pole, sunspots come in N/S pairs)
  • 22.2 Ferromagnets and electromagnets (iron, cobalt, nickel, gadolinium; neodymium alloys; domains grow to millimetre size; Curie temperature of iron 1043 K (770 °C); Oersted saw a compass needle deflected by a current; electromagnets in scrapyard cranes, particle accelerators and MRI; electric current is the source of all magnetism; no monopoles observed)
  • 22.3 Magnetic fields and field lines (direction = where a compass north end points; four rules: tangent, density = strength, never cross, closed loops from N to S outside)
  • 22.7 Magnetic force on a current-carrying conductor (F = I l B sin θ, 1 T = 1 N/(A·m), example 20.0 A, 5.00 cm, 1.50 T gives 1.50 N; motors)
  • 22.9 Magnetic fields produced by currents (Oersted 1820, right hand rule 2, B = μ0 I ÷ (2π r), μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, Earth's field about 5.0 × 10⁻⁵ T, 25 A at 5.0 cm gives twice that; loop centre B = N μ0 I ÷ 2R; solenoid B = μ0 n I, 2000 loops over 2.00 m with 1600 A gives 2.01 T, MRI; ferromagnetic cores)
  • 23.1 Induced emf and magnetic flux (Faraday's iron-ring apparatus, emf only while the field changes, magnet pushed into a coil, faster motion gives more emf, generators, Φ = B A cos θ)
  • NIST CODATA 2022 vacuum magnetic permeability μ0 = 1.25663706127(20) × 10⁻⁶ N/A² (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0)
  • NOAA NCEI Geomagnetism Frequently Asked Questions (ncei.noaa.gov/products/geomagnetism-frequently-asked-questions): field like a dipole at Earth's centre, over 90% from the outer core, intensity roughly 25,000 to 65,000 nT (0.25 to 0.65 gauss)
  • 1 gauss = 100,000 nT, declination = angle between magnetic north and true north (east positive)
  • inclination, dip poles, dipole axis 9.41° from the rotation axis (WMM2020, 2020.0)
  • north magnetic pole moving about 55 km per year north-northwest (2001 and 2007 surveys)
  • last reversal about 750,000 to 780,000 years ago, reversals spaced 5 thousand to 50 million years, a reversal would take several thousand years, models renewed every five years, blackout zones where H < 2000 nT, compass balance weights differ by hemisphere, true bearing = magnetic bearing + declination
  • NOAA NCEI news "World Magnetic Model 2025 Released" (17 December 2024)
  • NOAA NCEI "December 2025 State of the Geomagnetic Field" (north dip pole 36 km/yr and south dip pole 9 km/yr since 1 January 2025)
  • USGS, "Pre-gilbertian conceptions of terrestrial magnetism" (pubs.usgs.gov/publication/70009843): Gilbert's De Magnete (1600) first suggested that Earth behaves as a great magnet. Royal Institution, Michael Faraday's ring-coil apparatus (rigb.org): made August 1831, success on 29 August 1831, the first electric transformer
  • APS News "This Month in Physics History" (Aug 2001): Faraday's electromagnetic rotation experiments of September 1821, the principle behind the electric motor.

Consulté le: 2026-10-17