Champ magnétique

Le champ magnétique transmet les forces d'un aimant. C'est un champ d'énergie électromagnétique. L'intensité du champ magnétique indique donc la puissance d'un aimant. Comme la quantité d'énergie magnétique est décrite par le produit énergétique, dans lequel l'intensité du champ magnétique entre au carré, un aimant dont l'intensité du champ magnétique est doublée exerce une force quatre fois plus forte par rapport à un aimant avec une intensité de champ simple.

Visualiser les champs magnétiques par des lignes de champ

Le champ magnétique est souvent représenté par des lignes de champ. Ces lignes de champ deviennent visibles lorsque de la poudre de fer est dispersée sur un papier sous lequel se trouve un aimant. Dans un tel cas, les particules de fer s'alignent parallèlement aux lignes de champ et permettent de visualiser le champ magnétique.

Les lignes de champ magnétiques sont toujours fermées, elles vont par définition du pôle nord vers le pôle sud d'un aimant et sont perpendiculaires à la surface de l'aimant. En principe, des charges en mouvement causent des champs magnétiques. Un fil traversé par un courant génère donc également un champ magnétique.

Le champ magnétique est un pur champ dipolaire. Cela signifie qu'il n'existe pas de charges magnétiques pouvant être considérées comme un pôle individuel, mais toujours des aimants avec un pôle nord et un pôle sud. Il peut être prouvé mathématiquement que pour cette raison, les lignes de champ sont toujours fermées. Elles vont du pôle nord au pôle sud et reviennent à l'intérieur de l'aimant au pôle nord.

Les équations de Maxwell pour décrire les champs magnétiques

Le champ magnétique est décrit par les équations de Maxwell. Les équations de Maxwell indiquent le degré de densité des lignes de champ magnétique pour des répartitions de courant données ainsi que leur direction. Grâce aux équations de Maxwell, il est donc possible de calculer l'intensité d'un champ magnétique pour des courants donnés et la direction dans laquelle agissent les forces magnétiques. Le champ magnétique n'a pas de source, alors que les charges électriques sont les sources du champ électrique. Cela se manifeste par le fait que des lignes de champ "sortent" des charges ou y entrent. Les sources du champ magnétique n'existent pas. Cependant, des champs électriques et des courants variables provoquent des tourbillons magnétiques. Le champ magnétique est donc un champ de tourbillons pur.

Si de nombreux petits aimants se superposent, l'intensité totale du champ magnétique mesurable est égale à la somme de tous les champs magnétiques des petits aimants. Il s'agit du principe de superposition. Du principe de superposition résulte que de nombreux petits courants circulaires microscopiques dans un matériau, qui conduisent chacun à un aimant élémentaire, provoquent ensemble une aimantation mesurable, c'est-à-dire un champ magnétique perceptible, lorsque tous les aimants élémentaires sont orientés de manière uniforme. En revanche, si les aimants élémentaires sont orientés de manière arbitraire, aucun champ magnétique n'est mesurable à l'extérieur.

Calculer des champs magnétiques

Contrairement à une idée reçue, le champ magnétique n'est pas abrégé par la lettre B en physique et n'est pas mesuré en Tesla ou Gauss comme ce champ champ B qui désigne la densité de flux magnétique. En effet, le champ magnétique est abrégé par la lettre H et mesuré en ampères par mètre.

La relation suivante s'applique

\( H = \frac{1}{\mu\mu_0}\cdot {B}\)
Dans ce cas, μ représente la perméabilité magnétique du matériau occupé par le champ magnétique. μ₀ est la constante de perméabilité magnétique du vide. Pour le vide et approximativement pour l'air, μ = 1. Pour le fer, cependant, μ peut atteindre des valeurs allant jusqu'à quelques milliers.

La densité de flux magnétique d'une bobine parcourue par un courant est amplifiée par le facteur μ si un matériau présentant une perméabilité magnétique μ se trouve dans la bobine. La densité de flux magnétique n'a pas de sources ni de puits. Elle pénètre donc dans l'espace aérien à partir du fer sans changer de taille. Elle génère un champ magnétique de taille correspondante dans l'espace aérien. Les champs magnétiques sont donc renforcés par le contact avec des matériaux ferromagnétiques.

On peut imaginer qu'en raison d'un champ magnétique dans un matériau ferromagnétique, les < ? link_to_term("18", "moments magnétiques"); ?> microscopiques présents sont alignés parallèlement et génèrent donc eux-mêmes une densité de flux magnétique. Cette densité de flux magnétique peut être beaucoup plus forte (par un facteur μ) que la densité de flux magnétique qui a alignés initialement les nombreux aimants élémentaires.

La dépendance quadratique des forces magnétiques par rapport à l'intensité du champ magnétique peut être représentée de manière concrète. Lors de la magnétisation du fer, dans le champ d'un hypothétique aimant "M4" avec une intensité deux fois plus forte qu'un autre aimant "M1", le fer est également magnétisé deux fois plus fortement. Le fer, lui-même magnétisé deux fois plus fortement dans le champ de M4 (par rapport à M1), est alors attiré deux fois plus fortement par l'aimant M4 par unité de magnétisation (par rapport à M1). L'effet de force magnétique total et la quantité d'énergie magnétique totale sont donc quatre fois plus importants dans l'aimant M4 que dans M1. L'effet de force et le produit énergétique augmentent de manière quadratique avec la densité de flux magnétique ou le champ magnétique.