INTRO MS

Introduction au MagnétoStatisme

Aux alentours d'un fil dans lequel débite un courant, une particule chargée en mouvement, subit une force.

La source de cette force ne peut être que le courant débité dans le fil.

On suppose que ce courant induit en son voisinage un champ appelé induction, et noté B, dont l'action sur une particule chargée a été quantifie par Lorentz (Hollandais, Prix Nobel de physique en 1902)

Une fois n'est pas coutume: commençons par la fin, et exprimons la force subie par une particule chargée q de vitesse v plongée dans une induction . Cela nous permettra juste d'aborder les notions de Force de Laplace etc … dans les rappels des grandeurs physiques.

Notons que, dans notre exemple du fil et de la particule chargée, que si la particule chargée est en mouvement, alors ce mouvement de charge constitue lui-même un courant. Ce courant, qui dépend à priori du courant dans le fil, induit aussi un champ propre:

 - la particule chargée n'est pas soumise au champ imposée par le fil mais à la superposition du champ imposé par le fil et de son champ propre

 - le fil subit lui aussi une force, puisque support d'un mouvement de charge

C'est là toute la difficulté d'un problème magnétique: le couplage et la superposition.

Vu que c'est déjà assez compliqué comme cela, nous nous cantonnerons dans un premier temps aux problèmes magnétostatiques, i.e. les problèmes dans lesquelles les différents champs de l'espace ne dépendant pas du temps, i.e. pour tout point:

Des résultats à connaître… parce qu’on savait très bien que la pomme tombait avant d’écrire le Principe Fondamental de la Dynamique

On a vu plus haut qu’un courant était source d’une induction magnétique.

La première chose à connaître est la distribution de ce champ pour 2 formes de courant particulières :

 - Un fil infiniment long (c'est-à-dire qu’il se reboucle bien plus loin que les limites de l’espace d’étude)

 - Une spire

Dans ces 2 cas le champ peut être appréhendé par la loi de la main droite : il suffit de suivre le courant avec le pouce s’il est rectiligne ou avec les doigts s’il est incurvé (ongles dans le sens du courant), et le champ suit ce que l’on n’a pas utilisé (pouce ou doigts) pour la description du champ :

Notons que dans le cas du fil nous prévoyons l’orientation du champ dans tout l’espace, alors que pour une spire nous ne la connaissons qu’au centre de la bobine (là où se place le pouce)

La distribution du champ dû au débit de courant dans une spire peut en fait être déduite de celle dans un fil : si l’on superpose les boucles d’inductions dues au passage du courant dans chaque secteur de fil, alors, au centre de la spire, seule reste la composante normale à la surface de la spire.

Nous verrons que le champ est à flux conservatif. Plus on s’éloigne d’une source d’induction, plus l’induction est faible (c’est normal : on ne s’attend pas à induire un champ à 3km d’une spire de 1mm de diamètre) Cette propriété de conservation du flux entraîne donc l’élargissement des tubes de champ au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la source de ce champ.

Prenons une spire et faisons y circuler du courant. Il se développe un champ B en son voisinage. Sur sa surface, ce champ est normal à cette dernière.

Réciproquement, si nous imposons un champ  B au sein d’une spire inactive (dans laquelle il ne peut pas passer de courant, à cause d’une microcoupure par exemple), aucun courant n’est induit dans la bobine (puisque le courant ne peut pas passer) Au mieux on pourrait voir apparaître une force électromotrice aux bornes de cette dernière. Cela n’est vrai que si :

 - Le champ B est variable dans le temps

 - Le champ B est orienté normalement à la surface de la spire (comme pour la génération du champ par un passage de courant, c’est la composante normale qui compte)

La force électromotrice qui s’y développe a en fait pour but de s’opposer aux variations du champ à l’intérieur de la spire (aux variations du flux dans la spire donc)

Supposons maintenant que le passage du courant est permis dans cette spire. Alors la force (contre) électromotrice est toujours égale à  -dPhi/dt et s’oppose donc aux variations du champ normal à la spire. Sauf que là, il ne s’agit plus du champ source, mais de la superposition du champ source et du champ induit par le passage du courant. On retrouve là toute la problématique de la superposition.

Mais nous avons déjà quitté la magnétostatique (puisque l’on parle de variation de champ) pour empiéter sur le régime quasi permanent)

Voilà, vous vous étiez tapé la lecture de mes 2 premières pages sans y avoir trouvé le mot Induction, et enfin, on est rentré dans le vif du sujet... et la suite sera encore plus passionnante !!! ... patience ...