I Le magnétisme

A ) Magnétisme

    1 ) Qu'est-ce qu'un aimant ?
       .
 C’est un corps qui a la propriété d’attirer les métaux ferreux, il existe naturellement dans la nature, on les appelle des aimants naturels mais il peut être fabriqué artificiellement par un traitement spécifique, que l'on nommera alors : aimant artificiel. Il est généralement en acier dur (cobalt).

        En manipulant 2 aimants, on peut mettre en évidence l'attraction et la répulsion qui existe entre les pôles.

   2 ) aimantation et magnétisme
 

Notons dès à présent que le terme de "magnétisme" est souvent utilisé à tort pour parler de l'électromagnétisme, ce dernier n'étant qu'une partie du premier. En outre, il n'est pas vain de rappeler que les phénomènes magnétiques sont le fruit du mouvement des charges électriques.

Ce phénomène s’applique sur les particules chargées en mouvement qui constituent les atomes des différents matériaux. Tous les matériaux n’ont pas le même potentiel d’aimantation : certains sont dotés d’un magnétisme permanent comme la magnétique, appelée aussi pierre d’aimant.

   3 ) Notion de pôles magnétique

Certaines pierres naturelles ont le pouvoir d'attirer et de retenir de la limaille de fer si elles y sont plongées.

Si un aimant est plongée dans de la limaille de fer nous nous apercevons que les particules de limaille adhèrent surtout aux extrémités, l'attraction y est plus forte. Ces extrémités seront appelées Pôles de l'aimant.

Propriétés des aimants : Chaque aimant comprend donc un pôle Nord et un pôle Sud, situés respectivement à chaque extrémité de celui-ci. Si l’on met deux aimants en présence, les pôles identiques se repoussent, tandis que les pôles différents s’attirent. Voir figure 1.

figure 1

Un barreau aimanté A que l’on sectionnerait, donnerait naissance à plusieurs aimants B, ayant chacun, un pôle Nord et un pôle Sud. En plaçant ceux-ci bout à bout, on obtient à nouveau un aimant unique C, ayant un seul pôle Nord et un seul pôle Sud. Les pôles d’un aimant sont inséparables. Voir figure 2.

figure 2

Aimantation temporaire : Un barreau d’acier doux à l’état naturel n’attire pas la limaille ; Si celui-ci voisine un aimant ou un champ électrique important, il attirera la limaille. Après séparation il n’attirera plus la limaille et ne gardera pas son aimantation (non rémanent).

Aimantation rémanente : Un barreau d’acier dur, qui voisinera un aimant ou un champ électrique important, conservera son aimantation une fois la séparation effectuée, (rémanent).

Corps magnétiques ou ferromagnétiques : Corps attirés par un aimant ou un champ électrique, (matériaux ferreux) : Fer, fonte, acier, nickel, cobalt, vanadium.

Corps amagnétiques ou paramagnétiques : Corps non attirés par un aimant ou un champ électrique, (matériaux non ferreux) : Verre, aluminium, plomb, cuivre, laiton.

B ) Champs magnétiques

   1 ) Nature du champ magnétique

lignes de champs.

Saupoudrons de limaille de fer un support horizontal au-dessous duquel nous avons placé un aimant droit. Les grains de limaille s'alignent selon des lignes appelées lignes de champ.
L'aimant modifie localement les propriétés de l'espace. On dit que l'aimant crée un champ magnétique dans son voisinage.

Le Champ magnétique est donc un espace dans lequel un aimant est actif, il est défini par des lignes de champs allant du pôle Nord au pôle Sud. Voir figure 3.

Figure 3

On appelle aimants permanents des matériaux qui génèrent autour d'eux un champ magnétique sans intervention extérieure.

Remarque: Un fil parcouru par un courant électrique se comporte comme un aimant. Il crée un champ magnétique.

En effet, le champ magnétique n'est pas crée seulement par les aimants. En fait, tout courant électrique crée autour de lui un champ magnétique. On appelle cela un électro-aimant.

C ) Histoire des premières innovations techniques en électricité et magnétisme

Les phénomènes électriques et magnétiques sont connus de la plus haute antiquité. Nous présenterons ici les premières innovations techniques connues en électricité et magnétisme.

 1 ) Découverte du magnétisme

Jusqu'en 1820, le seul magnétisme connu était celui des aimants en fer et des " pierres d'aimants ", des aimants naturels de minerais riches en fer.

 Les Grecs avaient remarqué que l'ambre attire les corps légers après avoir été frotté. D'autre part, ils connaissaient une pierre, associée à la ville de Magnésie, qui avait la vertu d'attirer les petits morceaux de fer. Ils appelèrent cette pierre « magnês » qui signifie "de Magnésie". Plus tard, au moyen-âge, cette pierre fut appelé aimant, du grec adamas, qui veut dire acier.

Ces deux phénomènes, celui de l'ambre (électricité) et celui de l'aimant (magnétique) furent confondus, car ils consistaient tous les deux en une attraction, une force exercée à distance, chose très mystérieuse à une époque où on ne concevait naturellement que des forces de contact.

Les phénomènes électriques ne seront pas vraiment étudiés avant le XVIIe siècle. Les recherches, à cette époque, se sont limitées aux travaux de quelques philosophes marginaux. Par contre, on écrira beaucoup plus sur les phénomènes magnétiques, en raison de leur rôle dans le fonctionnement de la boussole.

Au XI^ème siècle, les Arabes utilisaient le magnétisme pour la navigation en mer      avec la boussole, une invention des chinois, seize siècles auparavant.

Pourtant, il fallut attendre encore six siècles avant que William Gilbert ne réalise les premières études scientifiques sur le magnétisme. Dans un de ses ouvrages, il montra que la Terre elle-même se comporte comme un aimant géant, distingua attraction magnétique et attraction électrique, et découvrit que le fer perd son pouvoir d'aimantation lorsqu'il est chauffé au rouge.

 2 ) Electricité et magnétisme

Lorsque, en 1820, un professeur de physique de l’université de Copenhague, Hans Christian Œrsted, annonça qu’il venait d’observer qu’un fil parcouru par un courant électrique provoquait la déviation d’une aiguille aimantée placée à proximité, il ne se doutait probablement pas qu’il ouvrait ainsi la voie à l’électromagnétisme, qui allait devenir l'un des piliers de la physique du XIXe siècle. Certes, on soupçonnait déjà qu'existait une relation de cousinage entre les phénomènes électriques et magnétiques, ne serait-ce que parce que l’on savait qu’un orage, dont la nature électrique avait été établie par Benjamin Franklin pouvait perturber le fonctionnement des boussoles. Mais une telle influence n’avait jamais pu être mesurée de façon rigoureuse et reproductible.

Au début du xix^e siècle, l'édifice théorique de cette branche de la physique était constitué de deux piliers bien séparés : l’électrostatique d'une part, la magnétostatique d'autre part. L’électrostatique décrivait les interactions entre corps chargés électriquement, la magnétostatique celles entre corps aimantés. Les deux domaines présentaient bien certaines similitudes, par exemple la propriété pour les objets étudiés de se repousser ou de s’attirer, mais ils semblaient recouvrir des phénomènes de natures distinctes : un aimant et un corps électrisé ne s’attirent pas ; un corps électrisé est soit chargé positivement, soit chargé négativement, tandis qu’un AIMANT contient toujours deux pôles inséparables, même lorsqu’on le casse en deux.

Une semaine après l’exposé d’Œrsted, André Marie Ampère donna l'explication de ce que celui-ci avait observé. Il prit comme objet élémentaire le fil conducteur parcouru par un courant électrique (ou, plus exactement, une portion infime de ce fil) et ramena le problème du magnétisme à celui de l’interaction entre fils électriques. ( Si un fil est susceptible d’agir sur un aimant, c’est parce qu'un aimant est au fond lui-même équivalant à une multitude de boucles de courants ). Ampère trouvait ainsi la clé de l’ensemble des phénomènes magnétiques observés, mettant le doigt sur l’origine commune des phénomènes magnétiques et électriques : le magnétisme résulte simplement de la présence de courants électriques, c’est-à-dire de déplacements de charges électriques.

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