Science et technologie s1178

Le champ magnétique autour d'un solénoïde (2e règle de la main droite)

La deuxième règle de la main droite établit la relation entre le sens du champ magnétique et le sens dans lequel le courant électrique se déplace dans un solénoïde. Un champ magnétique se produit lorsque des charges électriques sont en mouvement. Autrement dit, seule l'électricité dynamique peut engendrer un champ magnétique; l'électricité statique en est incapable. De plus, ce champ magnétique n'existe que lorsque le courant circule. Dès que le courant cesse, le champ magnétique disparaît. Il existe donc un lien entre l'électricité et le magnétisme, ce que l'on appelle électromagnétisme.

Le champ magnétique autour d'un solénoïde

Un solénoïde est constitué d'un fil conducteur enroulé en plusieurs boucles et parcouru par un courant électrique.

On peut augmenter l'intensité du champ magnétique autour d'un fil conducteur en l'enroulant en boucles de façon régulière. Cette forme donnée au fil conducteur se nomme solénoïde. Autour d'un solénoïde, la forme du champ magnétique est identique à celle formée autour d’un aimant droit. Cependant, contrairement à l’aimant, le solénoïde est vide et donc on peut y observer un champ magnétique à l’intérieur. D'ailleurs, l'intensité du champ magnétique est à son maximum au centre du cylindre.

Malgré que le champ magnétique d'un solénoïde est très semblable à celui d'un aimant droit, il existe trois différences entre les deux:

  • le champ magnétique d'un solénoïde peut être allumé ou éteint à volonté, mais pas celui d'un aimant;
  • on peut modifier la direction des lignes de champ magnétique d'un solénoïde en inversant la direction du courant électrique, tandis qu'on ne peut pas inverser le champ magnétique d'un aimant puisqu'on ne peut pas inverser les pôles d'un aimant;
  • on peut modifier l'intensité du champ magnétique d'un solénoïde, mais pas celle d'un aimant.

Le schéma suivant illustre la forme d’un champ magnétique autour du solénoïde sans orientation. 

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Lorsqu’on dessine le champ magnétique autour d’un solénoïde, on commence toujours par dessiner la forme des lignes de champ, qui est toujours la même.  Ensuite, on peut orienter ce champ avec la deuxième règle de la main droite.

Le sens du champ magnétique autour d'un solénoïde

Le sens du champ magnétique autour du solénoïde dépend du sens du courant électrique qui passe dans le fil (orange). Tout comme l’aimant droit, le champ magnétique sort par le pôle nord du solénoïde et entre dans le sud. À l'intérieur du solénoïde, le champ magnétique va du sud au nord.
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On peut déterminer l'orientation du champ magnétique créé dans un solénoïde à l'aide de la deuxième règle de la main droite. La deuxième règle de la main droite stipule que le pouce de la main droite pointe le pôle nord du solénoïde lorsque la main est enroulée de la même façon que le courant électrique autour du solénoïde.

Les doigts pointent dans le sens conventionnel du courant électrique.
Le pouce indique la direction des lignes de champ magnétique à l'intérieur du solénoïde.

Les facteurs influençant l’intensité du champ magnétique dans un solénoïde

Il existe trois façons d’augmenter significativement l’intensité du champ magnétique autour du solénoïde. Cependant, peu importe l’intensité du champ magnétique, ce dernier gardera toujours la même forme.

Le nombre de spires (nombre de tours)

Plus le fil fait de tours autour du solénoïde, plus son champ magnétique sera puissant.  Un solénoïde possédant trois fois plus de spires aura un champ magnétique environ trois fois plus intense par exemple.

L’intensité du courant électrique (I)

Plus l’intensité du courant électrique est grande dans le fil électrique, plus son champ magnétique sera puissant. Un solénoïde possédant une intensité de courant cinq fois plus grande aura un champ magnétique environ cinq fois plus intense, par exemple.

Nature du noyau

On peut transformer le solénoïde en électroaimant en ajoutant une tige d'une substance ferromagnétique non permanent au centre du solénoïde. Si le noyau du solénoïde (substance à l’intérieur de l’électroaimant) a une nature ferromagnétique (fer, nickel ou cobalt), alors le champ magnétique sera plus puissant.

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L'utilisation des solénoïdes

On utilise les solénoïdes dans plusieurs applications technologiques.

Par exemple, dans un microphone, la présence d'ondes sonores fait vibrer une bobine de fil à proximité d'un aimant.Il se produit alors de l'induction électromagnétique: un courant électrique sera produit par le mouvement du conducteur à proximité de l'aimant. Ce courant se met donc à circuler dans le fil conducteur.

De l'autre côté, le haut-parleur fonctionne à l'opposé du microphone: lorsque le courant électrique se rend jusqu'au fil conducteur, ce dernier est placé à proximité d'un champ magnétique. Il se met alors en mouvement en raison de l'induction électromagnétique créé par la présence du champ magnétique. La bobine de fil transmet son mouvement à la membrane du haut-parleur, qui transforme le mouvement du fil en son.

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