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

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 celle 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. 

Ce schéma comporte une seule différence majeure avec les aimants : au centre du solénoïde, on peut apercevoir une barre verte.  Cette barre représente le champ magnétique à l’intérieur du solénoïde.  Pour le moment, elle n’est pas orientée mais dans les schémas qui suivent, elle s’orientera en fonction du courant électrique.
 
Lorsqu’on dessine des champs magnétiques 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). Sur le schéma suivant, tout ce qui est relié au champ magnétique est en vert et ce qui est relié au courant électrique est en rouge. Tout comme l’aimant droit, le champ magnétique sort par le pôle nord du solénoïde et entre dans le sud. À l'intérieur du solénoide, le champ magnétique va du sud au nord.

On peut déterminer l'orientation du champ magnétique créé dans un solénoïde à l'aide de la deuxième règle de la main droite. La 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 3 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 5 fois plus grande aura un champ magnétique environ 5 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.

Les exercices

Les références

  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse