Cours : Interaction magnétique - 3ème Mathématiques

Lycée Secondaire Cours de Physique Année scolaire : 2025-2026

Niveau : 3ème Mathématiques Thème : Les interactions dans

l’Univers

Matière : Physique

Chapitre : Interaction magnétique

Objectifs du chapitre

— Mettre en évidence expérimentalement une interaction magnétique.

— Mettre en évidence expérimentalement l’existence d’un champ magnétique.

— Reconnaître un champ magnétique uniforme à partir de la forme de son spectre.

— Déterminer les caractéristiques d’un vecteur champ magnétique

⃗

B.

— Utiliser un teslamètre pour mesurer une intensité de champ magnétique.

— Mettre en évidence expérimentalement la force de Laplace et déterminer ses caractéris-

tiques.

— Expliquer le principe de fonctionnement d’un moteur à courant continu.

I. Les différents types d’interactions magnétiques

1. Interaction aimant-aimant

Un aimant droit possède deux pôles distincts :

— Un pôle Nord (N)

— Un pôle Sud (S)

Propriété fondamentale

Deux pôles de même nom se repoussent, tandis que deux pôles de noms contraires s’attirent.

L’interaction magnétique est une interaction à distance médiatisée par le champ magnétique.

2. Interaction aimant-courant et courant-courant

— Expérience d’Oersted : Un fil conducteur parcouru par un courant électrique exerce une action

mécanique sur une boussole placée à proximité (déviation de l’aiguille aimantée).

— Réciproquement, un aimant exerce une force sur un conducteur traversé par un courant.

— Deux conducteurs porteurs de courants exercent également des forces magnétiques l’un sur l’autre

(application à la lévitation magnétique).

II. Notion de champ magnétique

1. Spectre magnétique et lignes de champ

L’espace qui entoure un aimant ou un courant électrique est le siège d’une modification de ses

propriétés : il est le siège d’un champ magnétique.

— Le spectre magnétique est l’ensemble des orientations prises par de petites boussoles placées

au voisinage de la source magnétique.

— Les lignes de champ sont des courbes orientées, tracées de telle sorte qu’en chaque point, le

vecteur champ magnétique

⃗

B leur est tangent. À l’extérieur d’un aimant, elles sont orientées du

pôle Nord vers le pôle Sud.

1

2. Vecteur champ magnétique

⃗

B et champ uniforme

En tout point de l’espace, le champ magnétique est caractérisé par un vecteur

⃗

B dont les attributs

sont :

— Point d’application : le point considéré.

— Direction : celle de l’axe de l’aiguille aimantée en équilibre.

— Sens : du pôle Sud vers le pôle Nord de la boussole.

— Intensité (B) : mesurée en Tesla (T) à l’aide d’un teslamètre.

Définition : Champ magnétique uniforme

Un champ magnétique est dit uniforme dans une région de l’espace si le vecteur champ

magnétique

⃗

B est le même en tout point de cette région (même direction, même sens et même

intensité).

3. Champ magnétique terrestre et champ d’un solénoïde

— Champ magnétique terrestre : La Terre engendre un champ magnétique

⃗

BT caractérisé par

sa direction, son sens, ainsi que par deux angles fondamentaux : la déclinaison et l’inclinaison.

— Champ magnétique créé par un solénoïde : À l’intérieur d’un solénoïde parcouru par un

courant continu d’intensité I, le champ magnétique est uniforme et parallèle à l’axe du solénoïde.

E

K R solénoïde

I

+

−

Fig. 1 : Schéma du montage d’alimentation d’un solénoïde créant un champ

magnétique uniforme

III. La force de Laplace

1. Mise en évidence et caractéristiques

Lorsqu’un conducteur rectiligne de longueur active l, parcouru par un courant d’intensité I, est

plongé dans un champ magnétique uniforme

⃗

B, il est soumis à une force électromagnétique appelée

force de Laplace.

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Loi : Caractéristiques de la force de Laplace

La force de Laplace

⃗

F exercée sur un tronçon rectiligne de longueur l a pour caractéristiques :

— Point d’application : Le milieu de la portion de conducteur immergée.

— Direction : Perpendiculaire au plan formé par le conducteur (orienté par le courant) et le

vecteur

⃗

B.

— Sens : Défini par la règle des trois doigts de la main droite.

— Intensité : Exprimée par la relation scalaire :

F = I · l · B · sin(α)

où α est l’angle entre le vecteur conducteur (orienté dans le sens du courant) et le vecteur

⃗

B.

2. Application : Le moteur à courant continu

L’expérience de la roue de Barlow illustre la conversion directe d’énergie électrique en énergie

mécanique par l’intermédiaire des forces de Laplace, constituant le principe fondamental du fonc-

tionnement des moteurs électriques à courant continu.

L’essentiel à retenir

— Champ magnétique (

⃗

B) : Exprimé en Tesla (T), il traduit l’influence magnétique dans

l’espace.

— Champ uniforme : Vecteur

⃗

B constant en tout point (cas du solénoïde à l’intérieur).

— Force de Laplace : F = I · l · B · sin(α) (en Newtons, N).

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