La force de l’électromagnétisme est la force fondamentale derrière toutes les autres forces régissant l’interaction entre les atomes et les molécules, produisant la propriété que nous connaissons sous le nom de charge électrique.

Bien que les aimants permanents produisent un champ magnétique statique, qui peut être bon et parfois très fort, dans certaines applications, la force de ce champ magnétique reste trop faible, ou nous devons pouvoir contrôler la quantité de flux magnétique présente. Pour produire un champ magnétique beaucoup plus fort et mieux contrôlable, nous devons utiliser l’électricité.

En utilisant des bobines de fil enroulées autour d’un matériau magnétique souple tel qu’un noyau en fer, nous pouvons produire des électroaimants très puissants pour de nombreux types d’applications électriques. Cette utilisation de bobines de fil établit une relation entre l’électricité et le magnétisme, nous donnant une autre forme de magnétisme appelée Électromagnétisme.

L’électromagnétisme est produit lorsqu’un courant électrique circule à travers un conducteur simple tel qu’un fil ou un câble, et à mesure que le courant passe à travers l’ensemble du conducteur, un champ magnétique est créé le long de celui-ci. Le petit champ magnétique créé autour du conducteur a une direction définie, avec les pôles « Nord » et « Sud » déterminés par la direction du courant électrique circulant à travers le conducteur.

Il est donc nécessaire d’établir une relation entre le courant circulant à travers le conducteur et le champ magnétique résultant produit autour de celui-ci par ce flux de courant, ce qui nous permet de définir la relation qui existe entre Électricité et Magnétisme sous la forme de l’Électromagnétisme.

Nous avons établi que lorsqu’un courant électrique circule à travers un conducteur, un champ électromagnétique circulaire est produit autour de celui-ci, avec des lignes de flux magnétique formant des boucles complètes qui ne se croisent pas sur toute la longueur du conducteur.

Champ Magnétique autour d’un Conducteur

Une façon simple de déterminer la direction du champ magnétique autour du conducteur consiste à envisager de visser une vis en bois ordinaire dans une feuille de papier. Lorsque la vis entre dans le papier, l’action de rotation est dans le sens des aiguilles d’une montre ; ainsi, la seule partie de la vis qui serait visible au-dessus du papier est la tête de la vis.

Si la vis est de type pozidriv ou philips, la croix sur la tête serait visible. C’est cette tête en croix qui est utilisée pour indiquer la direction du courant circulant “dans” le papier et “loin” de l’observateur.

Inversement, l’action d’enlever la vis est inverse, c’est-à-dire anti ou contre les aiguilles d’une montre. Comme le courant entre par le haut, il sort donc par le dessous du papier. La seule partie de la vis qui est visible d’en dessous est la pointe de la vis. C’est ce point qui est utilisé pour indiquer le courant circulant “hors de” la feuille et vers l’observateur.

Ensuite, l’action physique de visser et dévisser la vis dans et hors du papier indique la direction du flux de courant conventionnel dans le conducteur et, par conséquent, la direction de rotation du champ électromagnétique autour de celui-ci, comme le montre ci-dessous. Ce concept est généralement connu sous le nom d’Action de la Vis à droite.

Action de la Vis à Droite

Un champ magnétique implique généralement l’existence de deux pôles. L’un est appelé Pôle Nord, et l’autre est appelé Pôle Sud. La polarité d’un conducteur chargé de courant peut être établie en traçant les lettres majuscules S et N. En ajoutant des flèches à l’extrémité libre des lettres comme indiqué ci-dessus, nous aurons une représentation visuelle de la direction du champ magnétique correspondant.

Un autre concept plus familier qui détermine à la fois la direction du flux de courant et la direction résultante du flux magnétique autour du conducteur est appelé la “Règle de la Main Gauche”.

La règle de la main gauche de
l’Électromagnétisme

La direction reconnue d’un champ magnétique est de son pôle nord à son pôle sud. Cette direction peut être déduite en tenant le conducteur chargé de courant dans votre main gauche, le pouce tendu pointant dans la direction du flux d’électrons de négatif à positif.

La position des doigts posés autour du conducteur pointera désormais dans la direction des lignes de force magnétique générées, comme montré.

Si la direction des électrons circulant à travers le conducteur est inversée, la main gauche devra être placée de l’autre côté du conducteur, le pouce pointant dans la nouvelle direction du flux de courant électronique.

De plus, lorsque le courant est inversé, la direction du champ magnétique produit autour du conducteur sera également inversée, car, comme nous l’avons déjà mentionné, la direction du champ magnétique dépend de celle du flux de courant.

Cette “Règle de la Main Gauche” peut également être utilisée pour déterminer la direction magnétique des pôles dans une bobine électromagnétique. Cette fois, les doigts pointent dans la direction du flux d’électrons de négatif à positif, tandis que le pouce étendu indique la direction du pôle nord.

Il existe une variation de cette règle appelée “règle de la main droite”, basée sur le flux de courant conventionnel (positif vers négatif).

Considérons qu’un simple fil droit soit plié pour former une seule boucle comme montré ci-dessous. Bien que le courant électrique circule dans la même direction sur toute la longueur du conducteur, il circulera dans des directions opposées à travers le papier. C’est parce que le courant quitte le papier d’un côté et entre dans le papier de l’autre côté, produisant ainsi un champ dans le sens des aiguilles d’une montre et un champ dans le sens inverse des aiguilles d’une montre à côté de l’autre à travers la feuille de papier.

Électromagnétisme autour d’une Boucle

Lignes de Force autour de la Boucle

Le courant circulant à travers les deux conducteurs parallèles de la boucle est dans des directions opposées, alors que le courant à travers la boucle sort du côté gauche et revient du côté droit. Cela entraîne le champ magnétique autour de chaque conducteur à l’intérieur de la boucle dans la même direction.

Les lignes de force résultantes générées par le courant circulant dans la boucle s’opposent dans l’espace entre les deux conducteurs où les deux pôles similaires se rencontrent, déformant ainsi les lignes de force autour de chaque conducteur comme montré.

Cependant, la distorsion du flux magnétique entre les deux conducteurs entraîne une intensité du champ magnétique au niveau de la jonction médiane où les lignes de force se rapprochent. L’interaction résultante entre les deux champs similaires produit une force mécanique entre les deux conducteurs, car ils tentent de se repousser. Dans une machine électrique, cette répulsion des deux champs magnétiques produit un mouvement.

Cependant, comme les conducteurs ne peuvent pas bouger, les deux champs magnétiques s’aident mutuellement en générant un pôle nord et un pôle sud le long de cette ligne d’interaction. Cela entraîne le champ magnétique étant le plus fort au milieu entre les deux conducteurs. L’intensité du champ magnétique autour du conducteur est proportionnelle à la distance du conducteur ainsi qu’à la quantité de courant circulant à travers celui-ci.

Le champ magnétique généré autour d’une longueur droite de fil conducteur est très faible, même avec un courant élevé le traversant. Cependant, si plusieurs boucles de fil sont enroulées ensemble le long du même axe pour former une bobine de fil, le champ magnétique résultant deviendra encore plus concentré et plus fort que celui d’une seule boucle. Cela produit une bobine électromagnétique plus communément appelée solénoïde.

Chaque longueur de fil a donc un effet d’électromagnétisme autour de lui lorsque du courant électrique le traverse. La direction du champ magnétique dépend de celle du flux de courant. Nous pouvons augmenter la force du champ magnétique généré en formant la longueur de fil en une bobine, et nous examinerons cet effet plus en détail dans le prochain tutoriel.