Qu'est-ce que l'électromagnétisme :
L'électromagnétisme est le étude des charges et de l'interaction entre l'électricité et le magnétisme. L'électricité et le magnétisme sont des aspects d'un même phénomène physique étroitement liés par le mouvement et l'attraction des charges dans la matière.
La branche de la physique qui étudie l'interaction entre les phénomènes électriques et magnétiques est également connue sous le nom d'électromagnétisme.
Le mot "électricité" a été proposé par l'Anglais William Gilbert (1544-1603) du grec électron (sorte d'ambre qui attire les objets lorsqu'on les frotte avec diverses substances). D'autre part, le "magnétisme" est probablement né d'une région turque avec des gisements de magnétite magnétisée (Magnésie), où vivait une ancienne tribu grecque connue sous le nom de Magnetes.
Cependant, c'est jusqu'en 1820 que Hans Christian Oersted (1777-1851) réussit à démontrer l'effet d'un courant électrique sur le comportement d'une boussole, ainsi l'étude de l'électromagnétisme est née.
Bases de l'électromagnétisme
Les aimants et l'électricité ont toujours été un sujet de fascination pour l'humanité. Sa démarche initiale a suivi différents parcours qui ont atteint un point de rencontre à la fin du XIXe siècle. Afin de comprendre ce qu'est l'électromagnétisme, passons en revue quelques concepts de base.
Charge électrique
La charge électrique est une propriété fondamentale des particules qui composent la matière. La base de toutes les charges électriques réside dans la structure atomique. L'atome concentre les protons positifs dans le noyau et les électrons négatifs se déplacent autour du noyau. Lorsque le nombre d'électrons et de protons est égal, nous avons un atome avec une charge neutre. Lorsque l'atome gagne un électron, il se retrouve avec une charge négative (anion), et lorsqu'il perd un électron, il reste avec une charge positive (cation).
On considère alors la charge de l'électron comme unité de base ou quanta de la charge électrique. Cela équivaut à 1,60 x 10 -19 coulomb (C), qui est l'unité de mesure des charges, en l'honneur du physicien français Charles Augustin de Coulomb.
Champ électrique et champ magnétique
UNE champ électrique C'est un champ de force qui entoure une charge ou une particule chargée. C'est-à-dire qu'une particule chargée affecte ou exerce une force sur une autre particule chargée qui se trouve à proximité. Le champ électrique est une grandeur vectorielle représentée par la lettre ET dont les unités sont le volt par mètre (V/m) ou le newton par coulomb (N/C).
D'autre part, le champ magnétique Il se produit lorsqu'il y a un flux ou un mouvement de charges (un courant électrique). On peut dire alors que c'est la région où agissent les forces magnétiques. Ainsi, un champ électrique entoure toute particule chargée, et le mouvement de la particule chargée crée un champ magnétique.
Chaque électron en mouvement produit un petit champ magnétique dans l'atome. Pour la plupart des matériaux, les électrons se déplacent dans différentes directions, de sorte que les champs magnétiques s'annulent. Dans certains éléments, tels que le fer, le nickel et le cobalt, les électrons se déplacent dans une direction préférentielle, produisant un champ magnétique net. Les matériaux de ce type sont appelés ferromagnétique.
Aimants et électro-aimants
UNE aimant C'est le résultat de l'alignement permanent des champs magnétiques des atomes dans un morceau de fer. Dans un morceau de fer ordinaire (ou autre matériau ferromagnétique), les champs magnétiques sont orientés de manière aléatoire, de sorte qu'il n'agit pas comme un aimant. La principale caractéristique des aimants est qu'ils ont deux pôles : nord et sud.
UNE électro-aimant Il se compose d'un morceau de fer à l'intérieur d'une bobine de fil à travers laquelle un courant peut être passé. Lorsque le courant est allumé, les champs magnétiques de chaque atome qui composent le morceau de fer s'alignent avec le champ magnétique produit par le courant dans la bobine de fil, augmentant la force magnétique.
Induction électromagnétique
L'induction électromagnétique, découverte par Joseph Henry (1797-1878) et Michael Faraday (1791-1867), est la production d'électricité au moyen d'un champ magnétique en mouvement. En faisant passer un champ magnétique à travers une bobine de fil ou d'un autre matériau conducteur, un flux de charge ou de courant est provoqué lorsque le circuit est fermé.
L'induction électromagnétique est à la base des générateurs et de pratiquement toute l'énergie électrique produite dans le monde.
Applications de l'électromagnétisme
L'électromagnétisme est à la base du fonctionnement des appareils électriques et électroniques que nous utilisons quotidiennement.
Micros
Les microphones ont une fine membrane qui vibre en réponse au son. Attaché à la membrane est une bobine de fil qui fait partie d'un aimant et se déplace le long de la membrane. Le mouvement de la bobine à travers le champ magnétique convertit les ondes sonores en courant électrique qui est transféré à un haut-parleur et amplifié.
Générateurs
Les générateurs utilisent l'énergie mécanique pour produire de l'énergie électrique. L'énergie mécanique peut provenir de la vapeur d'eau, créée par la combustion de combustibles fossiles, ou de la chute d'eau dans les centrales hydroélectriques.
Moteur électrique
Un moteur utilise de l'énergie électrique pour produire de l'énergie mécanique. Les moteurs à induction utilisent le courant alternatif pour convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Ce sont les moteurs généralement utilisés dans les appareils électroménagers, tels que les ventilateurs, les sécheuses, les laveuses et les mélangeurs.
Un moteur à induction se compose d'une partie tournante (rotor) et d'une partie fixe (stator). le rotor C'est un cylindre en fer avec des rainures le long desquelles sont fixées des ailettes ou des barres de cuivre. Le rotor est enfermé dans un conteneur de bobines ou de spires de fil conducteur à travers lequel un courant alternatif passe, devenant des électro-aimants.
Le passage du courant alternatif à travers les bobines produit un champ magnétique qui à son tour induit un courant et un champ magnétique dans le rotor. L'interaction des champs magnétiques dans le stator et le rotor provoque une torsion dans le rotor permettant de travailler.
Maglev : des trains qui lévitent
Les trains à lévitation magnétique utilisent l'électromagnétisme pour se soulever, se guider et se propulser sur une voie spéciale. Le Japon et l'Allemagne sont des pionniers dans l'utilisation de ces trains comme moyen de transport. Il existe deux technologies : la suspension électromagnétique et la suspension électrodynamique.
La suspension électromagnétique il est basé sur les forces d'attraction entre de puissants électro-aimants à la base du train et la voie ferrée. La force magnétique est ajustée de sorte que le train reste suspendu au-dessus de la voie, tandis qu'il est entraîné par un champ magnétique qui se déplace vers l'avant par interaction d'aimants latéraux dans le train.
La suspension électrodynamique il est basé sur la force de répulsion entre les aimants du train et un champ magnétique induit sur la voie ferrée. Ce type de train a besoin de roues pour pouvoir atteindre une vitesse critique, semblable aux avions lorsqu'ils sont sur le point de décoller.
Diagnostic médical
L'imagerie par résonance magnétique est l'une des technologies ayant le plus grand impact en médecine moderne. Il est basé sur l'effet de champs magnétiques puissants sur les noyaux d'hydrogène de l'eau du corps.
Phénomènes électromagnétiques
Bon nombre des phénomènes électromagnétiques que nous connaissons sont une conséquence du champ magnétique terrestre. Ce champ est généré par des courants électriques à l'intérieur de la planète. La Terre ressemble alors à une grande barre magnétique à l'intérieur, où le pôle nord magnétique est au pôle sud géographique et le pôle sud magnétique correspond au pôle nord géographique.
Orientation spatiale
La boussole est un instrument datant d'environ 200 ans avant Jésus-Christ. Il est basé sur l'orientation d'une aiguille métallique aimantée vers le nord géographique.
Certains animaux et autres êtres vivants peuvent détecter le champ magnétique terrestre et ainsi s'orienter dans l'espace. L'une des stratégies de ciblage consiste à utiliser des cellules ou des organes spécialisés qui contiennent cristaux de magnétite, un minéral d'oxyde de fer qui maintient un champ magnétique permanent.
Les aurores boréales et méridionales
le Le champ magnétique terrestre Il agit comme une barrière protectrice contre le bombardement de particules ionisées de haute énergie émanant du Soleil (mieux connu sous le nom de vent solaire). Ceux-ci sont détournés vers les régions polaires, excitant les atomes et les molécules de l'atmosphère. Les lumières caractéristiques des aurores (boréales dans l'hémisphère nord et australes dans l'hémisphère sud) sont le produit de l'émanation d'énergie lorsque les électrons excités retournent à leur état basal.
Maxwell et la théorie de l'électromagnétisme
James Clerk Maxwell a déduit entre 1864 et 1873 les équations mathématiques qui expliquent la nature des champs magnétiques et électriques. De cette façon, les équations de Maxwell ont fourni une explication des propriétés de l'électricité et du magnétisme. Plus précisément, ces équations montrent :
- comment une charge électrique produit un champ électrique,
- comment les courants produisent des champs magnétiques, et
- comment la modification d'un champ magnétique produit un champ électrique.
Les équations d'onde de Maxwell ont également servi à montrer que la modification d'un champ électrique crée une onde électromagnétique auto-propageante avec des composants électriques et magnétiques. Le travail de Maxwell a unifié les domaines apparemment séparés de la physique de l'électricité, du magnétisme et de la lumière.
- Électricité.
- Magnétisme.
- Physique.
- Branches de la physique.
