Forces magnétiques et dipôles

Les champs magnétiques exercent des forces sur les charges et les courants en mouvement, ainsi que des couples qui alignent les dipôles magnétiques.

Definition

La force magnétique est la partie de la force de Lorentz dépendante de la vitesse agissant sur les charges et les courants en mouvement ; un dipôle magnétique, caractérisé par son moment dipolaire, subit un couple tendant à l'aligner avec le champ et une force dans un champ non uniforme.

Scope

Ce sujet couvre la composante magnétique de la force de Lorentz agissant sur les charges en mouvement, la force et le couple exercés sur les conducteurs parcourus par un courant, le moment dipolaire magnétique et son énergie, sa force et son couple dans un champ, ainsi que le champ produit par un dipôle. Il aborde également la raison pour laquelle la force magnétique n'effectue aucun travail et l'approximation dipolaire pour les boucles de courant éloignées.

Core questions

• Comment un champ magnétique dévie-t-il les charges en mouvement et les fils parcourus par un courant ?
• Pourquoi la force magnétique n'effectue-t-elle aucun travail sur une charge ponctuelle ?
• Comment les dipôles magnétiques réagissent-ils aux champs uniformes et non uniformes ?

Key concepts

• Force de Lorentz
• Mouvement cyclotronique
• Force sur un courant
• Moment dipolaire magnétique
• Couple sur un dipôle
• Champ dipolaire

Key theories

Force de Lorentz (partie magnétique)

Une charge se déplaçant dans un champ magnétique subit une force perpendiculaire à la fois à sa vitesse et au champ, provoquant un mouvement circulaire ou hélicoïdal ; étant toujours perpendiculaire à la vitesse, la force magnétique n'effectue aucun travail.

Dipôle magnétique dans un champ

Une boucle de courant se comporte comme un dipôle magnétique qui subit un couple l'alignant avec le champ et, dans un champ non uniforme, une force nette ; son champ lointain présente la forme dipolaire universelle.

Clinical relevance

Les forces magnétiques sont à l'origine du fonctionnement des moteurs électriques, des spectromètres de masse, des cyclotrons et des capteurs à effet Hall, tandis que les interactions dipolaires magnétiques sont à la base du comportement des boussoles, de la résonance magnétique et de l'alignement des matériaux magnétiques.

History

Ampère a décrit les forces entre les courants dans les années 1820 et a modélisé le magnétisme comme résultant de courants circulants. La force dépendante de la vitesse sur les charges a été clarifiée par Lorentz vers 1900, complétant ainsi le tableau classique ultérieurement nommé force de Lorentz.

Key figures

• Hendrik Lorentz
• André-Marie Ampère
• Michael Faraday

Seminal works

• jackson1998
• griffiths2017

Frequently asked questions

Pourquoi la force magnétique n'effectue-t-elle aucun travail ?

La force magnétique exercée sur une charge est toujours perpendiculaire à sa vitesse, elle modifie donc la direction du mouvement mais pas la vitesse, et ne transfère par conséquent aucune énergie à la charge.

Qu'est-ce qu'un moment dipolaire magnétique ?

C'est un vecteur caractérisant une petite boucle de courant ou un aimant, égal au produit du courant par la surface de la boucle pour une boucle ; il détermine le couple que l'objet subit dans un champ et l'intensité du champ dipolaire qu'il produit.