Le courant crée un champ magnétique
En 1820, Hans Christian Ørsted découvre qu’une boussole dévie près d’un fil parcouru par un courant ; la même année, Ampère, Biot et Savart en donnent les lois à Paris. Tout courant électrique crée un champ magnétique, et enrouler le fil en spires concentre ce champ. Ce calculateur traite les trois cas classiques.
Les formules
Avec μ₀ = 1,2566 × 10⁻⁶ T·m/A, la perméabilité magnétique du vide :
| Configuration | Champ |
|---|---|
| Fil rectiligne infini, à une distance r | B = μ₀ × I ÷ (2π × r) |
| À l’intérieur d’un long solénoïde de longueur L à N spires | B = μ₀ × N × I ÷ L |
| Au centre d’une bobine plate de rayon R à N spires | B = μ₀ × N × I ÷ (2R) |
La formule du solénoïde suppose une bobine bien plus longue que large ; aux extrémités, le champ tombe à environ la moitié. Toutes les formules supposent de l’air ou du vide autour du fil.
Exemple
Un solénoïde de 200 spires bobinées sur 10 cm, parcouru par 10 A :
| Résultat | Valeur |
|---|---|
| Champ magnétique | 25,13 mT |
| En tesla | 0,02513 T |
| En gauss | 251,3 G |
| Comparé au champ terrestre | environ 500 fois |
Les mêmes 10 A dans un fil rectiligne ne donnent que 0,1 mT à 2 cm, environ deux fois le champ terrestre. Enrouler le fil en bobine multiplie l’effet.
Ordres de grandeur
| Source | Champ |
|---|---|
| Champ magnétique terrestre (France) | environ 47 µT |
| Près du câble d’un appareil ménager | quelques µT |
| Aimant de réfrigérateur | 5 à 10 mT |
| Surface d’un aimant néodyme | 0,5 à 1,3 T |
| IRM hospitalière | 1,5 à 3 T |
Augmenter le champ
- Plus de spires ou plus de courant augmentent le champ proportionnellement, mais plus de courant chauffe davantage le fil (P = R × I²).
- Un bobinage plus court et plus serré augmente le champ dans un solénoïde.
- Un noyau de fer multiplie le champ par plusieurs centaines, jusqu’à la saturation du fer vers 1,5 à 2 T. C’est le principe des électroaimants, relais et transformateurs ; il n’est pas pris en compte par ces formules « à air ».
Sécurité
Les champs créés par l’installation électrique domestique sont très faibles. Les électroaimants puissants et les champs de type IRM peuvent attirer violemment les objets en acier et perturber les stimulateurs cardiaques : manipulez les bobines à fort courant avec prudence.