La formule de Biot et Savart est un outil de calcul et ne doit être utilisée que pour calculer l'induction magnétique créée par des circuits fermés • Pour un fil
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[PDF] 6 CHAMP DINDUCTION MAGNÉTIQUE 61 Un peu dhistoire 611
La formule de Biot et Savart est un outil de calcul et ne doit être utilisée que pour calculer l'induction magnétique créée par des circuits fermés • Pour un fil
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A - Cas d'un circuit fixe dans un champ magnétique dépendant du temps On peut alors en déduire la formule de Biot et Savart donnant le champ magnétique
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On observe l'apparition d'un courant induit dans un circuit fermé si : 1) l'intensité ou la direction d'un champ magnétique à travers ce circuit varie ; 2) la surface
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est l'« induction magnétique », qui peut porter confusion avec le nom du 1) Cas de Lorentz (circuit déplacé dans un champ magnétique stationnaire)
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Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 3/34 6.2 Champ dÕinduction magntique 6.2.1 Force de Lorentz Soient deux charges en mouvement : La force exerce par q1 sur q2 est : F12 = q1q240 r2 &'( u12 + v2c ) *+,-./v1c ) u12 F12 = q1q240 r2 u12 + q1q240 r2 &'( v2c ) *+,-./v1c ) u12 q2 E1 avec u12 = M1M2 00M1M2 le terme q1q240 r2 &'( v2c ) *+,-./v1c ) u12 est la contribution du champ dÕinduction magntique, appe l abusivement champ magntique. v1 v2 q1 q2 M1 M2
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 6/34 Units : ¥ lÕunit dÕinduction magntique est le tesla (T) ¥ on utilise aussi le gauss (G) 1 T = 104 G Ordres de grandeur : - champ magntique terrestre : 47 T en France composante horizontale : 20 T - aimant courant : 10 mT - champ magntique intense du LCMI (Grenoble) 34 T (24 MW, 31 000 A) - bobine supraconductrice : 10 T - toile neutrons 108 T
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 9/34 Spire circulaire La distribution prsente une symtrie cylindrique, 1 il convien t nouveau dÕutiliser les coordonnes cylindriques. ¥ La d istribution de courant est invaria nte par rotatio n autour du fil 1 B ne dpend pas de 2 1 B dpend que de et z B(, , z) = B(, z) DÕautre part : (i) Tout plan contenant lÕaxe vertical passant par le centre de la spire est plan dÕantisymtrie B est contenu dans ce plan 1 B = B3(, z) e3 + Bz(, z) ez (ii) Le plan perpendicula ire lÕaxe vertical passant par le centre de la spire est plan de symtrie or B est perpendiculaire ce plan 1 en tout point de ce plan B = B ez I B B B I B B B
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 10/34 6.2.5 Principe de superposition De mme que pour le champ lectrostatique, le principe de superposition sÕapplique au champ dÕinduction magntique. Pour N particules situes ( lÕinstant t) en Pi et se mouvant la vitesse vi, le champ dÕinduction magntique peru en M est la som me des cham ps individuels cr s par chaqu e particule : B = 04 4i = 1N qivi ) PiM 0PiM 3 6.2.6 Champ cr par une densit de cha rges en mouvement En lectrostatique, le principe de superposition permet de calculer le champ cr par une d istribution de cha rges immobiles : E(M) = 140 555666777V 3(P)PM2 PM0PM d En magntostatique, les charges bougent d8 V ¥ 3(P) M ¥ PM0 dqv dB(M)
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 11/34 Le champ infinitsimal dB cr par la charge lmentaire dq contenue dans le volume d et se dplaant la vitesse v est : dB(M) = 04 dqv ) PM 0PM3 Dans le volum e infinitsimal d, diff rents types charges sont susceptibles de se dplacer : dqv = 4 39 q9 v9 d8 39 : densit de particules de type 9 (ayant une charge q9) v9 : vitesses des particules d e type 9 Le terme 4 39 q9 v9 est appel densit de courant : j = 4 39 q9 v9 et correspond un flux de charges / unit de temps ¥91 ¥92 ¥93 ¥92 ¥91 ¥91 ¥ 93 ¥92
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 13/34 Le point M est situ une distance telle du point P de telle sorte que depuis M tous les vecteurs vitesse des charges en mouvement sont considres comme colinaires. Dans ce cas : j // d et j // ds LÕexpression du champ dÕinduction magntique au point M est : B(M) = 04 555666777 j(P) ) PM 0PM3 d B(M) = 04 567Ocircuitd 556677Sj(P) ) PM0PM3 ds B(M) = 04 567Ocircuit&''(556677Sj(P) ds d ) PM0PM3 B(M) = 04 567Ocircuit &''(556677Sj(P) ds d ) PM0PM3 avec 556677Sj(P) ds = I courant traversant la section S
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 14/34 dÕo finalement : B(M) = 0 I4 567Ocircuitd ) PM0PM3 Formule de Biot et Savart Remarques : ¥ Cette formule a t tablie exprimentalement en 1820. Le lien entre champ dÕinduction magntique et charges en mouvement nÕa t tabli que bien plus tard ¥ La formule de Biot et Savart est un outil de calcul et ne doit tre utilise que pour calculer lÕinduction magntique cre par des circuits ferms. ¥ Pour un fil conducteur considr comme infiniment mince, le champ est nul en r = 0.
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 16/34 Le champ cr par lÕlment de longueur dl est donn par la relation de Biot et Savart : dB0(M) = 0 I4 d ) rr3 dB = dB0 = 0 I4 d r sin*++,-../2 + &r3 = 0 I4 d r cos&r3 On cherche tout exprimer en fonction de & : ¥ = HP HP = HM tan& HP = R tan& d = d(R tan&) = R d&cos2& ¥ R = r cos& dÕo : dB = 0 I4 R d&cos2& cos2&R2 cos& = 0 I4 R cos& d& Les d sont tous dans le mme sens (celui du couran t), donc tous les dB0(M) correspondant aux diffrents d sont dans le mme sens. La norme du champ B(M) est donne par lÕintgrale : B = 567- /2 +/20 I4 R cos& d& = 0 I4 R sin& (&-/2 +/2
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 20/34 ¥ Spire On voit le ple Nord On voit le ple Sud ¥ Solnode (de nombreuses spires jointives)
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 24/34 6.4.3 Flux de B travers une surface ferme 6.4.3.1 Contours et surfaces orients ¥ Soit un contour ferm C sur lequel sÕappuie une surface &. On oriente le contour C et la surface : La surface peut prendre nÕimporte quelle forme : n + n + n + n + C C C C + n n n + C C >
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 32/34 Les sens de parcours tant opposs, on en dduit que B est le mme sur ces deux segments, B est donc constant lÕextrieur du solnode. De plus si le contour est tel que le segment DA est lÕinfini, o le champ B est nul, alors B est nul aussi le long du segment BC, 1 B est nul lÕextrieur du solnode. Sur le parcours IJKL : 567OIJKLB d = 0 (pas de courant traversant) dÕautre part : 567OIJKLB d = 567IJB d + 567JKB d +567KLB d +567LJB d = 0 car B Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 6 Ð Induction magntique 33/34 Sur le parcours MNOP : 567OMNOPB d = 0 N I L (MP = L) dÕautre part : 567OMNOPB d =567MNB d +567NOB d +567OPB d +567PMB d = 0 = 0 = 0 B