Le champ magnétique d’un aimant est une grandeur vectorielle qui décrit l’influence magnétique de l’aimant en tout point de l’espace. Il se représente par des lignes de champ allant du pôle Nord au pôle Sud à l’extérieur de l’aimant. Le magnétomètre du smartphone permet de le mesurer directement.
Observer expérimentalement le champ magnétique d’un aimant
Avec l’application FizziQ, le magnétomètre permet de cartographier le champ magnétique d’un aimant.
Étapes :
- Ouvrir FizziQ et sélectionner l’instrument “Magnétomètre” ou “Champ magnétique”
- Approcher un aimant du smartphone et observer les variations
- Mesurer l’intensité du champ à différentes distances
- Vérifier la décroissance rapide avec la distance (en 1/r³ environ)
- Identifier les pôles Nord et Sud de l’aimant
- Cartographier les lignes de champ avec de la limaille de fer
Activités scientifiques sur ce thème
Prolongements possibles avec FizziQ : mesure de l’intensité en fonction de la distance et comparaison de différents aimants.
En savoir plus
Caractéristiques du champ :
- Direction : tangente aux lignes de champ
- Sens : du pôle Nord vers le pôle Sud (convention)
- Intensité : en teslas (T) ou milliteslas (mT)
Valeurs typiques :
| Source | Intensité (mT) |
|---|---|
| Aimant permanent | 10-100 |
| Aimant de frigo | 5-10 |
| Champ terrestre | 0,03-0,06 |
| IRM médical | 1500-7000 |
Modèle dipolaire :
Loin de l’aimant, le champ décroît en 1/r³ (dipôle magnétique). Près de l’aimant, la forme réelle compte et le champ est plus complexe.
Interaction entre aimants :
- Pôles de même nom : répulsion
- Pôles de noms contraires : attraction
Formule
Champ d’un dipôle magnétique à grande distance (sur l’axe) :
B = (μ₀/4π) × (2M/r³)
où :
- B : intensité du champ magnétique (T)
- μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A : perméabilité du vide
- M : moment magnétique de l’aimant (A·m²)
- r : distance au centre de l’aimant (m)
Exemples d’application
- Les moteurs électriques utilisent l’interaction entre aimants et bobines
- Les disques durs stockent les données grâce à des domaines magnétiques
- L’IRM crée un champ magnétique intense pour imager le corps
- Les cartes bancaires stockent des informations sur une piste magnétique
FAQ
Q : Pourquoi le champ décroît-il si vite avec la distance ? R : Un aimant est un dipôle : les effets des deux pôles s’annulent partiellement à distance. Le champ décroît en 1/r³, plus vite que la gravité (1/r²).
Q : Le magnétomètre du smartphone mesure-t-il le champ total ? R : Oui, il mesure les trois composantes (x, y, z) et FizziQ peut afficher la norme. Attention : le smartphone mesure aussi le champ terrestre, qu’il faut soustraire.
Q : Comment trouver les pôles d’un aimant avec FizziQ ? R : Approchez l’aimant du smartphone. La composante z du champ change de signe quand on passe d’un pôle à l’autre.
Q : Les aimants s’usent-ils ? R : Lentement, surtout s’ils sont chauffés ou choqués. Les aimants en néodyme sont très stables à température ambiante.
Concepts liés
Magnétomètre - Champ magnétique terrestre - Dipôle magnétique - Force magnétique - Lignes de champ - Induction