Le téslamètre est un instrument qui mesure l’intensité d’un champ magnétique, exprimée en teslas (T) ou, pour les champs faibles, en microteslas (µT). Sur un smartphone, il est fourni par le magnétomètre. À titre de repère, le champ magnétique terrestre vaut environ 47 µT en France.
Observer expérimentalement le champ magnétique
Avec FizziQ, le magnétomètre affiche l’intensité du champ magnétique et permet d’en étudier les variations.
Étapes :
- Ouvrir FizziQ et afficher la mesure du champ magnétique (norme du vecteur, en µT).
- Loin de tout aimant, relever la valeur du champ terrestre et vérifier qu’elle est de l’ordre de quelques dizaines de µT.
- Approcher un aimant puis l’éloigner : observer la forte augmentation puis la décroissance rapide de l’intensité.
- Mesurer le champ à différentes distances d’un aimant et tracer la courbe pour mettre en évidence la décroissance en 1/d³.
- Rapprocher le téléphone d’un fil parcouru par un courant continu (effet Oersted) et repérer la petite variation du champ.
Activités scientifiques sur ce thème
Prolongements possibles avec FizziQ : étude de la décroissance du champ d’un aimant avec la distance, cartographie du champ terrestre dans une salle, ou mise en évidence de l’effet Oersted autour d’un fil. Voir la section magnétomètre du guide des capteurs.
En savoir plus
Le magnétomètre du smartphone est le plus souvent un capteur à effet Hall ou magnétorésistif, qui mesure les trois composantes Bx, By et Bz du champ magnétique. L’application en calcule la norme, c’est-à-dire l’intensité totale du champ, indépendamment de l’orientation de l’appareil. Le capteur ne distingue pas l’origine du champ : il additionne le champ terrestre, celui des aimants proches et celui produit par les courants de l’appareil lui-même. Un smartphone n’est pas un instrument de métrologie ; ses valeurs comportent un décalage propre à chaque appareil et un bruit non négligeable, mais elles suffisent largement à étudier des lois physiques comme la décroissance en 1/d³.
Ordres de grandeur : champ terrestre en France ≈ 47 µT ; à la surface d’un aimant néodyme, le champ peut dépasser plusieurs centaines de milliers de µT (soit plusieurs dixièmes de tesla) et saturer le capteur ; autour d’un fil parcouru par un courant de 1 A, le champ vaut environ 20 µT à 1 cm et seulement 4 µT à 5 cm. La résolution d’un magnétomètre grand public est de l’ordre de 0,1 à 0,3 µT.
Formule
Autour d’un long fil rectiligne parcouru par un courant, le champ magnétique (effet Oersted) vaut :
B = µ₀ × I / (2π × d)
où :
- B : intensité du champ magnétique, en teslas (T).
- µ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A : perméabilité magnétique du vide.
- I : intensité du courant, en ampères (A).
- d : distance au fil, en mètres (m).
Pour un aimant assimilé à un dipôle, l’intensité décroît en 1/d³ le long de son axe.
Exemples d’application
- Mesure du champ magnétique terrestre et de ses composantes.
- Étude de la décroissance du champ d’un aimant avec la distance (loi en 1/d³).
- Mise en évidence de l’effet Oersted autour d’un fil conducteur.
- Détection d’objets ferromagnétiques cachés dans un mur.
- Comparaison de la force de différents aimants.
- Repérage des sources de perturbation magnétique dans une salle (structures métalliques, appareils électriques).
FAQ
Q : Le téslamètre du smartphone donne-t-il la valeur exacte du champ ? R : Il donne une bonne estimation mais comporte un décalage propre à chaque appareil et un bruit de mesure. Il convient parfaitement pour comparer des valeurs et étudier des lois, moins pour une mesure absolue de précision.
Q : Pourquoi la valeur ne descend-elle pas à zéro loin de tout aimant ? R : Le magnétomètre mesure en permanence le champ terrestre, d’environ 47 µT en France. C’est la valeur de base autour de laquelle s’ajoutent les autres champs.
Q : Puis-je mesurer un champ très intense avec mon téléphone ? R : Non, au-delà de la plage du capteur (souvent quelques milliers de µT), la mesure sature. Près d’un aimant puissant, il faut donc rester à distance pour rester dans la plage utile.
Concepts liés
Magnétomètre - Champ magnétique terrestre - Boussole - Déclinaison magnétique - Inclinaison magnétique