Deux expériences à la façon d’Ørsted

Une boussole placée au voisinage d’un fil électrique est déviée dès qu’un courant parcourt le fil. De même, si on enroule en plusieurs spires un fil électrique autour de la boussole, l’aiguille de celle-ci prend la direction de l’axe du solénoïde ainsi constitué dès que le courant est établi. Ces deux expériences mettent en évidence le lien étroit qui unit courant électrique et champ magnétique.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • une boussole ou une aiguille aimantée pivotant sans frottement ;
  • du fil électrique isolé (longueur : environ 1 m) ;
  • une batteri, une pile ou une source de courant continu qui puisse fournir une intensité de plusieurs ampères.
Montage et réalisation

Première expérience:
Plaçons une aiguille aimantée sur un axe qui lui permet de pivoter pratiquement sans frottement.
Elle s’oriente suivant la direction du champ magnétique terrestre.
Approchons parallèlement à l’aiguille un fil de cuivre conducteur.
Si nous relions les deux extrémités du fil à un générateur, ici une pile de 4,5 volt, nous constatons que l’aiguille pivote sur son axe pour prendre, après quelques oscillations, la direction du champ résultant de l’addition vectorielle du champ magnétique terrestre et du champ créé par le courant traversant le fil de cuivre.
Ce champ magnétique créé est orthogonal au fil de cuivre.
Si nous ouvrons le circuit l’aiguille revient à sa position initiale après quelques oscillations.

Deuxième expérience:
Enroulons autour d’une boussole de voyageur quelques spires de fil électrique isolé, et relions à une pile électrique les deux extrémités de la bobine ainsi constituée.
Nous constatons que l’aiguille de la boussole s’oriente instantanément suivant l’axe de la bobine avec son axe sud-nord parallèle aux lignes de champ magnétique et de même sens.
En effet le passage du courant dans la bobine crée un champ magnétique dirigé suivant l’axe de la bobine et nettement plus grand que le champ magnétique terrestre et qui cesse dès que s’interrompt le passage du courant dans la bobine.

Explications

L’aiguille de la boussole s’oriente toujours avec son axe sud-nord parallèle aux lignes de champ magnétique et de même sens. Le champ magnétique créé par la bobine étant nettement plus grand que le champ magnétique terrestre, l’aiguille de la boussole s’oriente dans la direction du champ de la bobine.

Il apparaît un champ magnétique lorsqu’une bobine est parcourue par un courant. On a indiqué sur la figure ci-dessus le sens du champ magnétique et l’emplacement des pôles magnétiques de la bobine qui correspondent à un branchement donné sur la pile donc à un certain sens du courant. Le sens du champ magnétique et les pôles de la bobine s’inversent lorsqu’on change le sens du courant.

Remarques

C’est le physicien danois Hans Christian Ørsted (1777-1851) qui a réalisé le premier cette expérience. On raconte que c’est par hasard qu’Ørsted a observé l’effet du courant électrique sur des aiguilles aimantées. Il réalisait des expériences de cours sur le courant électrique sur une table à proximité de laquelle se trouvaient par hasard des boussoles lorsque son attention fut attirée par le comportement curieux des aiguilles. Par la suite il réalisa des expériences systématiques pour étudier l’influence des courants électriques sur les aimants. Son nom a été attribué à l’unité de champ magnétique dans le système cgs : 1 Oersted (1 Oe) correspond à A.m-1.

Contrairement à l’opinion trop répandue (et à ce qu’on peut trouver dans certains livres de géographie) le pôle magnétique de la Terre qui est actuellement à proximité du pôle nord géographique est un pôle sud magnétique. Sa position exacte se déplace au cours du temps. On peut même mettre en évidence qu’il y a eu des inversions de polarité au cours de l’histoire de la Terre en étudiant l’orientation de particules magnétiques dans des couches sédimentaires. Cependant le temps qui s’est écoulé entre deux inversions magnétiques de la Terre (quelques milliers d’années) est sans commune mesure avec la durée d’utilisation d’un manuel scolaire…

Références

Université en ligne : le champ magnetostatique

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