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Le piège est tendu, vous
voulez comprendre magnétisme et aimants. Préparez vous à souffrir car les
difficultés vous attendent. Idées reçues et préjugés fourmillent dans la mer
aux crabes.
1 - Les 4
façons d'appréhender le champ magnétique:
Historiquement, le champ magnétique possédait deux
définitions possibles: le "champ magnétique" proprement dit, désigné par la
lettre H (mesuré en ampère par mètre), et l'"induction magnétique" désignée
par la lettre B (mesuré en Tesla). Ils sont liés par la perméabilité
magnétique µ du milieu ambiant, par la relation:
(vecteur) B = µ (vecteur) H
Les deux champs sont donc colinéaires (ils
ont la même direction)
Par analogie avec le champ électrique qui possède des
charges électriques (positives et négatives), qui lui servent de sources, il
semblait naturel que le champ H possède des masses magnétiques (nord et sud)
qui lui serviraient également de sources. Le champ H était tributaire des
masses magnétiques dénoncées par les pôles des aimants, tandis que
l'induction B présidait aux destinées des bobines plongées dans le champ H.
De nos jours, H est appelé "excitation magnétique" et B
"champ magnétique" tout court, soit 4 définitions différentes au total, pour
le même terme de "champ magnétique".
2 - Les
masses magnétiques et pôles des aimants mis à mal:
Classiquement, le champ magnétique H faisait, à lui seul,
bon ménage avec aimants, pôles et masses magnétiques.
Il allait, bien gentiment, sortant du pôle Nord pour
entrer par le pôle Sud, à l'extérieur des aimants, et du Sud vers le Nord, à
l'intérieur.
Mais, des questions se posaient ainsi:
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Un aimant bien élevé possédait deux
pôles, un Nord et un Sud, supportés par des masses magnétiques
respectivement nord et sud. La boussole rapprochée, accuse même, très
obligeamment, un Nord et un Sud (avec la convention maladroite, mais
historique, que le Nord de l'aiguille se dirige vers un pôle ... Sud).
Mais l'expérience d'un aimant brisé n'isole pas un pôle,
contrairement à ce qui pourrait être attendu. Tout au contraire, elle
fait apparaître deux aimants, possédant, à eux deux, 4 pôles (2 Nords et
2 Suds) accompagnés de masses magnétiques nouvellement surgies du néant.
De plus, ces deux nouveaux aimants, une fois réunis, reconstituaient
l'aimant d'origine, intact, avec ses deux pôles.
D'où avaient donc surgit les deux nouveaux pôles lors de la brisure,
et, lors de la reconstitution, où étaient donc passés les deux nouveaux
pôles précédemment créés, ainsi que leurs masses magnétiques?
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Autre question: un aimant droit, tout
bête dans sa rectitude (dipôle, en langage "savant"), est très
présentable avec ses deux pôles bien délimités.
Il continue à être fort acceptable, une fois tordu en forme de U, comme
les aimants des couturières.
Les deux pôles se font seulement face et la boussole continue poliment à
en indiquer les positions.
Mais, lorsque l'aimant est tordu jusqu'au tore (en forme de O),
les pôles disparaissent, l'aimant n'attire plus rien, et la boussole
reste toute bête, muette comme carpe au soleil (un tel aimant peut être
considéré comme la jonction de deux aimants en U).
Où est passé le champ produit par l'aimant en O (ou les deux aimants
en U réunis) et que sont devenues les masses magnétiques?
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Mais alors, on constate que deux
bobine enroulées sur le tore, s'influencent mutuellement:toute
variation du courant parcourant l'une, engendre une force électromotrice
dans l'autre (principe de fonctionnement du transformateur). Oh,
joie, le champ était toujours là, mais totalement caché à l'intérieur
de l'aimant, ne se manifestant que par ce qui est nommé "induction".
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Dernière question lancinante: mais,
Nord ou Sud, on n'a jamais réussit à isoler un seul et unique pôle.
ils voyagent toujours en couple.
3 - Révolution dans le
magnétisme:
Devant l'obstination de ces faits expérimentaux incontournables, un éclair
de génie a changé l'électromagnétisme des savants, puis son enseignement
classique.
La boussole, incapable de se frayer un chemin à l'intérieur d'un aimant, a
été relayée au rang d'amusette enfantine et seules les bobines servent
désormais d'épreuves à la réalité électromagnétique. Dans le même élan,
l'étude du champ B, seul responsable des phénomènes d'induction, a été
privilégié et renommé "champ magnétique", au détriment du champ H subitement
devenu "champ d'excitation". Du coup, les masses magnétiques, non
indispensables à la description du réel, sont passées à la trappe des
vieilleries surannées.
Ainsi les masses magnétiques et les
pôles n'apparaissaient pas par magie, pas plus qu'ils ne disparaissaient
quasi miraculeusement. Ils n'ont, tout simplement, ... aucune réalité
physique.
Quand cela est possible (ce qui n'est pas
toujours le cas), on peut seulement indiquer que les lignes de champ
extérieures sortent d'une surface qui peut être appelée pôle Nord,
pour rentrer par une surface qui peut être baptisée pôle Sud, sans
entraîner de contradiction à la théorie.
4 -
Pour les matheux, on peut justifier ainsi la révolution:
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Les équations de Maxwell (datant du
19ème siècle), permettent aux théoriciens d'abréger le raisonnement.
Elles leur permettent également de saluer le génie de Maxwell, qui
discourait des propriétés du courant électrique et des ondes
électromagnétiques, longtemps avant la découverte de l'électron et la
détection des ondes, autres que la lumière.
Le champ électrique (E) dérive d'un
potentiel (V) qui est le potentiel électrique, au sens commun du terme,
qui s'exprime en volts.
Son rotationnel est donc nul, et sa divergence, au contraire, n'est pas
nulle, et est égale à la densité des charges électriques qui lui servent
de source. Ainsi se justifie théoriquement l'existence des charges
électriques, "miraculeusement" identifiées expérimentalement à ...
l'électron et à la charge du proton, découverts tardivement. Mais, tout
comme pour le mauvais choix de départ effectué pour les pôles
terrestres, le (mauvais) choix arbitraire du sens du courant électrique,
effectué avant la connaissance de l'électron, fait que celui-ci se
retrouve malencontreusement ... négatif. Mais, là aussi, l'habitude est
prise, et on peut dire que si le choix avait été le bon, l'électron
serait positif de nos jours, et le proton serait négatif.
En revanche, le champ magnétique B, ne
dérive pas d'un potentiel, mais d'un "potentiel vecteur", de sorte que
sa divergence est nulle. Ce qui impose que les masses magnétiques qui en
seraient la source seraient ... également toutes nulles. Elles
n'existent donc pas. |
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