En physique classique, les champs magnétiques sont issus de courants électriques. Au niveau microscopique, un électron en « orbite » autour d'un noyau atomique peut être vu comme une minuscule boucle de courant, générant un faible champ magnétique et se comportant comme un dipôle magnétique.
Lorsque le fer en fusion circule dans le champ magnétique existant, il génère un courant électrique, grâce au mécanisme d'induction magnétique. Ce courant électrique nouvellement induit crée, à son tour, un champ magnétique.
Afin que le champ magnétique généré par le fil soit « exploitable », il faut des lignes de champ rectilignes, au moins localement. Le fil doit alors être disposé sous la forme d'un enroulement circulaire. Pour démultiplier l'intensité du champ, on fera plusieurs boucles (plusieurs spires). Cela constitue une bobine.
Le corps humain est un bon conducteur de l'électricité. Sous l'influence d'un champ magnétique alternatif, les charges électriques é l'intérieur du corps subiront un mouvement de va-et-vient au même rythme que le champ (60 Hz). Le champ produit donc de petits courants électriques dans le corps.
Un solénoïde (du grec « solen », « tuyau », « conduit », et « eidos », « en forme de ») est un dispositif constitué d'un fil électrique en métal enroulé régulièrement en hélice de façon à former une bobine longue. C'est pourquoi le solénoïde prend aussi le terme de bobine.
Le terme de champ magnétique désigne une région de l'espace soumise à l'action d'une force provenant d'un aimant. Il caractérise également l'influence d'une charge électrique en mouvement et exerce, réciproquement, son action sur les charges en mouvement.
Le champ magnétique caractérise l'influence d'une charge électrique en mouvement, et réciproquement exerce également son action sur les charges en mouvement. Une charge électrique en mouvement est un courant électrique dont l'unité est l'ampère (symbole : A).
Les sources de champ magnétique peuvent être : des aimants, un fil conducteur parcouru par un courant électrique, une bobine ou un solénoïde parcouru par un courant électrique, la Terre...
Le magnétisme représente un ensemble de phénomènes physiques dans lesquels les objets exercent des forces attractives ou répulsives sur d'autres matériaux. Les courants électriques et les moments magnétiques des particules élémentaires fondamentales sont à l'origine du champ magnétique qui engendre ces forces.
Si on prend une surface fermée quelconque , tout tube de champ de qui y entre d'un coté sort de l'autre coté. Donc le flux entrant est égal au flux sortant. Le flux entrant total est nul. On en conclut donc que le flux du champ magnétique créé par un élément de courant à travers une surface fermée est nul.
Rappelons que les lignes de champs magnétiques sont invisibles à l'œil humain. Il est toutefois possible de les matérialiser grâce à de la limaille de fer. Car, quand on approche un aimant d'une poudre de fer, la limaille s'aimante légèrement et s'oriente selon les lignes du champ magnétique qu'il produit.
Afin d'obtenir un champ plus intense, on enroule le fil conducteur autour d'un cylindre. Le champ magnétique d'un tel solénoïde est non seulement plus intense que pour un fil droit, il est aussi quasiment uniforme à l'intérieur de cette bobine .
Les aimants n'attirent que les objets en fer, en acier, en nickel et en cobalt. Quand on approche un aimant d'un objet constitué de l'un de ces matériaux, cet objet est attiré par la force magnétique entourant l'aimant. S'il est assez près, l'objet se fixera à l'aimant.
Le pôle nord et le pôle sud d'un aimant
Les deux aimants vont donc s'attirer. À l'inverse, si on met face-à-face deux pôles nord ou deux pôles sud, les lignes de champ ne peuvent pas circuler d'un aimant à l'autre. Donc les pôles de même nature se repoussent, ceux de natures différentes s'attirent.
Le champ magnétique terrestre est engendré par les mouvements complexes de fluide (nommés convection) dans le noyau externe de notre planète.
Il existe un très fort lien de parenté entre l'électricité et le magnétisme. Déjà en 1820, le Danois Hans Christian Oersted a montré que le passage d'un courant électrique dans un fil conducteur engendre un champ magnétique qui se déploie tout autour de ce fil.
Regarde, il suffit de faire tourner un aimant à l'intérieur d'une bobine de fil de fer. À chaque rotation, l'aimant déplace de tout petits éléments, les électrons, qui se trouvent dans la bobine et c'est ce mouvement d'électrons qui crée l'électricité.
Plusieurs métaux, dont l'aluminium et le cuivre, sont non magnétiques. On serait porté à croire que tous les métaux sont attirés par l'aimant, mais c'est faux. Seuls le fer, le nickel, le cobalt et le gadolinium réagissent à l'aimant. Tous les autres métaux sont donc non magnétiques.
L'inox austénitique est la seule famille d'inox qui ne s'aimante pas. Pourtant, il est composé d'acier et de nickel, deux métaux ferromagnétiques. Mais l'empilement des atomes à l'intérieur de l'inox austénitique empêche l'alignement de leurs champs magnétiques. Les aimants ne tiennent donc pas sur ce métal.
Ces métaux précieux ont la particularité de ne pas être magnétiques, ils ne doivent donc pas être attires par un aimant, même s'il s'agit toujours d'alliage. En effet, les objets en or, argent ou platine, ne sont jamais en métal pur, mais toujours associé à d'autres métaux, ce que l'on appelle un alliage.
De temps en temps, nous recevons des questions comme "Combien de temps les aimants se conservent-ils ?" Dans des circonstances normales, les aimants en néodyme et en ferrite ainsi que les bandes et films magnétiques conservent leur magnétisation pour une durée quasi illimitée.
C'est à cause des électrons des atomes. Leurs mouvements produisent un petit champ magnétique et donc une force magnétique. Dans un métal non magnétique, ces mouvements sont désordonnés, les forces magnétiques vont dans tous les sens et s'annulent.
La composition d'un aimant
L'aimant permanent, comme ceux qu'on colle sur le réfrigérateur, est généralement composé de ferrite, un matériau obtenu à partir de fer et d'oxygène. D'autres aimants, comme ceux en forme de U, sont le résultat d'un alliage (mélange) de fer, d'aluminium, de nickel et de cobalt.
Le champ magnétique traverse tout, les cloisons, le béton, le granit, le corps humain… et ne peut pas être arrêté. La seule solution pour s'en protéger consiste à s'éloigner de la source (voir: Calculer son exposition au quotidien avec les appareils électriques).
Il est également possible de démagnétiser un aimant en frappant les extrémités de l'aimant avec un marteau, ce qui modifie l'ordre de l'aimant. Frapper un aimant avec un objet en général, en appliquant une force, est un bon mécanisme pour atteindre cet objectif.