#2H. Champs Magnétique -- Histoire

Jusqu'en 1820, le seul magnétisme connu était celui des aimants en fer et des " pierres d'aimants ", des aimants naturels de minerais riches en fer.

On croyait que l'intérieur de la Terre était magnétisé de la même façon, et les scientifiques furent grandement intrigués quand ils trouvèrent que la direction d'une aiguille de boussole où qu'elle soit se décalait lentement, décade par décade. Cela suggérait une lente variation du champ magnétique terrestre.

Comment un aimant de fer peut-il produire de tels changements ? Edmond Halley (de la fameuse comète) proposa ingénieusement que la terre contenait un nombre de coquilles sphériques, les unes dans le autres, chacune magnétisées différemment, chacune tournant lentement par rapport aux autres.

Edmond Halley

Hans Christian Oersted

Hans Christian Oersted était un professeur de science à l'université de Copenhague. En 1820, il concocta chez lui une expérience pour ses amis et étudiants. Il avait prévu de montrer le dégagement de chaleur d'un fil dans lequel passe un courant électrique et avait aussi prévu de mener à bien des experiences de magnétisme pour lesquelles il avait une aiguille de boussole montée sur une pied en bois.

Tandis qu'il réalisait son expérience électrique, Oersted remarqua à sa grande surprise que chaque fois que le courant était coupé, l'aiguille de boussole se déplaçait. Il resta calme et fini ses expériences, mais dans les mois qui suivirent il travailla dur pour donner un sens à ce nouveau phénomène.

Oersted's Experiment

What Oersted saw...

Mais il échoua ! L'aiguille n'était ni attirée vers le fil ni repoussée. En effet, elle tendait à rester à angle droit (voir le dessin en dessous). A la fin il publia ses recherches (en latin !) sans aucune explication.

Andre-Marie Ampere en France pressentit que si un courant dans un fil exerçait une force magnétique sur une aiguille de boussole, deux fils parcourus chacun par un courant devraient interagir magnétiquement. Dans une série d'expériences ingénieuses, il montra que cette interaction était simple et fondamentale - des courant parallèles s'écoulant sur une longue distance s'attirent, des courants de sens contraire se repoussent. La force entre deux courants est inversement proportionnelle à la distance qui les séparent et proportionnelle à l'intensité.

Seulement

pas

I₁ I₂ L₁ L₁/R²

(Cela devient plus compliqué si les courants s'écoulent dans des directions inclinées l'une par rapport à l'autre). Pour trouver alors la force entre les fils de forme compliqués qui conduisent le courant, toutes les petites contributions de la force doivent être ajoutées. Pour deux fils droits parallèles, le résultat final est comme au dessus -- une force inversement proportionnelle à R et non à R2]

Ainsi, il existe deux sortes de forces associées à l'électricité : une force électrique et une force magnétique. En 1864 James Clerk Maxwell démontra une subtile relation entre les deux types de forces, impliquant paradoxalement la vitesse de la lumière. De cette relation, jailli l'idée que la lumière était un phénomène électrique, la découverte des ondes radios, la théorie de la relativité et un grand fondement de la physique d'aujourd'hui.

Maxwell

Reproduisez l'expérience d'Oersted !

Vous avez besoin :

Une boussole de poche.
30 cm d'un fil plutôt épais isolé ou dénudé.
Une pile électrique de 1,5 volts (le voltage est trop faible pour présenter des risques).
1. Posez la boussole sur la table, face vers le haut. Attendez jusqu'à ce qu'elle pointe le nord.
2. Posez le milieu du fil au dessus de l'aiguille de boussole, aussi dans la direction nord-sud (comparez à l'image du dessus " ce que Oersted vit "). Courbez les bouts du fil de façon à les rapprocher l'un de l'autre.
3. Prenez un des bouts du fil avec une main et appuyez le contre une des bornes de la pile.
4. Prenez l'autre bout avec votre autre main et appuyez le momentanément contre l'autre borne de la pile. L'aiguille tournera de 90 degré environ.
  Déconnectez rapidement (ce n'est pas bon pour une pile de délivrer ainsi un si grand courant). L'aiguille reviendra dans la direction nord-sud. Remarquez qu'il n'y a pas de fer qui produit l'effet magnétique !
5. Répétez en inversant les connexions avec la pile. Remarquez que l'aiguille se tourne à 90 degrés dans la direction opposée.
6. Prenez une feuille de papier (5x10 cm) et faites des plis d'un cm la dans le sens de sa longueur. Placez le fil sur la table, son milieu dans la direction nord sud, placez le papier plié au dessus de façon à ce que le fil soit en dessous d'un des plis, et placez la boussole sur le dessus des plis. (ou alors, utilisez un petit bloc de bois dans lequel on aura creusé un sillon pour le fil).
  Vous pouvez répéter l'expérience avec la boussole au dessus du fil (si deux personnes réalisent l'expérience, elles n'ont ni besoin de table ni de plis - l'un peut tenir la boussole, l'autre le fil et la pile). Remarquez que l'aiguille tourne dans la direction opposée à celle qu'elle prend lorsque la boussole est en dessous.

Futher reading:

--Jetez un œil dans une encyclopédie à "Halley, Edmond", "Oersted, Hans Christian", "Ampere, Andre-Marie" et "Maxwell, James Clerk."

--"From Falling Bodies to Radio Waves" de Emilio Segre, W.H. Freeman Co., 1984, donne un très bon aperçu de l'histoire de l'électricité et du magnétisme (et de la physique jusqu'en 1895). Segre, lauréat du prix Nobel en physique, a écrit dans un style clair avec beaucoup d'anecdotes sur les découvertes qui sous tendent les fondement de la physique.

--"Oersted and the Discovery of Electromagnetism" par Bern Dibner (Blaisdell Publ. Co., 1962), un petit livre avec des détails sur Oersted et son époque.

--"Andre-Marie Ampere" par L.Pearce Williams, Scientific American Janvier 1989, p. 90.

--"Edmond Halley, Geophysicist" par Michael E. Evans, Physics Today, Fevrier 1988, p. 41-45.

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Auteurs et Conservateurs:

David P. Stern - education("at" symbol)phy6.org
Mauricio Peredo
Traduction française par Kamil Fadel et Marielle Vergès

Dernière mise à jour : 5 juin 1996