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La force de Laplace
Quand un courant placé dans un champ magnétique subit une force
§1.Un courant qui ressent le champ
Un fil parcouru par un courant est un déplacement de charges. Or une charge en mouvement dans un champ magnétique subit une force. Résultat : un conducteur traversé par un courant et placé dans un champ magnétique subit une force globale, la force de Laplace.
C'est cette force qui fait tourner tous les moteurs électriques de la planète : ventilateurs, pompes, voitures électriques, disques durs. Convertir de l'électricité en mouvement, c'est exploiter la force de Laplace.
§2.Intensité de la force de Laplace
La force est proportionnelle au champ, à l'intensité du courant, à la longueur du fil et au sinus de l'angle entre le fil et le champ.
Variables
- Force de Laplace- N (newton)
- Intensité du champ magnétique- T (tesla)
- Intensité du courant- A (ampère)
- Longueur du fil dans le champ- m
- Angle entre le fil et le champ B- ° (degré)
- -Force maximale quand le fil est perpendiculaire au champ (α = 90°, sin = 1).
- -Force nulle quand le fil est parallèle au champ (α = 0°, sin = 0).
- -Inverser le sens du courant OU le sens du champ inverse le sens de la force.
§3.Trouver la direction : la règle des trois doigts
- Main droite
- Pouce = sens du courant I, index = sens du champ B, majeur (perpendiculaire) = sens de la force F. Les trois forment un trièdre.
- Exemple. Astuce mnémotechnique : I, B, F comme « Il Bouge Fort ». Le courant et le champ donnent la force.
- La force est perpendiculaire
- F est toujours perpendiculaire à la fois au courant et au champ. Elle ne pousse jamais le fil dans le sens du courant.
§4.Applications
- Le moteur électrique
- Une spire parcourue par un courant, placée dans un champ magnétique, subit un couple de forces de Laplace qui la fait tourner. C'est le principe de tout moteur à courant continu.
- Le haut-parleur
- Une bobine parcourue par le courant audio est plongée dans le champ d'un aimant. La force de Laplace, qui varie au rythme du signal, fait vibrer la membrane et produit le son.
À retenir
- Un courant dans un champ magnétique subit la force de Laplace : c'est le principe du moteur électrique.
- F = B·I·L·sin(α) : maximale si le fil est ⊥ au champ, nulle s'il est parallèle.
- Direction par la règle des trois doigts (main droite) : I (pouce), B (index), F (majeur).
- La force est toujours perpendiculaire au courant ET au champ.
- Inverser I ou B inverse le sens de la force.