La relation entre l’électricité et le magnétisme

L’électricité et le magnétisme sont des phénomènes naturels indépendants, mais lorsqu’ils interagissent, ils génèrent une force appelée force électromagnétique et constituent l’électromagnétisme , une discipline physique fondamentale dans l’étude de divers phénomènes naturels. Avec la force gravitationnelle , les forces électromagnétiques expliquent les phénomènes macroscopiques de la vie quotidienne. Ils sont responsables, par exemple, des interactions entre les atomes pour former des molécules et des composés. Les autres forces fondamentales de la nature sont les forces nucléaires , la faible et la forte , qui régissent la désintégration radioactive et la formation des noyaux atomiques.

L’électricité et le magnétisme sont des phénomènes fondamentaux pour comprendre le monde qui nous entoure ; Voyons ci-dessous une description de base de chacun d’eux.

Électricité

L’électricité est un phénomène qui a pour origine des charges électriques fixes ou en mouvement . Ces charges électriques peuvent être associées à une particule élémentaire, un électron (qui a une charge négative), un proton (qui a une charge positive), un ion ou tout corps qui a un déséquilibre de charges positives et négatives, ayant ainsi un net charge électrique. Les charges positives et négatives s’attirent (par exemple, les protons sont attirés par les électrons), tandis que les charges de même signe se repoussent (par exemple, les protons repoussent les autres protons et les électrons repoussent les autres électrons). 

Des exemples d’électricité que nous pouvons trouver dans notre vie quotidienne sont la foudre qui se produit pendant un orage, le courant électrique d’une prise ou d’une batterie et l’électricité statique. Les unités des principaux paramètres liés à l’électricité, définies par le système international des unités SI, sont l’ampère ( A ) pour le courant électrique, le coulomb ( C ) pour la charge électrique, le volt ( V ) pour la différence de potentiel, le ohm ou ohm ( Ω ) pour la résistance électrique, et le watt ( W ) pour la puissance. Une charge ponctuelle stationnaire génère un champ électrique, mais si la charge est en mouvement, elle génère également un champ magnétique.

Le magnétisme

Le magnétisme est défini comme le phénomène physique produit par le mouvement d’une charge électrique. D’autre part, un champ magnétique peut induire le mouvement de particules chargées en générant un courant électrique. Une onde électromagnétique (comme la lumière, par exemple) a une composante de champ électrique et une composante de champ magnétique. Les ondes électromagnétiques sont des ondes transversales ; les deux composantes de l’onde se propagent dans le même sens mais leurs composantes électriques et magnétiques sont orientées perpendiculairement à la direction de l’onde, et également perpendiculaires l’une à l’autre.

Comme l’électricité, le magnétisme produit de l’attraction et de la répulsion entre les objets. Bien que les phénomènes électriques soient basés sur l’existence de charges positives et négatives, les monopôles magnétiques ne sont pas connus. Le champ magnétique généré par toute particule ou objet possède deux pôles d’attraction, l’un appelé pôle nord et l’autre appelé pôle sud, les assimilant à l’orientation du champ magnétique terrestre. Les pôles semblables d’un champ magnétique généré par un aimant se repoussent (par exemple, le pôle nord repousse le pôle nord), tandis que les pôles opposés s’attirent (le pôle nord et le pôle sud s’attirent).

Quelques exemples familiers de magnétisme sont l’alignement d’une aiguille de boussole avec le champ magnétique terrestre, l’attraction et la répulsion des aimants et le champ observé autour d’un électroaimant. Chaque charge électrique en mouvement génère un champ magnétique, de sorte que les électrons des atomes en orbite autour du noyau génèrent un champ magnétique. Le déplacement d’électrons associé à un courant électrique génère également des champs magnétiques autour des fils conducteurs. Les disques durs de stockage de données informatiques et les haut-parleurs utilisent également des champs magnétiques pour fonctionner. Les unités de certains des principaux paramètres liés au magnétisme, définis par le système international d’unités SI, sont le tesla ( T) pour la densité de flux magnétique, le Weber ( Wb ) pour le flux magnétique et le Henry ( H ) pour l’inductance.

électromagnétisme

Le mot électromagnétisme vient d’une combinaison des mots grecs  elektron , qui signifie ambre, et  magnetis lithos , qui signifie pierre de magnésium, qui est un minerai de fer magnétique. Dans la Grèce antique, ils connaissaient l’électricité et le magnétisme, mais les considéraient comme des phénomènes distincts.

Les bases théoriques de l’électromagnétisme ont été exposées par James Clerk Maxwell dans le livre  A Treatise on Electricity and Magnetism .) publié en 1873. Dans le traité Maxwell expose la structure mathématique de l’électromagnétisme en vingt équations, condensées en quatre équations aux dérivées partielles. La théorie de Maxwell était étayée par des preuves expérimentales. En ce qui concerne les charges électriques, il a observé que des charges égales se repoussent et que des charges électriques différentes s’attirent ; La force d’attraction ou de répulsion entre les charges électriques est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Quant aux pôles magnétiques, ils existent toujours en paires nord-sud ; Les pôles semblables se repoussent et les pôles différents s’attirent.

La preuve expérimentale qui a soutenu la théorie de Maxwell sur la relation entre l’électricité et le magnétisme comporte deux éléments. Une première observation établit qu’un courant électrique circulant dans un conducteur génère un champ magnétique autour du câble. Le sens du champ magnétique, dans le sens des aiguilles d’une montre vers le sens inverse des aiguilles d’une montre, dépend du sens du courant. Cela peut être déterminé avec la règle de la main droite; En enroulant idéalement votre main droite autour du fil en mettant votre pouce dans le sens du courant, la direction du champ magnétique suit la direction de vos autres doigts. D’autre part, le mouvement d’un conducteur électrique fermé sous forme de boucle ou boucle dans un champ magnétique induit un courant électrique dans le fil. La direction du courant dépend de la direction du mouvement.

Sources

• Hunt, Bruce J. (2005). Les Maxewelliens . Cornell : Cornell University Press. pages 165 et 166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Union internationale de chimie pure et appliquée (1993). Quantités, unités et symboles en chimie physique , deuxième édition, Oxford : Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. pages 14 et 15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Fondamentaux de l’électromagnétisme appliqué  (sixième édition). Boston : Apprenti Hall. page 13. ISBN 978-0-13-213931-1.