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wiki:projet:l3phys2021:lu3py024g1:calcul-champ-magnetique [2021/03/24 21:17] hugo.cavet@etu.sorbonne-universite.fr |
wiki:projet:l3phys2021:lu3py024g1:calcul-champ-magnetique [2021/03/25 21:59] (Version actuelle) hugo.cavet@etu.sorbonne-universite.fr |
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===== I.2.a. Préliminaires : champ magnétique créé par une spire ===== | ===== I.2.a. Préliminaires : champ magnétique créé par une spire ===== | ||
Dans un premier temps, on cherche à calculer le champ magnétique créé par une spire de courant circulaire, qui nous servira dans la suite à modéliser une bobine. On suppose pour faire le calcul que le courant $I$ circulant dans la spire est constant afin d' | Dans un premier temps, on cherche à calculer le champ magnétique créé par une spire de courant circulaire, qui nous servira dans la suite à modéliser une bobine. On suppose pour faire le calcul que le courant $I$ circulant dans la spire est constant afin d' | ||
- | {{: | + | {{ : |
On prend un point M quelconque sur l'axe $(Oz)$. Ainsi, tout plan contenant cet axe étant un plan d' | On prend un point M quelconque sur l'axe $(Oz)$. Ainsi, tout plan contenant cet axe étant un plan d' | ||
$$ \overrightarrow{\mathrm{d}B}=\frac{\mu_0}{4\pi}\frac{I\overrightarrow{\mathrm{d}\ell}\wedge\overrightarrow{\mathrm{PM}}}{\mathrm{PM}^3} $$ | $$ \overrightarrow{\mathrm{d}B}=\frac{\mu_0}{4\pi}\frac{I\overrightarrow{\mathrm{d}\ell}\wedge\overrightarrow{\mathrm{PM}}}{\mathrm{PM}^3} $$ | ||
Ligne 10: | Ligne 10: | ||
$$ \|\overrightarrow{\mathrm{d}\ell}\wedge\overrightarrow{\mathrm{PM}}\| = \|\overrightarrow{\mathrm{d}\ell}\|\|\overrightarrow{\mathrm{PM}}\|=R\mathrm{d}\varphi\, | $$ \|\overrightarrow{\mathrm{d}\ell}\wedge\overrightarrow{\mathrm{PM}}\| = \|\overrightarrow{\mathrm{d}\ell}\|\|\overrightarrow{\mathrm{PM}}\|=R\mathrm{d}\varphi\, | ||
où l'on a pris $\overrightarrow{\mathrm{d}\ell}=R\mathrm{d}\varphi\vec{e_\varphi}$. Enfin, remarquons que $R=\mathrm{PM}\sin{\theta}$. En intégrant sur toute la spire --- donc pour $\varphi$ variant de $0$ à $2\pi$ --- et en réintroduisant la direction et le sens du champ magnétique, | où l'on a pris $\overrightarrow{\mathrm{d}\ell}=R\mathrm{d}\varphi\vec{e_\varphi}$. Enfin, remarquons que $R=\mathrm{PM}\sin{\theta}$. En intégrant sur toute la spire --- donc pour $\varphi$ variant de $0$ à $2\pi$ --- et en réintroduisant la direction et le sens du champ magnétique, | ||
- | $$ \boxed{\overrightarrow{B}(M)=\frac{\mu_0I}{2R}\sin^3\theta\, | + | $$ \boxed{\overrightarrow{B}(\mathrm{M})=\frac{\mu_0I}{2R}\sin^3\theta\, |
===== I.2.b. Champ magnétique créé par une bobine plate ===== | ===== I.2.b. Champ magnétique créé par une bobine plate ===== | ||
On cherche maintenant à déterminer l' | On cherche maintenant à déterminer l' | ||
$$ n = \frac{N}{L}. $$ | $$ n = \frac{N}{L}. $$ | ||
- | Ainsi définie, sur un élément de longueur $\mathrm{d}z$, on compte $\mathrm{d}N=n\mathrm{d}z$ spires. Pour $\mathrm{d}z$ assez petit, l' | + | Ainsi définie, sur un élément de longueur $\mathrm{d}\ell$, on compte $\mathrm{d}N=n\mathrm{d}\ell$ spires.\\ |
- | $$ \overrightarrow{\mathrm{d}B}=\mathrm{d}N\overrightarrow{B_1}=n\mathrm{d}z\frac{\mu_0I}{2R}\sin^3{\theta}\, | + | {{ : |
- | où $\overrightarrow{B_1}$ désigne le champ créé par une spire qui est celui déterminé en I.2.a.. | + | Pour $\mathrm{d}\ell$ assez petit, l' |
- | {{: | + | $$ \overrightarrow{\mathrm{d}B}=\mathrm{d}N\overrightarrow{B_1}=n\mathrm{d}\ell\frac{\mu_0I}{2R}\sin^3{\theta}\, |
- | {{:wiki: | + | où $\overrightarrow{B_1}$ désigne le champ créé par une spire qui est celui déterminé en **I.2.a.**. Pour faire le calcul, on peut introduire la longueur $\ell$ définie sur le schéma suivant.\\ |
+ | {{ : | ||
+ | En remarquant que | ||
+ | $$ z-\ell=R\cot{\theta} $$ | ||
+ | et donc que | ||
+ | $$ \mathrm{d}\ell=\frac{R}{\sin^2{\theta}}\mathrm{d}\theta $$ | ||
+ | on obtient | ||
+ | $$ \overrightarrow{\mathrm{d}B}=\frac{n\mu_0I}{2}\sin{\theta}\, | ||
+ | et on peut intégrer cet élément de champ de $\theta_2$ à $\theta_1$ pour obtenir le champ créé par la bobine sur son axe : | ||
+ | $$ \boxed{\overrightarrow{B}(\mathrm{M})=\frac{N\mu_0I}{2L}\left(\cos{\theta_2}-\cos{\theta_1}\right)\vec{e_z}.} $$ | ||
===== I.2.c. Champ magnétique créé par une bobine infinie ===== | ===== I.2.c. Champ magnétique créé par une bobine infinie ===== | ||
- | + | Le modèle de la bobine infinie est utile lorsque l'on considère des points dont la distance au centre de la bobine est très faible devant la longueur de la bobine. Pour l' | |
+ | $$ \boxed{\overrightarrow{B}=\frac{N\mu_0I}{L}\vec{e_z}.} $$ |