Ligne de champ magnétique
Une ligne de champ magnétique ou une ligne de flux magnétique indique la direction de la force d'un aimant et la puissance d'un aimant.
L'idée des lignes de force a été inventée par Michael Faraday. Sa théorie est que toute la réalité est constituée de la force elle-même. Sa théorie prédit que l'électricité, la lumière et la gravité ont des délais de propagation finis. La théorie d'Einstein est en accord avec cela.
On peut faire apparaître les lignes de champ magnétique comme s'il s'agissait de phénomènes physiques. Par exemple, la limaille de fer placée dans un champ magnétique s'aligne pour former des lignes qui correspondent à des "lignes de champ".
S'il y a beaucoup de lignes à travers un aimant et pas un grand espace entre elles, l'aimant est puissant. Si les lignes entre un aimant sont très éloignées les unes des autres et qu'il n'y a pas beaucoup de lignes, l'aimant est faible. Une façon de déterminer la force d'un aimant est de faire une expérience avec de la limaille de fer. La limaille de fer sera attirée par l'aimant et prendra la forme des lignes de flux. Vous regardez alors la forme de la limaille de fer et vous voyez l'espace entre les lignes de flux. Cela vous donne une idée de la puissance de l'aimant.
L'utilisation de limaille de fer pour afficher un champ modifie le champ magnétique de sorte qu'il est beaucoup plus grand le long des "lignes" du fer. Ceci est dû à la grande perméabilité du fer par rapport à l'air. Les "lignes" des champs magnétiques sont également affichées visuellement dans les aurores polaires, lorsque les particules provoquent des traînées de lumière visibles qui s'alignent sur la direction locale du champ magnétique terrestre.
Les lignes de champ magnétique sont comme les courbes de niveau (altitude constante) sur une carte topographique en ce sens qu'elles représentent quelque chose de continu, et une échelle cartographique différente montrerait plus ou moins de lignes. Il y a un avantage à utiliser les lignes de champ magnétique comme représentation. De nombreuses lois du magnétisme (et de l'électromagnétisme) peuvent être énoncées de manière complète et concise en utilisant des concepts simples tels que le "nombre" de lignes de champ à travers une surface. Ces concepts peuvent être rapidement "traduits" sous leur forme mathématique.
Le champ magnétique proprement dit ne contient pas de "lignes" ; les "lignes" sont uniquement les limailles de fer qui se polarisent elles-mêmes, réagissent entre elles et avec le champ, alignent N et S l'un par rapport à l'autre dans le champ. Si vous pouviez voir les champs de force réels, ils seraient ombrés et en gradient, avec une ombre plus lourde et plus épaisse près de la partie la plus forte de l'aimant, s'estompant au fur et à mesure que vous vous éloignez de la source. Et dans les 3 dimensions, ce que les démonstrations de limage du fer ne peuvent pas reproduire. Les ferrofluides réagiront dans les 3 dimensions et pourront reproduire un champ avec plus de précision, sauf pour la gravité qui crée une restriction de poids. Tenir un aimant puissant devant un moniteur de type CRT avec un écran blanc peut également donner une représentation des champs, sans qu'aucune "ligne de force" ne soit visible. Le problème de l'utilisation de matériaux ferro-magnétiques pour visualiser un champ est que les matériaux eux-mêmes deviennent magnétisés et changent le champ original pour inclure leur propre influence.
La direction des lignes de champ magnétique représentée par l'alignement de la limaille de fer saupoudrée sur le papier placé au-dessus d'un aimant en forme de barre
Les boussoles révèlent la direction du champ magnétique local. Comme on le voit ici, le champ magnétique est orienté vers le pôle sud d'un aimant et s'éloigne de son pôle nord
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que la ligne de champ magnétique ?
R : Une ligne de champ magnétique est une représentation visuelle de la direction et de l'intensité de la force d'un aimant.
Q : Qui a eu l'idée des lignes de force ?
R : L'idée des lignes de force a été inventée par Michael Faraday.
Q : Comment pouvez-vous déterminer la force d'un aimant ?
R : Vous pouvez déterminer la force d'un aimant en faisant une expérience avec des flocons de fer. Les fils de fer sont attirés par l'aimant et se transforment en lignes de courant, qui donnent une indication de la force ou de la faiblesse de l'aimant.
Q : Qu'est-ce qui provoque les stries visibles dans les aurores polaires ?
R : Les stries visibles dans les aurores polaires sont causées par des particules alignées avec le champ magnétique de la Terre.
Q : Comment les champs magnétiques diffèrent-ils des cartes topographiques ?
R : Les champs magnétiques diffèrent des cartes topographiques en ce sens qu'ils représentent quelque chose de continu, et que différentes échelles de cartes montrent plus ou moins de lignes. Les cartes topographiques représentent une hauteur continue sur la carte, alors que les champs magnétiques représentent quelque chose de continu qui change en fonction de l'échelle à laquelle on le regarde.
Q. Pourquoi est-il difficile de visualiser les champs réels sans les modifier ?
R : Les champs réels sont difficiles à visualiser sans les modifier car les matériaux ferro-magnétiques se magnétisent lorsqu'ils y sont exposés, modifiant ainsi le champ original pour y inclure leur propre effet.
Q : Comment pouvez-vous regarder la représentation exacte d'un champ sans le modifier ?
R : Parmi les moyens de visualiser la représentation exacte du champ sans le modifier, citons l'utilisation de ferrofluides (qui répondent dans les trois dimensions) ou le fait de tenir un aimant puissant devant un écran blanc de type CRT (qui ne produit aucune "ligne").
