Champ magnétique

Les physiciens peuvent dire que la force et les couples entre deux aimants sont causés par des pôles magnétiques qui se repoussent ou s'attirent mutuellement. C'est comme la force de Coulomb qui repousse les mêmes charges électriques ou attire des charges électriques opposées. Dans ce modèle, un champ magnétique H est produit par des charges magnétiques qui sont "étalées" autour de chaque pôle. Ainsi, le champ H est comme le champ électrique E qui commence à une charge électrique positive et se termine à une charge électrique négative. Près du pôle nord, toutes les lignes de champ H sont dirigées vers le pôle nord (que ce soit à l'intérieur de l'aimant ou à l'extérieur), tandis que près du pôle sud (que ce soit à l'intérieur de l'aimant ou à l'extérieur), toutes les lignes de champ H sont dirigées vers le pôle sud. Un pôle nord, donc, ressent une force dans la direction du champ H alors que la force sur le pôle sud est opposée au champ H.

Dans le modèle des pôles magnétiques, le dipôle magnétique élémentaire m est formé par deux pôles magnétiques opposés de force polaire qm séparés par une très petite distance d, de sorte que m = qm d.

Malheureusement, les pôles magnétiques ne peuvent pas exister séparément les uns des autres. Tous les aimants ont des paires nord/sud qui ne peuvent être séparées sans créer deux aimants ayant chacun une paire nord/sud. De plus, les pôles magnétiques ne tiennent pas compte du magnétisme produit par les courants électriques ni de la force qu'un champ magnétique applique aux charges électriques en mouvement.

Le champ H est défini comme suit :

H ≡ B μ 0 - M , {\displaystyle \mathbf {H} \ \equiv \\\frac \mathbf {B} }{\mu _{0}}-\mathbf {M} (définition de H en unités SI)

Avec cette définition, la loi d'Ampère devient :

∮ H ⋅ d ℓ = ∮ ( B μ 0 - M ) ⋅ d ℓ = I t o t - I b = I f {\displaystyle \oint \mathbf {H} \cdot d{\boldsymbol}=\point \left({\frac {\mathbf {B} }{\mu _{0}}}-\mathbf {M} \right)\cdot d{\boldsymbol {ell }}=I_{\mathrm {tot} }-I_{\mathrm {b} }=I_{\mathrm {f} }}

où _If représente le "courant libre" enfermé par la boucle, de sorte que l'intégrale de H ne dépend pas du tout des courants liés. Pour l'équivalent différentiel de cette équation, voir les équations de Maxwell. La loi d'Ampère conduit à la condition limite :

H 1 , ∥ - H 2 , ∥ = K f , {\displaystyle H_{1,\parallel }-H_{2,\parallel }=\mathbf {K} _{\text{f}},}

où Kf est la densité de courant libre en surface.

De même, une surface intégrale de H sur une surface fermée est indépendante des courants libres et capte les "charges magnétiques" de cette surface fermée :

∮ S μ 0 H ⋅ d A = ∮ S ( B - μ 0 M ) ⋅ d A = ( 0 - ( - q M ) = q M , {\displaystyle \point _{S}\mu _{0}\mathbf {H} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =\point _{S}(\mathbf {B} -\mu _{0}\mathbf {M} )\cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =(0-(-q_{M}))=q_{M},}

qui ne dépend pas des courants libres.

Le champ H peut donc être séparé en deux parties indépendantes :

H = H 0 + H d , {\displaystyle \mathbf {H} =\mathbf {H} _{0}+\mathbf {H} _{d},\,}

où H0 est le champ magnétique appliqué dû uniquement aux courants libres et Hd est le champ démagnétisant dû uniquement aux courants liés.

Le champ magnétique H, par conséquent, refaçonne le courant lié en termes de "charges magnétiques". Les lignes du champ H ne bouclent qu'autour du "courant libre" et, contrairement au champ magnétique B, commencent et se terminent également aux pôles magnétiques proches.

• Ferromagnétisme
• Flux magnétique
• Moment magnétique