Origine du champ magnétique
Le champ magnétique est une grandeur physique engendrée par le déplacement de particules chargées électriquement tels que les électrons. Dans le vide, une charge électrique ponctuelle (q), de vitesse
, engendre un champ magnétique
. Si O est la position instantanée de (q), la valeur de
en un point P est donnée par la loi :
où
est la perméabilité magnétique du vide. Dans le système d'unités MKSA (S.I), l'unité du champ magnétique est le Tesla (T).
L'électron, qui porte une charge électrique élémentaire négative (-e), peut engendrer un champ magnétique de plusieurs manières. Par leurs degrés de liberté internes (spins) et par leur évolution dans les orbitales atomiques, les électrons constituent des sources de champ magnétique. L'ensemble des électrons d'un atome forment un dipôle magnétique de moment
(moment magnétique atomique). Un atome ayant un moment magnétique non nul est dit « paramagnétique », sinon il est dit « diamagnétique ». Les matériaux composés d'atomes paramagnétiques et dont les moments atomiques peuvent être ordonnés, sont dits « ferromagnétique ». Ce type de matériau sert à fabriquer des sources permanentes de champ magnétique (aimants).
Fig.1 : un électron en mouvement circulaire est équivalent à un dipôle magnétique.
Chaque électron participant à la conduction électrique engendre également un champ magnétique. Le champ magnétique crée par un courant électrique peut alors se calculer par une simple intégration (sommation) de la relation (1). Pour un fil conducteur parcouru par un courant d'intensité I, le champ magnétique élémentaire engendré par les électrons de conduction situés dans un élément de longueur est donné par :
où le vecteur
a le sens conventionnel du courant I. Le champ magnétique total
engendré par le fil est donné par la somme des champs élémentaires
:
Fig.2 : un courant électrique est une source de champ magnétique
