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Champs et sourcesUne charge électrique immobile crée un champ électrique \(\vec{E}\) dans l'espace environnant. Ce champ exerce une force sur toute autre charge placée dans la région. Lorsque la charge se déplace, elle génère en plus un champ magnétique \(\vec{B}\). Ainsi, l'électricité et le magnétisme sont deux manifestations d'une même interaction : l'interaction électromagnétique. Le champ magnétique est également produit par des aimants permanents, grâce à l'alignement des moments magnétiques atomiques. En terminale, on étudie comment ces champs influencent les particules chargées et comment leurs variations créent des courants électriques.
💡 À retenir : Toute charge en mouvement produit un champ magnétique, reliant ainsi électricité et magnétisme.
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Force de LorentzUne particule chargée en mouvement dans un champ magnétique subit la force de Lorentz : \(\vec{F} = q(\vec{E} + \vec{v} \times \vec{B})\). En l'absence de champ électrique, la force est perpendiculaire à la vitesse et au champ magnétique, ce qui courbe la trajectoire sans changer la norme de la vitesse. Cette force est à l'origine du fonctionnement des moteurs électriques et de la déviation des particules dans les accélérateurs. La règle de la main droite permet de déterminer le sens de la force pour une charge positive. Pour une charge négative, la force est inversée.
💡 À retenir : La force magnétique est toujours perpendiculaire à la vitesse, elle ne travaille pas et modifie seulement la direction du mouvement.
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Loi de Faraday et loi de LenzLorsque le flux magnétique à travers un circuit varie, une force électromotrice (f.é.m.) induite apparaît, générant un courant si le circuit est fermé. La loi de Faraday relie la f.é.m. induite à la variation du flux : e = -dΦ/dt. Le signe négatif traduit la loi de Lenz : le courant induit crée un champ magnétique qui s'oppose à la variation du flux. Ce phénomène est à la base des alternateurs, des transformateurs et des plaques à induction. En terminale, on étudie également l'auto-induction dans une bobine, où la variation du courant produit une f.é.m. qui s'oppose à cette variation.
💡 À retenir : Toute variation de flux magnétique induit une tension : c'est le principe de la dynamo et du transformateur.
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Du moteur à l'onde électromagnétiqueL'électricité et le magnétisme sont unifiés dans la théorie de l'électromagnétisme de Maxwell. Les moteurs électriques utilisent la force de Lorentz pour convertir l'énergie électrique en mouvement. Les génératrices exploitent l'induction pour produire de l'électricité à partir de mouvement. Les transformateurs modifient la tension grâce à l'induction mutuelle entre deux bobines. Enfin, les ondes électromagnétiques, comme la lumière, résultent de l'oscillation couplée d'un champ électrique et d'un champ magnétique, se propageant même dans le vide. Ces applications montrent l'omniprésence de l'électromagnétisme dans notre quotidien.
💡 À retenir : L'électromagnétisme unifie électricité, magnétisme et optique, et sous-tend la plupart des technologies modernes.