Le champ magnétique | Première Bac Pro – Groupement 2 | Physique – Électricité
Dernière mise à jour : 11 juin 2026, 17:15
Rappel : la formule \(B = k \times I\) est fournie dans chaque sujet — elle n'est pas exigible de mémoire.
Dans un atelier d'électricité, on range les outils sur une barre aimantée fixée au mur.
☐ un tournevis en acier ☐ un fil de cuivre ☐ une règle en plastique ☐ une clé en acier ☐ une cornière en aluminium
a) Un aimant possède toujours deux pôles. ☐ Vrai ☐ Faux
b) Un aimant attire tous les métaux. ☐ Vrai ☐ Faux
c) Deux pôles Nord face à face s'attirent. ☐ Vrai ☐ Faux
☐ Ils s'attirent ☐ Ils se repoussent
1. Sont attirés : le tournevis en acier et la clé en acier (l'acier contient du fer, matériau ferromagnétique). Le cuivre, le plastique et l'aluminium ne sont pas attirés.
2. a) Vrai — un aimant possède toujours un pôle Nord et un pôle Sud. b) Faux — seuls les matériaux ferromagnétiques (fer, nickel, cobalt) sont attirés. c) Faux — deux pôles de même nom se repoussent.
3. Ils se repoussent, car deux pôles de même nom (N–N) se repoussent toujours.
| Champ magnétique terrestre | • • | 1,5 T |
| Aimant de réfrigérateur | • • | 50 µT |
| IRM médicale | • • | 5 mT |
1. Le champ magnétique se note \(B\), son unité est le tesla de symbole T.
2. Champ terrestre → 50 µT ; aimant de réfrigérateur → 5 mT ; IRM médicale → 1,5 T.
3. \(5\ \text{mT} = 5 \times 10^{-3}\ \text{T} = \mathbf{0{,}005\ T}\).
Un installateur domotique utilise un relais pour commander l'éclairage d'une maison connectée. À l'intérieur du relais, une bobine parcourue par un courant continu attire un contact en acier.
☐ une pile ☐ un aimant ☐ une lampe ☐ une résistance
1. Elle se comporte comme un aimant (avec un pôle Nord et un pôle Sud) : c'est un électroaimant.
2. Quand le courant est coupé, le champ magnétique disparaît : la bobine ne crée un champ que lorsqu'elle est parcourue par un courant.
3. On enroule les doigts dans le sens du courant, et le pouce indique le pôle Nord de la bobine.
Un électricien teste une bobine sans noyau de fer.
| Donnée | Valeur |
|---|---|
| Constante de la bobine \(k\) | 0,004 T/A |
| Intensité du courant \(I\) | 2,0 A |
1. \(k = 0{,}004\) T/A et \(I = 2{,}0\) A.
2. \(B = k \times I = 0{,}004 \times 2{,}0 = \mathbf{0{,}008\ T}\).
3. \(B = 0{,}008\ \text{T} = \mathbf{8\ mT}\).
4. \(B\) est proportionnel à \(I\) : si le courant double, le champ double aussi. \(B = 2 \times 8 = \mathbf{16\ mT}\) (soit 0,016 T).
1. L'unité du champ magnétique est le tesla, de symbole T.
2. Deux propriétés parmi : elles sortent du pôle Nord et entrent par le pôle Sud (à l'extérieur de l'aimant) ; elles sont des courbes fermées ; elles ne se croisent jamais ; elles sont plus resserrées là où le champ est plus intense.
3. C'est faux : un aimant n'attire que les matériaux ferromagnétiques comme le fer (ou l'acier, le nickel, le cobalt). Il n'attire pas le cuivre (ni l'aluminium, le zinc ou l'or).
Un technicien de maintenance intervient dans un service d'imagerie médicale. Il consulte les valeurs de champ magnétique suivantes :
| Source | Valeur de \(B\) |
|---|---|
| Champ magnétique terrestre | 50 µT |
| Aimant de fixation d'un capteur | 5 mT |
| IRM du service d'imagerie | 1,5 T |
1. \(50\ \mu\text{T} = 50 \times 10^{-6}\ \text{T} = \mathbf{5 \times 10^{-5}\ T}\).
2. \(5\ \text{mT} = \mathbf{5 \times 10^{-3}\ T}\) (= 0,005 T).
3. \(\dfrac{1{,}5}{5 \times 10^{-5}} = \mathbf{30\ 000}\) : le champ de l'IRM est 30 000 fois plus intense que le champ terrestre. Les objets en acier (ferromagnétiques) seraient violemment attirés par l'aimant de l'IRM : danger pour le patient et le matériel.
Un électricien installe un contacteur dans une armoire électrique. La bobine de commande, sans noyau de fer pendant le test, a pour constante \(k = 2{,}5 \times 10^{-3}\) T/A.
| Donnée | Valeur |
|---|---|
| Constante de la bobine \(k\) | \(2{,}5 \times 10^{-3}\) T/A |
| Intensité du test n°1 | \(I_1 = 1{,}2\) A |
| Champ visé au test n°2 | \(B_2 = 7{,}5\) mT |
1. \(k\) relie le champ magnétique \(B\) à l'intensité \(I\) : \(B\) et \(I\) sont proportionnels (bobine sans noyau de fer).
2. \(B_1 = k \times I_1 = 2{,}5 \times 10^{-3} \times 1{,}2 = 3{,}0 \times 10^{-3}\ \text{T} = \mathbf{3{,}0\ mT}\).
3. \(I_2 = \dfrac{B_2}{k} = \dfrac{7{,}5 \times 10^{-3}}{2{,}5 \times 10^{-3}} = \mathbf{3{,}0\ A}\).
4. Oui : \(\dfrac{7{,}5}{3{,}0} = 2{,}5\) et \(\dfrac{3{,}0}{1{,}2} = 2{,}5\). Le courant et le champ sont multipliés par le même facteur : c'est bien la marque de la proportionnalité. ✓
Au laboratoire, un technicien fibre et réseaux en formation mesure le champ magnétique au centre d'une bobine sans noyau de fer pour différentes intensités :
| \(I\) (A) | 0 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 |
|---|---|---|---|---|---|
| \(B\) (mT) | 0 | 6,0 | 12,0 | 18,0 | 24,0 |
1. On calcule les rapports \(\dfrac{B}{I}\) : \(\dfrac{6{,}0}{1{,}0} = 6{,}0\) ; \(\dfrac{12{,}0}{2{,}0} = 6{,}0\) ; \(\dfrac{18{,}0}{3{,}0} = 6{,}0\) ; \(\dfrac{24{,}0}{4{,}0} = 6{,}0\). Le rapport est constant (et \(B = 0\) quand \(I = 0\)) : \(B\) et \(I\) sont proportionnels.
2. \(k = 6{,}0\) mT/A (soit \(6{,}0 \times 10^{-3}\) T/A).
3. Les points (0 ; 0), (1 ; 6), (2 ; 12), (3 ; 18), (4 ; 24) sont alignés : on obtient une droite passant par l'origine.
4. \(B = 6{,}0 \times 5{,}0 = \mathbf{30\ mT}\). C'est cohérent : le point (5 ; 30) est dans le prolongement de la droite. ✓
Un électricien industriel assure la maintenance d'une chaîne de recyclage de déchets ménagers. Au-dessus du tapis roulant, un électroaimant alimenté en courant continu attire les déchets ferreux pour les séparer des autres matériaux.
1. Sont captés : la boîte de conserve en acier et la vis en acier (l'acier contient du fer, ferromagnétique). La canette en aluminium, le fil de cuivre et la bouteille en plastique ne sont pas attirés.
2. Avec un électroaimant, le champ magnétique n'existe que lorsque le courant circule. Il suffit de couper le courant pour relâcher les déchets captés au-dessus de la benne. Un aimant permanent garderait les déchets collés en permanence — impossible de les décrocher automatiquement. On peut aussi régler l'intensité du champ en réglant le courant.
3. « L'aluminium n'est pas un matériau ferromagnétique : seuls le fer, le nickel et le cobalt (et leurs alliages comme l'acier) sont attirés par un aimant. Les canettes en aluminium sont triées par un autre procédé. »
Au bureau d'études, on caractérise une bobine sans noyau de fer destinée à un capteur de position pour une installation domotique. Les mesures au teslamètre donnent :
| \(I\) (A) | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 |
|---|---|---|---|---|
| \(B\) (mT) | 2,1 | 4,0 | 6,1 | 8,0 |
Le cahier des charges impose un champ de 25 mT au centre de la bobine. Le courant maximal admissible par le fil est de 5,0 A.
1. \(\dfrac{2{,}1}{0{,}5} = 4{,}2\) ; \(\dfrac{4{,}0}{1{,}0} = 4{,}0\) ; \(\dfrac{6{,}1}{1{,}5} \approx 4{,}1\) ; \(\dfrac{8{,}0}{2{,}0} = 4{,}0\) (en mT/A).
2. Les rapports sont quasiment constants (entre 4,0 et 4,2 mT/A) : les petits écarts s'expliquent par les incertitudes de mesure. Les mesures sont donc compatibles avec la proportionnalité \(B = k \times I\). ✓
3. On retient \(k \approx \mathbf{4{,}0\ mT/A} = 4{,}0 \times 10^{-3}\) T/A.
4. \(B = k \times I = 4{,}0 \times 3{,}5 = \mathbf{14\ mT}\) (= 0,014 T).
5. Au courant maximal : \(B_{\max} = 4{,}0 \times 5{,}0 = \mathbf{20\ mT}\). Or \(20\ \text{mT} < 25\ \text{mT}\) : le cahier des charges ne peut pas être respecté avec cette bobine seule. Il faut modifier la bobine (plus de spires) ou ajouter un noyau de fer.
Pour atteindre les 25 mT exigés, l'ingénieur propose d'insérer un noyau de fer dans la bobine de la partie B.
1. Le noyau de fer augmente considérablement le champ magnétique (jusqu'à plusieurs centaines de fois) : les 25 mT seront facilement atteints.
2. Non : avec un noyau de fer, \(B\) n'est plus proportionnel à \(I\). Le fer sature à partir d'une certaine intensité : le champ n'augmente plus aussi vite que le courant. La relation \(B = k \times I\) n'est valable que pour une bobine sans noyau (« à air »).
3. Deux applications parmi : contacteurs et relais (commande de circuits de puissance), électrovannes, freins électromagnétiques (ascenseurs), tri magnétique des métaux ferreux, levage industriel.
Mode opératoire : repérer le sens de circulation du courant dans les spires (de la borne + vers la borne −). Enrouler les doigts de la main droite dans le sens du courant : le pouce pointe alors vers le pôle Nord de la bobine (sens du champ \(\vec{B}\) à l'intérieur).
Inversion du courant : si on inverse le sens du courant, le champ magnétique s'inverse : les pôles Nord et Sud de la bobine s'échangent.