Le champ magnétique | 1ère Bac Pro – Groupement 2 | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Capacités et connaissances du programme :
C1 – Reconnaître les pôles d'un aimant et les matériaux attirés (ferromagnétiques)
C2 – Décrire le champ magnétique d'un aimant et tracer/interpréter les lignes de champ
C3 – Déterminer le sens du champ d'une bobine (règle de la main droite)
C4 – Utiliser l'unité tesla (T) et les ordres de grandeur du champ magnétique
C5 – Exploiter la proportionnalité \(B = k \times I\) (bobine sans noyau de fer)
C1 — Aimants, pôles et matériaux attirés
À retenir : un aimant possède un pôle Nord et un pôle Sud. Deux pôles de même nom se repoussent, deux pôles de noms différents s'attirent. Seuls les matériaux ferromagnétiques (fer, acier, nickel, cobalt) sont attirés.
Socle
Exercice 1 – Trier les matériaux
Un électricien range des chutes : fil de cuivre, vis en acier, profilé en aluminium, plaque de fer.
Recopier le tableau et cocher la colonne « attiré » ou « non attiré » par un aimant.
Matériau
Attiré
Non attiré
Cuivre
Acier
Aluminium
Fer
Attirés : acier, fer (ferromagnétiques). Non attirés : cuivre, aluminium.
Standard
Exercice 2 – Attraction et répulsion
On approche deux aimants droits l'un de l'autre.
a) On présente le pôle Nord de l'un face au pôle Sud de l'autre : que se passe-t-il ?
b) On retourne un aimant pour présenter deux pôles Nord face à face : que se passe-t-il ?
c) Une boussole est une petite aiguille aimantée. Que pointe son pôle Nord ?
a) Pôles de noms différents : ils s'attirent.
b) Deux pôles Nord (même nom) : ils se repoussent.
c) Le pôle Nord de l'aiguille pointe vers le Nord géographique de la Terre.
Approfondissement
Exercice 3 – Enquête de l'électricien
Un électricien doit distinguer deux fils identiques d'aspect : l'un est en cuivre, l'autre en acier zingué. Il dispose d'un aimant.
a) Proposer un test simple, à l'aide de l'aimant, pour les différencier. Quel résultat attend-on pour chacun ?
b) Le test fonctionnerait-il pour distinguer de l'aluminium de l'inox amagnétique ? Discuter brièvement la limite du test.
a) On approche l'aimant : le fil en acier est attiré (fer ferromagnétique), le fil en cuivre ne l'est pas. On les distingue ainsi.
b) Limite : certains métaux non ferromagnétiques (aluminium, inox amagnétique) ne sont attirés ni l'un ni l'autre. Le test ne permet alors pas de les distinguer entre eux : il sépare seulement « ferromagnétique » de « non ferromagnétique ».
C2 — Champ magnétique et lignes de champ
Méthode les lignes de champ sortent du pôle Nord et entrent par le pôle Sud à l'extérieur de l'aimant. Elles sont fermées, ne se croisent jamais, et sont plus resserrées là où le champ est intense.
Socle
Exercice 1 – Lire un schéma
On observe le schéma ci-dessus.
a) De quel pôle sortent les flèches des lignes de champ ?
b) Où le champ est-il le plus intense : tout près de l'aimant ou loin de lui ? (indice : observer où les lignes sont resserrées)
a) Les flèches sortent du pôle Nord.
b) Le champ est le plus intense près de l'aimant, là où les lignes sont les plus resserrées.
Standard
Exercice 2 – Propriétés des lignes de champ
Un élève propose quatre affirmations sur les lignes de champ magnétique. Pour chacune, dire si elle est vraie ou fausse et corriger si nécessaire.
a) Les lignes de champ peuvent se croiser.
b) Les lignes sortent du Sud et entrent par le Nord à l'extérieur.
c) Les lignes sont d'autant plus resserrées que le champ est intense.
d) On peut visualiser les lignes avec de la limaille de fer.
a) Faux : les lignes ne se croisent jamais.
b) Faux : à l'extérieur, elles sortent du Nord et entrent par le Sud.
c) Vrai.
d) Vrai : la limaille s'aligne le long des lignes de champ.
Approfondissement
Exercice 3 – Caractériser le vecteur champ
Le champ magnétique \(\vec{B}\) est une grandeur vectorielle.
a) Citer les trois caractéristiques que possède le vecteur \(\vec{B}\) en un point.
b) Une aiguille aimantée placée en un point de l'espace indique la direction de \(\vec{B}\). Expliquer comment elle donne aussi le sens.
a) Le vecteur \(\vec{B}\) possède : une direction, un sens et une valeur (intensité, en tesla).
b) L'aiguille s'aligne sur la direction de \(\vec{B}\) ; son pôle Nord pointe dans le sens de \(\vec{B}\), ce qui donne le sens du champ en ce point.
C3 — Sens du champ d'une bobine : règle de la main droite
Méthode on enroule les doigts de la main droite dans le sens du courant qui circule dans les spires ; le pouce pointe alors vers le pôle Nord de la bobine, c'est-à-dire dans le sens de \(\vec{B}\) à l'intérieur.
Socle
Exercice 1 – Appliquer la règle
Une bobine est parcourue par un courant continu.
a) Avec quelle main applique-t-on la règle ?
b) Que représente le pouce une fois les doigts enroulés dans le sens du courant ?
a) La main droite.
b) Le pouce indique le pôle Nord de la bobine (sens de \(\vec{B}\) à l'intérieur).
Standard
Exercice 2 – Inverser le courant
Un technicien de maintenance alimente une bobine : son pôle Nord est à droite. Il décide ensuite d'inverser le sens du courant.
a) Que devient le sens du champ \(\vec{B}\) à l'intérieur ?
b) Où se trouve maintenant le pôle Nord de la bobine ?
a) Le sens de \(\vec{B}\) s'inverse.
b) Le pôle Nord passe à gauche : les pôles Nord et Sud sont échangés.
Approfondissement
Exercice 3 – Bobine et relais
Un électricien étudie un relais : une bobine attire un contact en acier dès qu'elle est alimentée. Sur le schéma, le courant entre par le haut des spires et ressort par le bas.
a) Expliquer comment, avec la règle de la main droite, on détermine de quel côté se forme le pôle Nord.
b) Pourquoi le contact retombe-t-il dès qu'on coupe le courant ?
a) On enroule les doigts de la main droite dans le sens réel du courant dans les spires ; le pouce indique alors le côté du pôle Nord, donc le sens de \(\vec{B}\) le long de l'axe.
b) Sans courant, la bobine ne produit plus aucun champ : elle n'attire plus le contact, qui retombe (un ressort le ramène). C'est tout l'intérêt d'un électroaimant pour commander un circuit.
C4 — Tesla et ordres de grandeur
À retenir : l'intensité du champ magnétique \(B\) se mesure en tesla (T).
\[1 \text{ mT} = 10^{-3} \text{ T} \qquad 1\,\mu\text{T} = 10^{-6} \text{ T}\]
Champ terrestre \(\approx 50\;\mu\)T ; aimant de réfrigérateur \(\approx 5\) mT ; IRM \(\approx 1{,}5\) à \(3\) T.
Socle
Exercice 1 – Conversions
Compléter les conversions (écriture décimale ou scientifique) :
a) \(3\) mT = ... T
b) \(50\;\mu\)T = ... T
c) \(0{,}004\) T = ... mT
a) \(3\) mT \(= 3 \times 10^{-3}\) T \(= 0{,}003\) T.
b) \(50\;\mu\)T \(= 50 \times 10^{-6}\) T \(= 5 \times 10^{-5}\) T \(= 0{,}00005\) T.
c) \(0{,}004\) T \(= 4\) mT.
Standard
Exercice 2 – Classer des sources
Un technicien lit la documentation de plusieurs dispositifs :
Champ terrestre : \(50\;\mu\)T
Aimant de réfrigérateur : \(5\) mT
Aimant néodyme : \(0{,}8\) T
IRM médicale : \(2{,}5\) T
Classer ces sources par champ magnétique croissant (convertir tout en tesla pour comparer).
En tesla : \(50\;\mu\)T \(= 0{,}00005\) T ; \(5\) mT \(= 0{,}005\) T ; \(0{,}8\) T ; \(2{,}5\) T.
Dans un article, on lit : « le champ magnétique de la Terre vaut 50 T au niveau du sol ».
a) Pourquoi cette affirmation est-elle aberrante ? Comparer à un ordre de grandeur connu.
b) Donner la valeur correcte avec la bonne unité, en écriture scientifique.
a) 50 T serait énorme : c'est bien plus qu'une IRM (\(\approx\) 2 à 3 T), le plus puissant des champs courants. Un tel champ au sol est physiquement impossible. L'auteur a confondu tesla et microtesla.
b) Valeur correcte : \(50\;\mu\)T \(= 5 \times 10^{-5}\) T.
C5 — Proportionnalité \(B = k \times I\) (bobine sans noyau)
Méthode pour une bobine sans noyau de fer, le champ à l'intérieur vérifie \(B = k \times I\), avec \(B\) en tesla (T), \(I\) en ampères (A) et \(k\) en T/A. On isole : \(I = \dfrac{B}{k}\) et \(k = \dfrac{B}{I}\). La courbe \(B = f(I)\) est une droite passant par l'origine.
Socle
Exercice 1 – Calcul direct
Une bobine sans noyau a une constante \(k = 0{,}002\) T/A. Le courant vaut \(I = 4\) A.
a) Calculer \(B\) : \(B = 0{,}002 \times 4 = ...\) T.
b) Exprimer ce résultat en mT.
a) \(B = 0{,}002 \times 4 = \mathbf{0{,}008}\) T.
b) \(0{,}008\) T \(= \mathbf{8}\) mT.
Standard
Exercice 2 – Trouver le courant
Un électricien règle une bobine sans noyau de constante \(k = 0{,}0025\) T/A. Il veut un champ \(B = 10\) mT.
a) Convertir le champ visé en tesla.
b) Calculer le courant \(I\) nécessaire.
a) \(B = 10\) mT \(= 0{,}010\) T.
b) \(I = \dfrac{B}{k} = \dfrac{0{,}010}{0{,}0025} = \mathbf{4}\) A.
Standard
Exercice 3 – Exploiter un tableau de mesures
Un bobinier mesure le champ \(B\) à l'intérieur d'une bobine sans noyau pour plusieurs courants :
\(I\) (A)
1
2
3
4
\(B\) (mT)
2,5
5,0
7,5
10,0
a) Montrer que \(B\) est proportionnel à \(I\).
b) Déterminer la constante \(k\) (en T/A).
c) Prévoir le champ pour \(I = 6\) A.
a) Le rapport \(\dfrac{B}{I}\) est constant : \(\dfrac{2{,}5}{1} = \dfrac{5{,}0}{2} = \dfrac{7{,}5}{3} = \dfrac{10{,}0}{4} = 2{,}5\) mT/A. Donc \(B\) est proportionnel à \(I\).
b) \(k = 2{,}5\) mT/A \(= \mathbf{0{,}0025}\) T/A.
c) \(B = 0{,}0025 \times 6 = 0{,}015\) T \(= \mathbf{15}\) mT.
Approfondissement
Exercice 4 – Bobine avec ou sans noyau de fer
Une bobine sans noyau de fer a une constante \(k = 0{,}004\) T/A.
a) Calculer le champ \(B\) pour \(I = 5\) A.
b) On insère un noyau de fer et on garde \(I = 5\) A : on mesure \(B = 1{,}6\) T. Par quel facteur le champ a-t-il été multiplié ?
c) La relation \(B = k \times I\) reste-t-elle valable avec le noyau de fer ? Justifier et citer une application industrielle.
a) \(B = 0{,}004 \times 5 = 0{,}020\) T \(= \mathbf{20}\) mT.
b) \(\dfrac{1{,}6}{0{,}020} = \mathbf{80}\) : le champ est multiplié par 80 environ.
c) Non : avec un noyau de fer, \(B = k \times I\) n'est plus valable (amplification puis saturation du fer). Application : électroaimant de levage, contacteur, relais, tri magnétique des métaux ferreux.