Oersted et AmpËre font le lien entre
ÈlectricitÈ et magnÈtisme
Avant 1820, le seul magnÈtisme connu Ètait celui des aimants de fer et des pierres de magnÈtite. Les choses changËrent gr’ce ý un professeur de sciences assez peu connu, Hans Christian Oersted, de l'UniversitÈ de Copenhague.

En 1820 Oersted prÈpara chez lui, ý la maison, une expÈrience scientifique pour des amis et des Ètudiants. Il avait prÈvu de dÈmontrer le chauffage d'un fil par un courant Èlectrique et d'autres dÈmonstrations sur le magnÈtisme, pour lequel il avait montÈ une aiguille de boussole sur une planche en bois.

Durant cette expÈrience, Oersted remarqua, ý sa surprise, que chaque fois que le courant Èlectrique Ètait allumÈ, l'aiguille de la boussole bougeait. Il ne dit rien mais pendant les mois qui suivirent, il tenta de comprendre ce phÈnomËne.

Oersted et son expÈrience.

    Mais il ne put ! L'aiguille n'Ètait ni attirÈe par le fil ni repoussÈe. Au contraire, l'aiguille restait ý angles droits (voir dessin ci-dessous). Il finit par publier en latin ses observations sans explication.
Ce que vit Oersted.

cc
Le franÁais Andre-Marie Ampere se rendit compte que si un courant circulant dans un fil exerÁait une force magnÈtique sur une aiguille de boussole, deux fils du mÍme genre devraient aussi interagir magnÈtiquement. Lors d'une sÈrie d'expÈriences gÈniales, il montra que cette interaction Ètait simple et fondamentale --des courants parallËles s'attirent-des courants anti-parallËles se repoussent, et la force est inversÈment proportionnelle au carrÈ de la distance entre ces fils.

Voici comment ceci peut conduire ý la notion de pÙles magnÈtiques. Courbez les fils en cercle avec une sÈparation constante (dessin ci-dessous):
Des courants parallËles en 2 boucles s'attirent aussi

    -- Deux courants circulaires dans la mÍme direction s'attirent.

    -- Deux courants circulaires dans des
    directions opposÈes se repoussent.

RemplaÁons chaque cercle par une bobine de 10, 100 ou plus de tours, transportant le mÍme courant (voir schÈma plus bas), l'attraction ou la rÈpulsion augmente par un facteur Ègal. En rÈalitÈ, chaque bobine agit tout ý fait comme un aimant avec des pÙles magnÈtiques ý chaque bout (un "Èlectroaimant"). AmpËre supposa que chaque atome de fer contenait un courant circulatoire, faisant de celui-ci un petit aimant, et que dans un aimant de fer, tous ces petits aimants atomiques Ètaient alignÈs dans la mÍme direction, permettant ý leur force atomique de s'additionner. (aujourd'hui, on pourrait affirmer que les Èlectrons circulant autour du noyau portent un tel courant mais la situation rÈelle est plus compliquÈe).


2 bobines de plusieurs boucles parallËles avec des courants dans la
mÍme direction s'attirent l'une l'autre et agissent comme des aimants.

La propriÈtÈ magnÈtique devient encore plus importante si un noyau de fer est placÈ ý l'intÈrieur des bobines, crÈant un "Èlectroaimant", l'utilisation de ces noyaux de fer complique le problËme mais n'est pas essentielle.

Maxwell
    Donc deux types de forces furent associÈes ý l'ÈlectricitÈ : les forces Èlectriques et magnÈtiques. En 1864 James Clerk Maxwell dÈmontra le lien subtil entre ces 2 types de forces, en prenant en compte de maniËre inattendue, pour l'Èpoque, la vitesse de la lumiËre.

RÈpÈtons l'expÈrience d'Oersted

 Nous aurons besoin de :
  • Une petite boussole de poche
  • Un morceau de fil assez Èpais, de 30 cm de long.
  • Une batterie de 1,5 Volt. La tension est trop faible pour prÈsenter le moindre risque.

    1. Placez la boussole sur la table, face vers le haut. Attendez qu'elle pointe le nord.

    2. Placez le milieu du fil de fer au dessus de l'aiguille de la boussole, dans la direction nord-sud (comparer avec l'image ci-dessous pour voir ce qu'avait observÈ Oersted). Incurvez les extrÈmitÈs du fil de fer de sortent que les extrÈmitÈs soient proches.

    3. Tenez une extrÈmitÈ du fil dans une main et placez la sur une extrÈmitÈ de la batterie.

    4. Tenez l'autre extrÈmitÈ avec votre autre main, et placez la momentanÈment contre l'autre extrÈmitÈ de la batterie. L'aiguille va tourner subitement de 90 degrÈs. DÈconnectez rapidement (ce n'est pas bon pour une batterie de supporter un courant aussi intense). L'aiguille va alors retourner ý sa direction initiale nord-sud. Il faut remarquer qu'aucun fer n'a ÈtÈ utilisÈ pour produire l'effet magnÈtique!

    5. RÈpÈtez l'expÈrience avec les connections inversÈes sur la batterie. L'aiguille tourne alors de 90 degrÈs mais dans la direction opposÈe.

    6. Prenez un morceau de papier de 5x10 centimËtres et pliez le cÙtÈ le plus long d'environ 1 centimËtre. Placez le fil sur la table avec le milieu dans la direction nord-sud, placez le papier pliÈ au dessus de sorte que le fil se retrouve sous le pli, et placez la boussole au sommet du pli (ou ý la place utiliser un petit morceau de bois avec une petite rainure dans son bas pour placer le fil).
      Vous pouvez maintenant rÈpÈter l'expÈrience avec le compas au dessus du fil (si deux personnes font l'expÈrience, elles n'ont pas besoin de pli ou de table -- une tient la boussole, l'autre le fil et la batterie). Notez que l'aiguille tourne dans le sens opposÈ du cas o˜ la boussole se trouvait en dessous du fil.

Prochain arrÍt: La pierre de magnÈtite

Prochain arrÍt possible: Gauss et le champ magnÈtique global

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Author and Curator, David P. Stern
December 20, 2002