Intensité de champ magnétique

Intensité de champ magnétique

L'unité de l'intensité d'un champ magnétique dans le système international est le tesla (T). On utilise parfois le gauss (G), sachant que :

1 \ \mathrm{G} \ = \ 10^{-4} \ \mathrm{T}

Sommaire

Ordre de grandeurs d'intensité de champs magnétiques

  • Source = cerveau humain ; champ mesuré à la surface du crâne :
B \ \simeq \ 10^{-15} \ \mathrm{T}


  • Champ typique dans le vide interstellaire, mesuré par une sonde spatiale :
B \ \simeq \ 10^{-6} \ \mathrm{T}


  • Source = Terre ; champ mesuré à la surface [1],[2]:
B \ = \ 47.10^{-6} \ \mathrm{T} \ \simeq \ 0.5 \ \mathrm{G}


  • Source = fil rectiligne infini dans le vide parcouru par un courant de I = 10 A ; champ mesuré à une distance r = 2 cm du fil (les lignes du champ sont alors circulaires centrées sur le fil) :
B \ = \ \frac{\mu_0 I}{2 \pi r} \ = \ 10^{-4} \ \mathrm{T}


  • Source = aimant permanent ; champ mesuré à quelques centimètres :
B \ \simeq \ 0.1 \ \mathrm{a} \ 1 \ \mathrm{T}


B \ \simeq \ 10 \ \mathrm{a} \ 100 \ \mathrm{T}


  • Source = magnétar, un type d'étoile à neutrons :
B \ \simeq \ 10^{+11} \ \mathrm{T}

Champs magnétiques intenses

Fabrication

La fabrication de champ magnétiques intenses (supérieurs à 1 T) nécessite l'emploi d'un électro-aimant constitué d'un bobinage de fil conducteur appelé solénoïde parcouru par un courant électrique.

Problèmes rencontrés

Le dispositif de l'électro-aimant est sujet à deux limitations :

  • l'effet Joule, qui tend à faire fondre les fils du bobinage lorsque l'énergie à dissiper sous forme de chaleur devient trop grande pour le matériau ;
  • la « pression magnétique », action mécanique sur le bobinage résultante des forces de Lorentz sur les fils. Cette pression magnétique radiale est dirigée vers l'extérieur de la bobine et tend à faire éclater celle-ci.

Solutions techniques

  • Pour contrer l'effet Joule, deux possibilités sont utilisées :
    • l'utilisation d'un matériau supraconducteur sous sa température critique. Cette possibilité est limitée, car il existe un champ magnétique critique au-dessus duquel la supraconductivité du matériau disparait.
    • le refroidissement liquide du bobinage pour évacuer l'excédent d'énergie Joule. Un débit typique de 300 litres d'eau par seconde permet d'atteindre une trentaine de teslas...
  • Pour contrer la pression magnétique, il faut utiliser un conducteur plus solide que le cuivre et construire des renforts mécaniques extérieurs au bobinage.

Ordre de grandeurs

Champs statiques

  • Source = électro-aimant de Faraday (1840) :
B \ \simeq \ 1 \ \mathrm{T}


  • Source = électro-aimant de 50 tonnes installé au laboratoire Bellevue (début du XXe siècle), consommant une puissance de 100 kW  :
B \ \simeq \ 7 \ \mathrm{T}


  • Source = électro-aimant à bobinage supraconducteur (début du XXIe siècle) :
B \ \simeq \ 20 \ \mathrm{T}


  • Source = électro-aimant à refroidissement liquide (début du XXIe siècle) :
B \ \simeq \ 33 \ \mathrm{T}


  • Source = électro-aimant hybride (supraconducteur + refroidissement liquide - début du XXIe siècle) consommant une puissance de 20 MW :
B \ \simeq \ 45 \ \mathrm{T}


Il n'est guère possible de faire mieux actuellement. Pour aller plus haut, on utilise un courant transitoire, qui ne circule que pendant une brève durée, de façon à laisser le bobinage refroidir ensuite. On fabrique ainsi des champs dit pulsés.

Champs pulsés sans destruction de la source

  • Source = électro-aimant monolithique renforcé (début du XXIe siècle) :
B \ \simeq \ 60 \ \mathrm{T} \ \mathrm{pendant} \ 100 \ \mathrm{ms}


  • Source = bobines gigognes (22 juin 2011 - record du monde[3] ) :
B \ \simeq \ 91.4 \ \mathrm{T} \ \mathrm{pendant} \ \mathrm{quelques} \ \mathrm{ms}

gh

Champs pulsés avec destruction de la source

  • Source = bobine monospire (début du XXIe siècle) :
B \ \simeq \ 300 \ \mathrm{T}


B \ \simeq \ 600 \ \mathrm{T}


B \ \simeq \ 2000 \ \mathrm{T}

Articles liés

Liens externes


Bibliographie

  • Geert Rikken ; La physique en champs magnétique intense, conférence donnée à l'Université de Tous Les Savoirs (18 juillet 2005). Vidéo disponible au format Real Video.

Références

  1. ↑ (fr)Observatoire magnétique à Chambon-la-Forêt. sur www.ipgp.fr. Consulté le 30 septembre 2010.
  2. ↑ (fr)Mesure du champ magnétique terrestre. sur www.chimix.com. Consulté le 30 septembre 2010.
  3. ↑ Christine Bohnet ; World record: The highest magnetic fields are created in Dresden, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (communiqué du 28 juin 2011).

Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Intensité de champ magnétique de Wikipédia en français (auteurs)

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