Oersted et Ampère font le lien entre
électricité et magnétisme
Avant 1820, le seul magnétisme connu était celui des aimants de fer et des pierres de magnétite. Les choses changèrent grâce à un professeur de sciences assez peu connu, Hans Christian Oersted, de l'Université de Copenhague.

En 1820 Oersted prépara chez lui, à la maison, une expérience scientifique pour des amis et des étudiants. Il avait prévu de démontrer le chauffage d'un fil par un courant électrique et d'autres démonstrations sur le magnétisme, pour lequel il avait monté une aiguille de boussole sur une planche en bois.

Durant cette expérience, Oersted remarqua, à sa surprise, que chaque fois que le courant électrique était allumé, l'aiguille de la boussole bougeait. Il ne dit rien mais pendant les mois qui suivirent, il tenta de comprendre ce phénomène.

Oersted et son expérience.

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

Andre-Marie Ampere en France pressentit que si un courant dans un fil exerçait une force magnétique sur une aiguille de boussole, deux fils parcourus chacun par un courant devraient interagir magnétiquement. Dans une série d'expériences ingénieuses, il montra que cette interaction était simple et fondamentale - des courant parallèles s'écoulant sur une longue distance s'attirent, des courants de sens contraire se repoussent. La force entre deux courants est inversement proportionnelle à la distance qui les séparent et proportionnelle à l'intensité.
    [Seulement pour ceux qui suivent les maths : ce n'est pas la formule de base de la force. Soit deux courants parallèles I1 et I2 s'écoulant sur une courte distance L1 et L2 et séparés par une distance R, la formule de base donne pour la force qu'ils exercent l'un sur l'autre, proportionnelle à

    I1 I2 L1 L1/R2

    (Cela devient plus compliqué si les courants s'écoulent dans des directions inclinées l'une par rapport à l'autre). Pour trouver alors la force entre les fils de forme compliqués qui conduisent le courant, toutes les petites contributions de la force doivent être ajoutées. Pour deux fils droits parallèles, le résultat final est comme au dessus -- une force inversement proportionnelle à R et non à R2]

  Des courants parallèles
  en 2 boucles s'attirent aussi

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

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

Remplaçons chaque cercle par une bobine de 10, 100 ou plus de tours, transportant le même courant (voir schéma plus bas), l'attraction ou la répulsion augmente par un facteur égal. En réalité, chaque bobine agit tout à fait comme un aimant avec des pôles magnétiques à chaque bout (un "électroaimant"). Ampère 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 étaient alignés dans la même direction, permettant à leur force atomique de s'additionner. (aujourd'hui, on pourrait affirmer que les électrons circulant autour du noyau portent un tel courant mais la situation réelle est plus compliquée).
  2 bobines de plusieurs boucles parallèles avec des
  courants dans la même direction s'attirent l'une
  l'autre et agissent comme des aimants

La propriété magnétique devient encore plus importante si un noyau de fer est placé à l'intérieur des bobines, créant un "électroaimant", l'utilisation de ces noyaux de fer complique le problème mais n'est pas essentielle.

Maxwell
    Donc deux types de forces furent associées à l'électricité : les forces électriques et magnétiques. En 1864 James Clerk Maxwell démontra le lien subtil entre ces 2 types de forces, en prenant en compte de manière inattendue, pour l'époque, la vitesse de la lumière.

Répétons l'expérience d'Oersted

 Nous aurons besoin de :
  • Une petite boussole de poche
  • Un morceau de fil assez épais, de 30 cm de long.
  • Une batterie de 1,5 Volt. La tension est trop faible pour présenter 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 observé Oersted). Incurvez les extrémités du fil de fer de sortent que les extrémités soient proches.

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

    4. Tenez l'autre extrémité avec votre autre main, et placez la momentanément contre l'autre extrémité de la batterie. L'aiguille va tourner subitement de 90 degrés. Déconnectez rapidement (ce n'est pas bon pour une batterie de supporter un courant aussi intense). L'aiguille va alors retourner à sa direction initiale nord-sud. Il faut remarquer qu'aucun fer n'a été utilisé pour produire l'effet magnétique!

    5. Répétez l'expérience avec les connections inversées sur la batterie. L'aiguille tourne alors de 90 degrés mais dans la direction opposée.

    6. Prenez un morceau de papier de 5x10 centimètres et pliez le côté le plus long d'environ 1 centimètre. Placez le fil sur la table avec le milieu dans la direction nord-sud, placez le papier plié au dessus de sorte que le fil se retrouve sous le pli, et placez la boussole au sommet du pli (ou à la place utiliser un petit morceau de bois avec une petite rainure dans son bas pour placer le fil).
      Vous pouvez maintenant répéter l'expérience avec le compas au dessus du fil (si deux personnes font l'expérience, 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 opposé du cas où la boussole se trouvait en dessous du fil.

Prochain arrêt: La pierre de magnétite

Prochain arrêt possible: Gauss et le champ magnétique global

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Auteur : David P. Stern, earthmag("at" symbol)phy6.org

La traduction française a été réalisée à l'initiative de Joseph Lemaire (joseph.lemaire("at"symbol)oma.be), de l'Institut d'Aéronomie Spatiale Belge (IASB), et grâce aux collaborations de Pascale Cambier (pascale.cambier("at"symbol)oma.be) du BUSOC (pour la traduction et la dactylographie) et de Hervé Lamy (herve.lamy("at"symbol)oma.be) de l'IASB (pour la relecture et les corrections).

Dernière modification : 20 décembre 2002