Électromagnétisme

L'électromagnétisme est un terme qui désigne l'ensemble des phénomènes électriques et magnétiques. Par électromagnétisme, on entend en physique la théorie unifiée de l'électricité et du magnétisme. La théorie de l'électromagnétisme en physique est l'électrodynamique.

La découverte de l'électromagnétisme

Pendant longtemps, la physique n'a pas fait de distinction nette entre les forces électriques et magnétiques. Soit les deux phénomènes ont été confondus, soit les chercheurs n'ont vu aucun lien entre l'électricité et le magnétisme.

Ce n'est qu'en 1820 que Oersted s'aperçut qu'un conducteur parcouru par un courant électrique exerçait une force magnétique sur une aiguille de boussole placée à proximité et constata ainsi des charges en mouvement émettaient un champ magnétique. James Clerk Maxwell a formulé en 1864 les équations de Maxwell et a ainsi développé les bases mathématiques de l'électrodynamique pour une description unifiée de l'électromagnétisme.

Apprenez-en plus sur l'histoire des aimants dans notre guide.

Les bases de l'électromagnétisme

Des charges électriques sont les sources de champs électriques. Les champs magnétiques sont générés par des courants, donc des charges en mouvement, et par des champs électriques variables dans le temps, qui sont à leur tour également générés par des champs magnétiques variables dans le temps.

Des objets chargés exercent des forces électriques les uns sur les autres. Il existe des charges électriques positives et négatives. Des corps de même charge (donc tous deux négatifs ou tous deux positifs) se repoussent et des corps de charge différente (l'un négatif, l'autre positif) s'attirent. On a constaté que les forces disparaissent lorsque les charges peuvent s'écouler. Cela peut se faire par exemple par le contact avec des pièces métalliques mises à la terre ou simplement en touchant les corps chargés, mais on risque alors de recevoir une décharge électrique.

Dans le cas des aimants, une force agit bien que les corps ne soient pas chargés. Cette force ne disparaît pas lorsque les corps sont mis à la terre ou touchés. Cela s'explique par le fait que les forces magnétiques sont dues au mouvement des électrons dans la matière magnétique. Le mouvement de charge se produit au niveau des atomes individuels du matériau magnétique et il n'y a pas de charge excédentaire qui pourrait s'écouler quelque part.

Des forces magnétiques sont en principe générées par des charges en mouvement. Il en résulte toujours un champ magnétique avec un pôle nord et un pôle sud. Des sources du champ magnétique, comme les charges sont les sources du champ électrique, n'existent pas. Lors de la création d'un électro-aimant, un fort courant est envoyé à travers une bobine ce qui crée une puissante force magnétique.

De nombreux phénomènes de l'électromagnétisme, comme l'existence d'ondes électromagnétiques, peuvent être prédits et calculés à partir des équations de Maxwell.

L'électromagnétisme comme explication des forces et des phénomènes de la vie quotidienne

En tant que forces physiques fondamentales, il n'existe, outre l'électromagnétisme et les forces qui lui sont liées, que la gravitation et les forces nucléaires. Tous les phénomènes de notre monde peuvent être expliqués par ces forces. Il est remarquable que presque toutes les forces et tous les phénomènes que nous observons dans la vie quotidienne soient de nature électromagnétique. Seules les forces de l'énergie atomique sont des forces nucléaires perceptibles et l'attraction des corps par la terre ainsi que le mouvement des étoiles, des planètes et des lunes dans le firmament céleste sont des phénomènes de la gravitation.

L'électrodynamique traite de manière exhaustive les théories du magnétisme et de l'électricité. Il est étonnant de voir comment l'électrodynamique est utilisée en physique pour expliquer les phénomènes les plus divers qui, au départ, ne sont pas clairement identifiables comme des phénomènes électriques ou magnétiques.

La stabilité de la matière elle-même s'explique principalement par l'électromagnétisme. Dans les atomes, des électrons de charge négative tournent autour du noyau atomique de charge positive.

La dureté, la couleur, la brillance, la forme, la conductivité thermique et de nombreuses autres propriétés de la matière peuvent être expliquées par des forces électromagnétiques. Tous les rayonnements énergétiques mesurables dans notre environnement (à l'exception des rayonnements de particules) sont des ondes électromagnétiques telles que les ondes radio, les rayonnements des téléphones portables, les micro-ondes, les rayonnements thermiques, les rayonnements lumineux et les rayons X. Ils se distinguent uniquement par leur longueur d'onde différente.

Si l'on connaît quelques paramètres du matériau, il est possible de calculer avec précision la couleur, la conductivité électrique, la réflexion à la surface, la transmission de lumière d'un matériau ou la réfraction de la lumière à la surface. Cela ne vaut pas seulement pour la lumière, mais aussi pour les ondes radio, les rayons X et toutes les autres ondes électromagnétiques.

Une compréhension fondamentale de l'électromagnétisme n'est donc pas seulement utile pour le développement des circuits électroniques, mais peut aussi expliquer les phénomènes les plus divers qui nous entourent.