Un solénoïde de longueur 50 cm possède 1000 spires parcourues par I = 0.5 A. Calculer le champ magnétique à l’intérieur.
Solution :
\( n = \frac{1000}{0.5} = 2000 \, \text{spires/m} \)
\( B = \mu_0 n I = 4\pi×10^{-7}×2000×0.5 = 1.26×10^{-3} \, \text{T} \) (1.26 mT)
Exercice 4: Deux fils parallèles
Deux fils parallèles distants de d = 20 cm sont parcourus par des courants I₁ = I₂ = 5 A de sens opposés. Calculer le champ résultant à mi-distance.
Solution :
Champ créé par chaque fil : \( B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r} = \frac{4\pi×10^{-7}×5}{2\pi×0.1} = 10^{-5} \, \text{T} \)
Champ total : \( B_{\text{total}} = B_1 + B_2 = 2×10^{-5} \, \text{T} \) (20 μT) (même direction car courants opposés)
Exercice 5: Boucle carrée
Une boucle carrée de côté a = 10 cm est parcourue par I = 3 A. Calculer le champ magnétique au centre.
Solution :
Pour un côté : \( B = \frac{\mu_0 I}{4\pi d} (\sinθ_1 + \sinθ_2) \) avec \( d = \frac{a}{2} = 0.05 \, \text{m} \) et \( θ_1 = θ_2 = 45° \)
\( B_{\text{côté}} = \frac{4\pi×10^{-7}×3}{4\pi×0.05} (\sin45° + \sin45°) ≈ 8.49×10^{-6} \, \text{T} \)
Pour 4 côtés : \( B_{\text{total}} = 4×8.49×10^{-6} ≈ 3.4×10^{-5} \, \text{T} \) (34 μT)
Exercice 6: Comparaison spire/fil
Un fil est enroulé en une spire de rayon R = 5 cm. Comparer les champs magnétiques créés au centre lorsque :
1. Le fil est circulaire (spire)
2. Le fil est déplié (segment rectiligne de longueur 2πR)
Un câble coaxial comprend un conducteur central (I = 2 A) et une gaine extérieure (I = -2 A). Calculer B à 1 cm du centre si le rayon interne est 0.5 cm.
Solution :
Théorème d’Ampère : \( \oint \vec{B} \cdot d\vec{l} = \mu_0 I_{\text{enlacé}} \)
À r = 1 cm : seul le conducteur central contribue
\( B × 2\pi r = \mu_0 I \) ⇒ \( B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r} = \frac{4\pi×10^{-7}×2}{2\pi×0.01} = 4×10^{-5} \, \text{T} \) (40 μT)
Exercice 8: Champ d’un segment
Un fil de longueur L = 20 cm est parcouru par I = 5 A. Calculer B à 10 cm du fil, perpendiculairement à son milieu.
Un solénoïde (n=2000 spires/m, I=0.5A) entoure un fil rectiligne parcouru par I’=3A. À 2 cm du fil :
1. Calculer B créé par le fil seul
2. Calculer B créé par le solénoïde seul
3. Déterminer B total si les courants sont (a) de même sens (b) de sens opposés