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Vidéo de question : Comprendre comment une aiguille de boussole réagit à un champ magnétique Physique

La figure montre un long fil droit qui transporte un courant 𝐼. En conséquence, un champ magnétique qui est beaucoup plus fort que le champ magnétique de la Terre peut être mesuré au point 𝑃, qui est à une courte distance du fil. Si une petite boussole est placée au point 𝑃 avec sa face dirigée dans le sens opposé au courant, dans quel sens l’aiguille pointera-t-elle ? [A] Droite [B] Gauche [C] Dans l’écran [D] Hors de l’écran

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Transcription de vidéo

La figure montre un long fil droit qui transporte un courant 𝐼. En conséquence, un champ magnétique qui est beaucoup plus fort que le champ magnétique de la Terre peut être mesuré au point 𝑃, qui est à une courte distance du fil. Si une petite boussole est placée au point 𝑃 avec sa face dirigée dans le sens opposé au courant, dans quel sens l’aiguille pointera-t-elle? [A] Droite, [B] gauche, [C] dans l’écran ou [D] hors de l’écran

Ces options de réponse montrent quatre sens différents vers lesquels l’aiguille de la boussole peut pointer. Et notez que bien que l’aiguille a une forme symétrique, le côté rouge est considéré comme la vraie pointe de l’aiguille. Maintenant, nous pourrions nous rappeler qu’une boussole nous guide généralement en utilisant le champ magnétique de la Terre. Mais on nous a dit que le champ magnétique produit par le fil est beaucoup plus fort que celui de la Terre. Cela signifie simplement que nous devons ignorer tout champ magnétique qui n’est pas produit par ce fil porteur de courant.

Alors, comment savoir dans quel sens l’aiguille va pointer ? Eh bien, imaginez que nous avons un champ magnétique uniforme comme celui-ci. Voici à quoi cela ressemblerait si nous plaçons la boussole dans ce champ. Ou si le champ pointait dans le sens opposé, la boussole ressemblerait à ceci. Cela nous montre que l’aiguille pointera dans le sens du champ magnétique, tel que représenté par les lignes de champ que nous avons dessinées ici en rose.

Donc, pour revenir à cette question, qui est de déterminer dans quel sens l’aiguille pointera si la boussole est placée au point 𝑃, nous devons déterminer dans quel sens le champ magnétique lui-même pointe. Notez que la boussole est placée au point 𝑃 avec sa face dirigée dans le sens opposé au courant dans le fil. Donc, la boussole est tournée vers le haut. Puisque l’aiguille pointera dans le sens du champ magnétique, la réponse (A) suggère que le champ au point 𝑃 pointe vers la droite. (B) indique que le champ pointe vers la gauche, (C) indique que le champ pointe dans l’écran et (D) hors de l’écran.

Maintenant, dégageons de la place à l’écran, mais notons que la boussole est placée face visible au point 𝑃. Ensuite, pour déterminer le sens du champ magnétique là-bas, rappelons la règle de la main droite pour le champ magnétique dû à un courant dans un fil droit, comme ici. La règle dit qu’en utilisant la main droite, si nous pointons le pouce dans le sens du courant et enroulons les doigts autour de l’axe du fil comme si nous le saisissions, alors le sens dans lequel les doigts tournent autour du fil correspond au sens du champ magnétique.

Essayons maintenant. Si nous attrapions le fil avec le pouce droit pointant vers le bas, cela ressemblerait à ceci. Notez que comme les doigts sont enroulés autour du fil, du côté gauche, ils pointent vers l’écran. Mais du côté droit du fil, où se trouve le point 𝑃, les doigts pointent hors de l’écran. Par conséquent, au point 𝑃, le champ magnétique sort de l’écran. Et puisque nous avons déjà déterminé que l’aiguille de la boussole pointera dans le même sens que le champ magnétique, nous savons que l’aiguille pointera également hors de l’écran. Par conséquent, la réponse (D) est correcte. Si une petite boussole est placée face visible au point 𝑃, l’aiguille pointera hors de l’écran.

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