Vidéo question :: Identifier la configuration actuelle qui génère un champ magnétique donné Physique

Transcription de la vidéo

Plusieurs paires de fils conducteurs horizontales parallèles sont empilées verticalement. L’intensité du courant dans chaque fil est la même. Une section transversale du champ magnétique résultant due aux courants est représentée sur la figure. Laquelle des configurations de sens de courant indiquées produirait le champ magnétique résultant?

Dans notre figure, nous voyons cette section transversale du champ magnétique global formé par des paires de fils conducteurs. On nous dit que ces paires de fils sont parallèles les unes aux autres. Nous pouvons alors imaginer que chaque paire – ça c’est une paire, voici une autre paire, et ainsi de suite - chacune de ces paires se compose de deux fils, qui pourraient conduire du courant dans la le sens entrant ou sortant de l’écran comme nous les voyons. Nos quatre options de réponse nous montrent des possibilités pour le sens du courant à travers chaque fil. Nous savons qu’un symbole comme celui-ci représente le courant pointant dans le sens entrant dans l’écran, alors qu’un symbole comme celui-ci représente le courant pointant dans le sens sortant de l’écran.

Nous voulons choisir laquelle de ces quatre réponses possibles nous montre les sens actuelles qui généreraient cette section transversale du champ magnétique que nous voyons ici. Commençons par libérer de l’espace sur l’écran et rappelons un peu le sens du champ magnétique formé par les fils conducteurs de courant. Si nous avons un fil long et droit conduisant un courant 𝐼 dans ce sens, alors en pointant le pouce de notre main droite dans le sens de ce courant, les doigts de cette main se tournent alors dans le sens du champ magnétique autour du fil. Dans ce cas, le champ magnétique pointerait comme ceci.

Nous pouvons utiliser la même règle de la main droite pour déterminer le sens du champ magnétique formé par un courant pointant dans le sens entrant de l’écran, ainsi que celui qui traverse un fil où le courant pointe dans le sens sortant de l’écran. Si nous pointons le pouce de notre main droite vers l’écran comme nous le voyons, alors nos doigts se tournent dans ce sens, dans le sens des aiguilles d’une montre. Si, cependant, nous pointons le pouce de notre main droite vers nous conformément au sens de ce courant, alors la seule façon dont les doigts de cette main peuvent se courber en boucle est dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Nous savons que le champ magnétique créé par chacun de ces fils conducteurs s’étend en fait infiniment loin de ce fil. Cela signifie que si nous devions choisir un point ici, disons, à égale distance des deux fils, le fil de gauche créerait toujours un champ magnétique à cet endroit. À cet endroit, il pointerait vers le bas, tandis que le fil à droite créerait également un champ magnétique à cet endroit. Et à cet endroit, elle aussi pointe vers le bas. Ensuite, ce champ magnétique alors en ce point serait indiqué par cette flèche en bleu. C’est la somme vectorielle de la contribution des deux champs magnétiques.

Ce que nous constatons ici, c’est que lorsque nous avons une paire de fils conducteurs parallèles et que ces fils conduisent des courants qui pointent dans des sens opposés, le champ magnétique en un point à mi-chemin entre ces fils ne s’annule pas complètement. Les champs se combinent plutôt et s’additionnent entre eux. D’un autre côté, si nous avions une paire de fils qui ont du courant dans le même sens, par exemple, dans ce cas, de l’écran vers nous, alors, selon notre règle de la main droite, chacun de ces fils créerait un champ magnétique qui pointe dans le sens inverse des aiguilles d’une montre de sorte qu’au milieu de ces deux fils, le champ créé à cause de ce fil à gauche pointe vers le haut comme celui-ci, tandis que le champ à cause du fil à droite pointe vers le bas dans le sens opposé. Si l’intensité du courant conduit par ces deux fils était la même, comme dans notre scénario, alors le champ magnétique net à mi-chemin entre ces fils est nul.

Sachant cela, revenons sur ce schéma original. Et nous remarquons que le champ magnétique entre les paires de fils conducteurs de courant est en fait assez fort. Nous le savons en raison de la forte densité de lignes de champ magnétique dans cette région. Cela signifie que nos paires de fils conducteurs de courant ne peuvent pas être des paires telles que le champ magnétique entre elles s’annule. Nous avons vu que c’est le cas lorsque les deux fils de la paire conduisant du courant pointant vers l’écran. Par conséquent, nous pouvons examiner l’option de réponse II, qui nous montre beaucoup de telles paires, et réaliser que cette configuration nous donnerait un champ magnétique nul au milieu de ces paires de fils. Ce n’est pas ce que nous voyons dans notre diagramme, donc nous pouvons barrer le choix de réponse II.

Maintenant que nous savons que lorsque nous avons une paire de fils comme celle-ci, les champs magnétiques qu’ils créent se combinent et s’additionnent mutuellement au milieu entre eux, voyons ce qui se passe lorsque nous empilons cette paire avec une paire de fils disposés de manière opposée. Encore une fois en utilisant la règle de la main droite pour déterminer le sens des champs magnétiques formés autour de ces fils, si pour ce fil, nous pointons notre pouce de l’écran vers nous, nous notons qu’il crée un champ magnétique dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, tandis que pour ce fil conducteur, le courant étant dirigé vers l’écran, le courant génère un champ magnétique qui pointe dans le sens des aiguilles d’une montre.

Encore une fois, considérons le champ magnétique total en un point à mi-chemin entre ces deux fils. Le champ magnétique du fil de gauche pointe vers le haut à cet endroit comme ça, et le champ magnétique du fil de droite pointe également dans le même sens. Et si les courants dans ces deux fils ont les mêmes valeurs, alors les champs magnétiques en ce point ont également les mêmes valeurs. Ce que nous trouvons alors, c’est que le champ magnétique net pointe dans ce sens-là. Notez cependant que cela s’oppose au sens du champ magnétique total de la paire de fils juste au-dessus de cette paire en bas.

Si nous devions continuer ce schéma, en ajoutant de plus en plus de paires de fils avec un sens de courant opposé, nous continuerions à voir cet effet d’opposition. Avec ce modèle, ce qui se passe essentiellement, c’est que chaque paire abaisse ou diminue l’intensité du champ magnétique entre les paires de fils. Maintenant, faisons un arrangement différent. Imaginez que nous prenions cette paire de fils ici et cette paire de fils ici et que nous les inversions de gauche à droite. Avant de faire cela, notez que ces deux paires que nous avons identifiées ont créé entre elles un champ magnétique total vers le haut. Si nous inversons le sens du courant dans chacune de ces paires de fils, le fil de gauche a un courant dans le sens entrant dans l’écran et le fil de droite a un courant dans le sens sortant de l’écran.

Cela signifie que maintenant, lorsque nous considérons un point à mi-chemin entre ces paires, le champ magnétique total pointe vers le bas plutôt que vers le haut. Remarquez ce qui arrive alors au champ magnétique entre ces paires de fils. Le champ de chaque paire de fils se combine avec le champ d’autres paires. Cela donne un champ magnétique très fort entre les paires de fils, comme nous le voyons sur notre figure. Cette disposition de paires de fils, où le sens du courant dans tous les fils d’un côté est le même et qui est opposé au sens du courant dans tous les fils de l’autre côté, correspond à l’option de réponse III.

Notez que dans un sens, nous avons déjà analysé les options de réponse I et IV et constaté qu’elles créent des situations où le champ magnétique total entre les paires n’est pas aussi fort que prévue. L’option III sera alors notre réponse. C’est la configuration du sens du courant dans ces paires de fils qui pourrait donner lieu à la situation que nous voyons dans notre figure. Soit dit en passant, notez que nous ne connaissons pas le sens des lignes de champ magnétique dans notre figure. Par conséquent, il se pourrait que les sens actuels soient exactement comme indiqué dans le choix de réponse III, ou elles pourraient être exactement le contraire. Dans les deux cas, le champ magnétique entre ces paires de fils conducteurs est très fort.

La meilleure option parmi nos réponses possibles est le choix de réponse III.