Résultante sur un circuit fermé, fil courbé
Application directe du cours · niveau 2 · électricité (MPSI), chapitre 7 — Champ magnétique et forces de Laplace
Énoncé
Un fil filiforme parcouru par est placé dans un champ extérieur uniforme et stationnaire ; un élément , orienté dans le sens du courant, subit .
1) Montrer que la résultante des forces de Laplace sur un circuit fermé est nulle.
2) Montrer que, pour une portion de fil quelconque allant de à (courbée, coudée), la résultante vaut .
3) Application : un demi-cercle de rayon , parcouru par , dans un champ perpendiculaire à son plan. Calculer et la comparer à la somme des normes des forces élémentaires.
4) Un circuit fermé ne subit-il donc aucune action mécanique en champ uniforme ?
5) Pourquoi le champ de la formule est-il le champ extérieur, et non le champ total qui contient le champ propre du fil ? Deux arguments.
Corrigé
Ce qu'on a le droit d'utiliser. La force élémentaire, la linéarité de l'intégrale, la bilinéarité du produit vectoriel. La stratégie : sortir de l'intégrale, ce que permet son uniformité, et seulement elle.
1) Le circuit fermé. Le courant est le même en tout point (régime stationnaire, pas de dérivation), et ne dépend pas du point :
Or est la somme des déplacements élémentaires qui font parcourir le circuit une fois, d'un point jusqu'à : c'est . La résultante est nulle.
Le point délicat. L'uniformité est indispensable : dans un champ non uniforme, un circuit fermé subit en général une résultante — c'est ainsi qu'un aimant attire une petite bobine, ou un clou, vers la zone de champ intense.
2) La portion de fil. Le même calcul donne
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