Intensité du champ magnétique (H)
L'intensité du champ magnétique, notée H, est une grandeur vectorielle qui décrit l'intensité d'un champ magnétique produit par des courants électriques ou des sources magnétiques. Elle est mesurée en ampères par mètre (A/m) et représente la force magnétisante qui induit un flux magnétique dans un matériau, indépendamment de la réponse du matériau.
Intensité du champ magnétique vs densité de flux magnétique
L'intensité du champ magnétique (H) et la densité de flux magnétique (B) sont des grandeurs physiques liées mais distinctes :
B = μH, avec μ = μ₀ × μᵣ
où :
B : densité de flux magnétique (T)
H : intensité du champ magnétique (A/m)
μ : perméabilité magnétique du milieu
μ₀ : perméabilité du vide (4π × 10⁻⁷ H/m)
μᵣ : perméabilité relative du matériau
Dans les matériaux magnétiques, la relation s'étend à :
B = μ₀(H + M)
où M est le vecteur d'aimantation représentant la réponse magnétique interne du matériau.
L'unité de μ₀ (henrys par mètre) assure la cohérence dimensionnelle :
B = μH → T = (H/m) × (A/m)
Formules pour l'intensité du champ magnétique
Conducteur droit
H = I / (2πr)
I : courant (A)
r : distance radiale par rapport au conducteur (m)
Valable pour des conducteurs droits infiniment longs.
Solenoïde
H = nI
n : nombre de spires par mètre
I : courant traversant la bobine (A)
Valable pour des solénoïdes longs avec des noyaux d'air ou non magnétiques. H reste inchangé pour les noyaux magnétiques.
Exemples de calculs
Solenoïde à noyau d'air
Un solénoïde avec n = 200 spires/m et I = 3 A :
H = 200 × 3 = 600 A/m
Dans l'air (μᵣ ≈ 1) :
B = μ₀H ≈ 4π × 10⁻⁷ × 600 ≈ 0,75 mT
Solenoïde à noyau de fer
Si le même solénoïde utilise un noyau ferromagnétique avec μᵣ = 5000 :
B = μ₀μᵣH = 4π × 10⁻⁷ × 5000 × 600 ≈ 3,77 T
Ceci illustre comment les matériaux à haute perméabilité amplifient B sans affecter H.
Applications
Génie électrique : conception de champs magnétiques dans les transformateurs, moteurs, inductances
Imagerie médicale : les systèmes IRM génèrent des champs magnétiques statiques allant jusqu'à 1,5–3 T en utilisant un H élevé provenant de bobines supraconductrices
Science des matériaux : caractérisation des matériaux magnétiques via des cycles d'hystérésis
Conformité CEM : évaluation des émissions de champ et de l'immunité magnétique dans les systèmes électroniques