Comment fonctionne le magnétisme ?

[Nicophil]

Expérience 2 : je m'éloigne de l'électron (et de la boussole) sans lui donner de pichenette. Mais conformément au principe de la relativité du mouvement, l'électron peut considérer que c'est lui qui est en mouvement et qui s'éloigne de moi ; de ce fait, on observe la même variation des champs électrique et magnétique et donc la même déviation de l'aiguille de ma boussole... Est-ce correct ?

L'électron (et la boussole) considèrent qu'ils sont immobiles mais pour toi ils sont en MRU, c'est pas ça plutôt ??
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[Deedee81]

Salut,

L'électron (et la boussole) considèrent qu'ils sont immobiles mais pour toi ils sont en MRU, c'est pas ça plutôt ??

C'est comme cela que je l'ai compris. La "pichenette" c'est juste pour avoir une "mise en situation"

[andretou]

L'électron (et la boussole) considèrent qu'ils sont immobiles mais pour toi ils sont en MRU, c'est pas ça plutôt ??

Dans l'expérience 2 je m'éloigne simplement de l'électron et de la boussole (comme dans 1), mais sans avoir touché à l'électron. Par ailleurs mon mouvement (ou celui de l'électron) n'est pas nécessairement rectiligne uniforme.

[Deedee81]

Salut,

Je ne vais pas approfondir le point soulevé par coussin, mais je citerai tout bêtement les lois de l'électromagnétisme et de l'induction électromagnétique (découvertes par Faraday).
Cette réciprocité se voit directement dans les équations de Maxwell https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89...z_dans_le_vide
(en grattant un peu on peut facilement voir la signification physique des quatre "lois" sans se plonger dans le formalisme mathématique Les slides ici http://slideplayer.com/slide/8996382/ en donnent aussi des images assez parlantes, sous forme visuelle)
Et dans le fait qu'elles sont relativistes (ça c'est un peu plus compliqué à voir, le premier à avoir remarqué qu'elles étaient non Galiléennes est Lorentz).
Et aucun moteur électrique, alternateur ou dynamo ne pourrait fonctionner sans ça.

[Deedee81]

Zut j'avais pas vu le croisement.

Par ailleurs mon mouvement (ou celui de l'électron) n'est pas nécessairement rectiligne uniforme.

Il vaut mieuw se limiter aux MRU.

En effet : les accélérations sont liées à des effets physiques (forces) et ne sont donc pas réciproques (au sens cinématique, si, mais pas au sens physique).
Ainsi un électron accéléré émet un flot d'ondes électromagnétiques https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonn...nu_de_freinage
Ce que tu n'observeras pas sir c'est toi qui est accéléré.

[andretou]

Salut,

Je ne vais pas approfondir le point soulevé par coussin, mais je citerai tout bêtement les lois de l'électromagnétisme et de l'induction électromagnétique (découvertes par Faraday).
Cette réciprocité se voit directement dans les équations de Maxwell https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89...z_dans_le_vide
(en grattant un peu on peut facilement voir la signification physique des quatre "lois" sans se plonger dans le formalisme mathématique Les slides ici http://slideplayer.com/slide/8996382/ en donnent aussi des images assez parlantes, sous forme visuelle)
Et dans le fait qu'elles sont relativistes (ça c'est un peu plus compliqué à voir, le premier à avoir remarqué qu'elles étaient non Galiléennes est Lorentz).
Et aucun moteur électrique, alternateur ou dynamo ne pourrait fonctionner sans ça.

Je suis d'accord sur l'influence réciproque entre champ électrique et champ magnétique, mais dans l'expérience 2 c'est le simple déplacement de l'observateur (Bibi) qui produit l'induction magnétique (autrement dit tu peux mettre en marche un petit moteur électrique en t'éloignant de lui, en tous cas en te déplaçant, conformément au principe de la relativité du mouvement)...
Tu penses que ce phénomène a été vérifié et validé ? Je n'ai rien trouvé de tel dans la littérature sur l'électromagnétisme, mais il est vrai que je suis très très loin d'avoir tout lu !

[Deedee81]

Mais c'est bien de cela qu'il s'agit.

L'équation de Maxwell-Ampère dit que l'on a un champ magnétique pour tout courant et toute variation du champ électrique.
Et du point de vue ce celui qui s'éloigne, il y a bien un courant (mouvement de la charge par rapport à lui et variation du champ électrique).
Et sans cette relation, pas de moteur, de dynamo,....

La vérification est immédiate même si on n'a peut être pas fait la mesure avec un électron isolé et un appareil de mesure en mouvement.

[mach3]

Merci Deedee et Mach3 pour votre patience !
Permettez-moi svp encore une question.
Supposons que je sois seul avec un électron, et que je place une boussole ultrasensible à côté de cet électron.

Expérience 1 : je donne un pichenette à l'électron ; l'électron se déplace et produit donc une variation du champ électrique qui produit à son tour une variation du champ magnétique qui fait dévier l'aiguille de ma boussole. Est-ce correct ?

Expérience 2 : je m'éloigne de l'électron (et de la boussole) sans lui donner de pichenette. Mais conformément au principe de la relativité du mouvement, l'électron peut considérer que c'est lui qui est en mouvement et qui s'éloigne de moi ; de ce fait, on observe la même variation des champs électrique et magnétique et donc la même déviation de l'aiguille de ma boussole... Est-ce correct ?

je reprends ça depuis le début car je la désagréable impression qu'il y a un truc pas clair et qu'on part sur un quid pro quo...

Concernant l'expérience 1, d'abord ce n'est pas la variation de champ électrique qui cause (au sens de la causalité) le champ magnétique. La source du champ magnétique c'est le mouvement de l'électron. Si l'électron bouge par rapport à la boussole, il y a un bien un champ magnétique et l'aiguille est déviée.

Sur l'expérience 2, on s'éloigne à la fois de l'électron et de la boussole, ce qui sous-entend que la boussole et l'électron sont immobiles l'un par rapport à l'autre. Donc pas de déviation de la boussole. Car l'électron ne bouge pas par rapport à la boussole (bon on est en approximation classique, en réalité un électron n'est jamais immobile par rapport à quoi que ce soit, il ne cesse d'absorber et d’émettre des photons)

Je suis donc en désaccord avec Deedee quand il répond "tout-à-fait".

m@ch3

[Deedee81]

A creuser car je ne suis pas entièrement d'accord avec ces propos (déjà le début concernant le mouvement v.s. la variation de E, voir l'équation de Maxwell-Ampère). Mais je manque de temps pour argumenter et surtout pour détailler les calculs (à ce stade c'est ce dont on a besoin).

Si quelqu'un veut détailler, je lui ferai un gros bisou

[mach3]

Une variation de champ électrique ne cause pas un champ magnétique. Le fait que les deux soient corrélés (maxwell-ampère) n'implique pas une causalité entre les deux. La cause ce sont les charges et leurs mouvements dans tous les cas (le 4-courant). Et qu'on ne vienne pas me dire "oui mais une onde plane dans le vide elle n'a pas de charges qui sont à sa source", ce n'est pas une situation réelle.

mais ce n'est pas ça le point principal en fait, ça c'était un point de détail en passant. Le problème est là :

Expérience 2 : je m'éloigne de l'électron (et de la boussole) sans lui donner de pichenette. Mais conformément au principe de la relativité du mouvement, l'électron peut considérer que c'est lui qui est en mouvement et qui s'éloigne de moi ; de ce fait, on observe la même variation des champs électrique et magnétique et donc la même déviation de l'aiguille de ma boussole... Est-ce correct ?

ou alors c'est faux, ou alors il y a deux boussoles.

m@ch3

[Deedee81]

Ah, c'est le mot "cause" qui t'ennuie. D'accord. Usage incorrect de ce mot.

Et dans la citation, je n'avais pas vu, tu as raison le "(et de la boussole)" est de trop.

[andretou]

Sur l'expérience 2, on s'éloigne à la fois de l'électron et de la boussole, ce qui sous-entend que la boussole et l'électron sont immobiles l'un par rapport à l'autre. Donc pas de déviation de la boussole. Car l'électron ne bouge pas par rapport à la boussole (bon on est en approximation classique, en réalité un électron n'est jamais immobile par rapport à quoi que ce soit, il ne cesse d'absorber et d’émettre des photons)

Oui dans cette expérience l'électron ne bouge pas par rapport à la boussole.
Supposons donc qu'il n'y ait pas de boussole : l'électron induirait-il alors un champ magnétique, ou pas ?

[Deedee81]

Salut,

Oui dans cette expérience l'électron ne bouge pas par rapport à la boussole.

Ben alors, pas de champ magnétique (pour la boussole).

Supposons donc qu'il n'y ait pas de boussole : l'électron induirait-il alors un champ magnétique, ou pas ?

Ca dépend, s'il y a un observateur pour le "ressentir", on peut dire qu'il y en a un.

[andretou]

Ca dépend, s'il y a un observateur pour le "ressentir", on peut dire qu'il y en a un.

Je ne comprends plus rien !
Dans l'expérience 2 sans la boussole, il n'y a plus que l'électron et moi, et on s'éloigne l'un par rapport à l'autre. Dans cette situation, la théorie ne prévoit-elle pas formellement que l'électron induit un champ magnétique, avec ou sans observateur ?

[Deedee81]

Salut,

Je ne comprends plus rien !
Dans l'expérience 2 sans la boussole, il n'y a plus que l'électron et moi, et on s'éloigne l'un par rapport à l'autre. Dans cette situation, la théorie ne prévoit-elle pas formellement que l'électron induit un champ magnétique, avec ou sans observateur ?

Il faut forcément un référentiel pour définir quelque chose, et référentiel = observateur, c'est souvent vu comme identique.

Reprenons. Car ce n'était pas clair dans ton explosé initial et en plus, grumpf, j'avais laissé échamppé un morceau.
Tu as un électron "immobile" dans un référentiel, donné, disons avec une boussole B1 à coté de lui.
Tu as un observateur, en MRU dans ce référentiel, et il a avec lui une boussole B2.

Alors : B1 n'indique pas de champ magnétique.
Mais B2 indique qu'il y a un champ magnétique.

[andretou]

Mais dans le système observateur-électron (l'un s'éloignant de l'autre), si je considère que c'est l'observateur qui est le référentiel, alors c'est l'électron qui est en mouvement et celui-ci induit alors un champ magnétique, non ?
Et si je considère que c'est l'électron le référentiel, alors celui-ci est immobile (c'est moi qui me déplace) et dans ce cas il n'induit pas de champ magnétique...
C'est correct ?

[Deedee81]

Mais dans le système observateur-électron (l'un s'éloignant de l'autre), si je considère que c'est l'observateur qui est le référentiel, alors c'est l'électron qui est en mouvement et celui-ci induit alors un champ magnétique, non ?
Et si je considère que c'est l'électron le référentiel, alors celui-ci est immobile (c'est moi qui me déplace) et dans ce cas il n'induit pas de champ magnétique...
C'est correct ?

C'est bien ce que je disais. B1 (attaché à l'électron) : pas de champ magnétique.
B2 (en mouvement par rapport à l'électron) : champ magnétique.
Et peu importe celui qui a l'étiquette "immobile".

[andretou]

C'est bien ce que je disais. B1 (attaché à l'électron) : pas de champ magnétique.
B2 (en mouvement par rapport à l'électron) : champ magnétique.
Et peu importe celui qui a l'étiquette "immobile".

Mais si je considère que c'est moi le référentiel, alors l'électron (qui du coup se déplace par rapport à moi) induit un champ magnétique, non ?
Donc la boussole B1 placée à côté de l'électron (et immobile par rapport à lui) devrait être déviée par le champ magnétique induit. Pourquoi n'est-ce pas correct ?

[Deedee81]

Mais si je considère que c'est moi le référentiel, alors l'électron (qui du coup se déplace par rapport à moi) induit un champ magnétique, non ?

B2 (en mouvement par rapport à l'électron) : champ magnétique.

Donc la boussole B1 placée à côté de l'électron (et immobile par rapport à lui) devrait être déviée par le champ magnétique induit. Pourquoi n'est-ce pas correct ?

B1 (attaché à l'électron) : pas de champ magnétique.

Le champ magnétique n'est pas quelque chose d'absolu (existant ou pas pour tout le monde), ça dépend de l'observateur.
Ce qui est absolu c'est le champ électromagnétique (le tenseur électromagnétique est un invariant de Lorentz, pas ses composantes bien sûr).
Selon l'observateur, le même champ électromagnétique se manifeste par des composantes électriques et magnétiques différentes.
Et on peut donc avoir un champ magnétique pour l'un, sans l'avoir pour l'autre.

J'ai l'impression que tu as cru que s'il y avait un champ magnétique pour toi, alors il devrait y en avoir un pour tout le monde (y compris celui immobile à coté de l'électron). Mais c'est faux.

[andretou]

Alors oublions les boussoles, et considérons uniquement le système observateur/électron, en déplacement l'un par rapport à l'autre.
Si je considère que le référentiel c'est l'électron (qui est donc immobile), alors il n'y a pas de champ magnétique induit.
Mais si je considère que le référentiel c'est l'observateur, alors c'est l'électron qui est en mouvement, et il génère donc un champ magnétique, c'est correct ?

[Deedee81]

Alors oublions les boussoles, et considérons uniquement le système observateur/électron, en déplacement l'un par rapport à l'autre.
Si je considère que le référentiel c'est l'électron (qui est donc immobile), alors il n'y a pas de champ magnétique induit.
Mais si je considère que le référentiel c'est l'observateur, alors c'est l'électron qui est en mouvement, et il génère donc un champ magnétique, c'est correct ?

Oui, c'est exactement ce que je dis ci-dessus où je ne parlais pas de boussole. La boussole, c'est juste l'instrument de mesure.

EDIT oups précision nécessaire : et par B1 et B2 j'entendais aussi les référentiels (celui de l'électron et celui de l'observateur en mouvement, respectivement).

[andretou]

Oui, c'est exactement ce que je dis ci-dessus où je ne parlais pas de boussole. La boussole, c'est juste l'instrument de mesure.

EDIT oups précision nécessaire : et par B1 et B2 j'entendais aussi les référentiels (celui de l'électron et celui de l'observateur en mouvement, respectivement).

Ainsi, si je considère que c'est l'électron le référentiel, il n'y a pas de champ magnétique induit ; mais si je considère que c'est moi le référentiel, alors il y a un champ magnétique induit !!!
C'est donc le seul choix du référentiel qui fait qu'il y a un champ magnétique induit ou pas ???
Comment conclure ?

[Deedee81]

Ainsi, si je considère que c'est l'électron le référentiel, il n'y a pas de champ magnétique induit ; mais si je considère que c'est moi le référentiel, alors il y a un champ magnétique induit !!!
C'est donc le seul choix du référentiel qui fait qu'il y a un champ magnétique induit ou pas ???

Tout à fait.

Comment conclure ?

Conclure quoi ? Regarde le message 169.

Tu as la même chose avec d'autres grandeurs.
- L'électron est immobile dans son référentiel, mais en mouvement dans le référentiel de l'observateur.
- L'énergie cinétique de l'électron est nulle dans son référentiel, mais non nulle dans le référentiel de l'observateur.
- Le champ magnétique est nul dans son référentiel, mais non nul dans le référentiel de l'observateur.

C'est pour ça qu'on définit des objets invariants en physique (ici en relativité). Respectivement :
- le quadivecteur vitesse
- la quadrivecteur énergie-impulsion (ou mieux, le tenseur, dont les composantes non diagonales sont les pressions/contraintes, très utile en physique même non relativiste)
- le tenseur champ électromagnétique

Il y a des grandeurs qui sont invariantes (sous un changement de référentiel), d'autres pas.

[andretou]

Donc si j'ai bien tout compris...
Si maintenant on reprend la boussole B1 (immobile par rapport à l'électron) ;
- si le référentiel choisi est l'électron : alors pas de champ magnétique induit, donc pas de déviation de B1 ;
- si le référentiel choisi est l'observateur : alors un champ magnétique est induit du point de vue de l'observateur, mais pas du point de vue de la boussole qui est immobile par rapport à l'électron, donc pas de déviation de B1 non plus...
C'est correct ?

[Deedee81]

Salut,

Donc si j'ai bien tout compris...
Si maintenant on reprend la boussole B1 (immobile par rapport à l'électron) ;
- si le référentiel choisi est l'électron : alors pas de champ magnétique induit, donc pas de déviation de B1 ;
- si le référentiel choisi est l'observateur : alors un champ magnétique est induit du point de vue de l'observateur, mais pas du point de vue de la boussole qui est immobile par rapport à l'électron, donc pas de déviation de B1 non plus...
C'est correct ?

C'est okidoki, parfait.

[andretou]

ok !
Et si maintenant j'ai une boussole B2 fixe par rapport à l'observateur, et que l'observateur (avec B2) décide de se diriger vers l'électron (et vers B1) ; lorsque l'observateur et B2 arriveront au niveau de l'électron, alors B2 sera déviée par le champ magnétique induit (mais pas B1 qui est fixe par rapport à l'électron) ?
Les deux boussoles seront donc au même endroit au même moment, mais l'une sera déviée et l'autre non ! C'est correct ?

[Deedee81]

ok !
Et si maintenant j'ai une boussole B2 fixe par rapport à l'observateur, et que l'observateur (avec B2) décide de se diriger vers l'électron (et vers B1) ; lorsque l'observateur et B2 arriveront au niveau de l'électron, alors B2 sera déviée par le champ magnétique induit (mais pas B1 qui est fixe par rapport à l'électron) ?
Les deux boussoles seront donc au même endroit au même moment, mais l'une sera déviée et l'autre non ! C'est correct ?

Tout à fait aussi. S'il y a bien un truc qui montre que le champ magnétique n'est pas un "objet invariant" c'est bien ça.

[andretou]

Tout à fait aussi. S'il y a bien un truc qui montre que le champ magnétique n'est pas un "objet invariant" c'est bien ça.

A ton avis peut-on qualifier de paradoxe le fait que 2 boussoles puissent avoir 2 orientations différentes au même moment et au même endroit ?

[Deedee81]

A ton avis peut-on qualifier de paradoxe le fait que 2 boussoles puissent avoir 2 orientations différentes au même moment et au même endroit ?

Pas si elles ont des vitesses différentes (ici on ne peut parler de situation équivalente puisqu'il y a un référentiel privilégié : celui ou l'électron est immobile).

[andretou]

Aurais-tu STP quelques exemples de paradoxes en physique ?