Un fil rectiligne relié à une batterie peut être propulsé latéralement lorsqu’il est placé entre les pôles d’un aimant. Rien ne le tire dans le sens de sa longueur. La poussée s’exerce perpendiculairement au fil et n’apparaît que lorsqu’un courant le traverse et qu’il se trouve dans un champ magnétique. Cette poussée latérale constitue l’effet moteur ; c’est la première étape du passage de l’électricité à la rotation.
On peut concevoir ce dispositif comme la réunion de trois éléments physiques dans une même région de l’espace : un champ magnétique produit par les aimants, un courant électrique circulant dans le fil (généré par la batterie) et une force mécanique s’exerçant sur le fil, capable de le mettre en mouvement s’il est libre de se déplacer.
Voici les principales directions à considérer dans un dispositif typique illustrant l’effet moteur.
Un champ magnétique est un champ physique qui indique l’intensité avec laquelle des aimants agissent sur une charge électrique en mouvement en chaque point de l’espace. Son symbole standard est et son unité SI est le tesla (T). Une valeur de plus élevée signifie une influence magnétique plus forte dans cette région, à courant et géométrie constants.
Un courant électrique correspond au débit auquel la charge électrique circule en un point donné d’un circuit. Son symbole standard est et son unité SI est l’ampère (A). Le courant ne doit pas être confondu avec la tension. La tension est ce qui pousse les charges à se déplacer dans une boucle. Le courant correspond au déplacement des charges elles-mêmes, mesuré par la quantité qui passe par seconde.
Dans l’expérience illustrant l’effet moteur, les aimants créent un champ dans l’espace situé entre leurs pôles, tandis que la batterie fait circuler un courant dans le fil placé dans ce même espace. Il n’est pas nécessaire que le champ magnétique varie dans le temps pour que le fil subisse une force ; un champ et un courant constants suffisent.
Le courant dans un fil métallique provient de nombreuses particules chargées dérivant le long du fil. Chaque charge en mouvement subit une force magnétique orientée latéralement par rapport à son mouvement et au champ magnétique. Le fil n’est pas une charge unique, mais les forces latérales s’exerçant sur toutes ces charges en mouvement s’additionnent et poussent sur le réseau cristallin du métal. C’est ce qui permet au segment de fil de se déplacer dans son ensemble.
L’orientation détermine l’effet. Si le fil est parallèle aux lignes de champ magnétique, la poussée latérale peut devenir quasi nulle. Si le fil est perpendiculaire au champ, la poussée latérale est maximale. Cela ne tient pas à une variation du courant, mais au fait que le champ magnétique ne peut dévier une charge en mouvement que s’il existe une composante latérale à dévier.
Une intuition erronée courante consiste à croire que l’aimant attire le fil vers le pôle le plus proche. Cette idée semble logique puisque les aimants attirent l’acier. Or, dans ce cas, la force n’est pas une attraction vers un pôle : elle change de sens lorsque l’on inverse le courant, alors même que l’aimant reste immobile.
Comparez la façon dont l’orientation du fil modifie la direction et l’intensité de la force.