En 1820, Hans Christian Oersted a réalisé une expérience importante qui a montré qu’il existait un lien entre l’électricité et le magnétisme. Lorsqu’un courant était mis en marche dans un fil, il faisait tourner l’aiguille d’une boussole de manière à ce qu’elle soit à angle droit avec le fil. Le courant avait produit un champ magnétique suffisamment fort pour faire tourner l’aiguille de la boussole.
Contexte de l’expérience
On savait déjà qu’un courant électrique dans un fil avait un effet chauffant, et pouvait faire briller le fil. Cela a montré que les trois phénomènes d’électricité, de chauffage et d’éclairage étaient liés.
Les scientifiques cherchent à « unifier » des phénomènes apparemment différents en trouvant leurs causes sous-jacentes.
Question : Comment montrer qu’un courant électrique a un effet de chauffage, et peut aussi se traduire par de la lumière ?
Réponse : Voir l’expérience
Effet chauffant d’un courant.
On savait aussi que lorsque la foudre, une forme d’électricité, frappait un navire, la boussole du navire pouvait être affectée – sa polarité pouvait être inversée.
Question : Que cela suggère-t-il ?
Réponse : Il existe un lien entre l’électricité et le magnétisme.
Les scientifiques s’appuient sur des preuves de la vie quotidienne ; ils essaient de comprendre ces preuves par l’expérimentation.
Comment pourrait-on démontrer ce lien en laboratoire ?
Les expérimentateurs ont imaginé que, si un courant électrique circulait le long d’un fil droit, le champ magnétique qu’il produisait serait dans la même direction. Ils ont donc placé les aiguilles de leur boussole à angle droit avec le fil, pensant qu’elles seraient déviées par le courant de façon à devenir parallèles au fil. Ils n’ont constaté aucun effet car, comme Oersted devait le montrer, le champ magnétique produit est à angle droit par rapport au fil. Les idées préconçues ont donc empêché les expérimentateurs précédents de voir l’effet. (Notez que l’équipement disponible – des piles voltaïques, typiquement – ne produisait qu’un petit courant, donc l’effet aurait été de toute façon très faible.)
Expérience : Réglez une boussole pointant vers le nord-sud ; placez un fil au-dessus, couché est-ouest. Connectez-le à une pile de 1,5 V. Il ne devrait y avoir aucun effet.
Les idées préconçues (idées existantes) peuvent rendre difficile tout progrès.
La pensée d’Oersted
Oersted a imaginé un courant électrique » luttant » dans un fil. En circulant, ce « conflit » donnait naissance à de la « chaleur » (ou à un rayonnement infrarouge, comme nous le comprenons maintenant) et à de la lumière, qui rayonnaient loin du fil. Ne pourrait-il pas également donner lieu à un champ magnétique, rayonnant au loin ?
Une idée en entraîne une autre, qui peut ensuite être testée.
Question : Comment dessiner les lignes de champ magnétique pour représenter l’idée d’Oersted ?
Réponse : En rayonnant à partir du fil.
Question : Comment devrait se comporter l’aiguille d’une boussole, si cette idée est correcte ?
Réponse : On pourrait s’attendre à ce qu’elle pointe radialement vers le fil. Essayez-le, et l’aimant ne le fait pas. Donc les lignes de champ magnétique ne rayonnent pas à partir d’un fil porteur de courant.
L’expérience d’Oersted
Oersted faisait une démonstration publique du lien entre l’électricité, la « chaleur » et la lumière. Il connecta une pile voltaïque à un fil de platine et montra qu’elle devenait chaude et brillait.
Alors qu’il donnait sa conférence, son idée d’un lien entre l’électricité et le magnétisme refit surface dans son esprit. Il avait une boussole à portée de main (pour d’autres expériences qu’il avait l’intention de démontrer), il a donc décidé de tester son idée là et maintenant.
Expérience : Mettez en place l’expérience précédente, mais en plaçant le fil au nord-sud au-dessus de la boussole, parallèlement à l’aiguille de la boussole. Allumez – l’aiguille tourne pour se trouver dans le sens est-ouest.
Voir aussi:
L’expérience d’Oersted.
Oersted a inversé le courant ; l’aiguille s’est déplacée dans l’autre sens.
L’effet observé par Oersted et son public était faible ; personne n’a été très impressionné. Oersted était conscient que d’autres scientifiques avaient été distraits par des phénomènes insaisissables similaires, et il a fallu attendre trois mois avant qu’il ne consacre plus de temps à sa découverte.
Les scientifiques travaillent souvent aux limites de la sensibilité de leurs instruments. Une technique peut devoir être grandement affinée avant qu’un phénomène puisse être observé de manière fiable.
Ce qu’Oersted a fait ensuite
Oersted a montré que le champ magnétique autour d’un fil porteur de courant était circulaire ; c’est-à-dire que les lignes de force sont des cercles, centrés sur le fil.
Expérience:
Champ magnétique dû à un courant électrique dans un fil.
Il a ensuite montré qu’un fil plus épais produisait un effet plus important. Il a également montré que les matériaux placés entre le fil et la boussole n’avaient aucun effet.
Question : Pourquoi ?
Réponse : Un fil plus épais a moins de résistance, donc un courant plus important. Les matériaux non magnétiques n’ont aucun effet sur un champ magnétique.
En juillet 1820, il envoie un article de 4 pages exposant ses résultats, en latin, à plusieurs revues scientifiques.
Les scientifiques sont censés partager leurs résultats dès que possible, en les publiant dans des revues. En 1820, le latin est une langue commune (partagée) qui permet aux scientifiques de différentes nationalités de comprendre le travail des autres.
Ampère a lu le rapport d’Oersted et, en l’espace d’une semaine, a répété les observations et développé une théorie mathématique décrivant comment le champ magnétique dépend de l’intensité du courant et de la distance du fil.
En principe, les résultats scientifiques sont vérifiés par d’autres scientifiques qui répètent les expériences, pour voir s’ils obtiennent les mêmes résultats.
Oersted avait observé et décrit un phénomène expérimental. Ampère l’a poussé plus loin en écrivant une équation mathématique pour en rendre compte.
Question : Oersted avait montré qu’un courant électrique est entouré d’un champ magnétique. Quelles applications pratiques ont été développées à partir de cette idée ?
Réponse : Les électroaimants, les moteurs, les dynamos, les transformateurs, etc.
Plus sur Oersted
Oersted a fondé la Société danoise pour la diffusion des sciences naturelles, une société visant à présenter les idées scientifiques au grand public. Oersted a également joué un rôle clé dans la fondation de l’Université technique du Danemark, avec l’intention d’améliorer la base scientifique de l’ingénierie.
De nombreux scientifiques cherchent à partager leurs travaux avec un public plus large. Ils peuvent également chercher à partager les avantages technologiques de leurs découvertes. Il a décrit 1820, l’année de sa grande découverte, comme l’année la plus heureuse de sa vie.
Les scientifiques peuvent tirer un grand plaisir de leur travail.
En 1802, un avocat italien appelé Gian Domenico Romagnosi a publié un compte rendu d’une observation similaire à celle d’Oersted. Cependant, son article est paru dans un journal et il n’a pas été repris par la communauté scientifique. Romagnosi ne semble pas avoir donné suite à ses découvertes préliminaires.
Il existe de nombreux exemples de « déclarations préalables » dans l’histoire des sciences. Dans la pratique, la reconnaissance va généralement à la personne qui publie un compte-rendu soigneux, détaillé et répétable de ses observations, à un moment où les autres scientifiques sont prêts pour l’idée, et dans un endroit où elle sera lue et prise au sérieux.
Remerciements
Nous sommes reconnaissants à David Sang, auteur de cette étude de cas.