Chapitres
Un peu d’histoire
La notion de champ en physique est apparue dans la deuxième moitié du XIXème siècle grâce aux travaux de Michael Faraday et de James Clerk Maxwell. Si Faraday a tenté de décrire cette notion dès 1838, ses contemporains n'ont pas pris ses travaux en considération le trouvant trop abstrait et peu convaincant. C'est Maxwell qui réussit en 1864 à convaincre l'ensemble des scientifiques de l'importance de l'influence des forces en chaque point d'un espace :
"le champ crée une toile à travers tout le ciel"
Définition d’un champ
On parle du champ d’une grandeur physique si cette dernière est définie en chaque point d’un espace donné. Cet espace ou portion d'espace peut être schématisé par une ligne, un espace plan ou un volume.
La grandeur physique peut-être une température, une pression, une vitesse, une force etc…
Exemple : pour matérialiser cette donnée, prenons une pièce d'une maison chauffée par un radiateur. La température dans cette pièce, si on la mesure avec un thermomètre d'une grande précision, est différente selon l'endroit où l'on se trouve (en s'éloignant du radiateur la température diminue). On peut ainsi obtenir un champ de températures selon l'endroit où l'on se place dans la pièce. Il existe de nombreux champs en physique :
- les champs thermiques ou de températures,
- les champs de pression,
- les champs de densité,
- les champs électriques,
- les champs magnétiques,
- les champs gravitationnels, etc…
Si toutes ces interactions peuvent produire des modifications quantifiables sur l'environnement certaines vont nécessiter, en plus de leur valeur, de définir une direction et un sens, c'est pour cela qu'on distingue les champs scalaires et les champs vectoriels.
Les champs scalaires
Si le mot champ peut avoir de nombreuses significations dans la langue française, l'adjectif scalaire a une définition bien précise. Selon le Larousse scalaire se dit :
"d'une grandeur physique dont la mesure dans un système d'unité est d'un seul nombre"
Un champ est dit scalaire lorsqu’il concerne une grandeur physique décrite uniquement par sa valeur (appelée aussi norme ou intensité). On utilise par exemple des champs scalaire en météorologie lorsqu’on veut décrire les valeurs de pression ou de température sur une certaine zone géographique : on parle alors de champs de température et de champs de pression. Le site Internet de Météo France est une source de documents fiables pour illustrer ces champs avec notamment des ressources pédagogiques sur la météo et le climat : http://www.meteofrance.com/accueil
Un exemple de champ scalaire : le champ de pression
La pression atmosphérique est déterminée par le poids de l’air ou plutôt d’une colonne d’air s’élevant verticalement (jusqu'à la limite supérieure de l’atmosphère).
Plus on prend de l’altitude et plus la hauteur de la colonne diminue, plus le poids de la colonne d’air diminue et donc de ce fait plus la pression diminue. Au cours de la journée, cette pression subit des oscillations, elle n’est pas constante : elle a tendance à augmenter le matin et en fin de soirée.
Généralement, le champ de pression se caractérise par la force du vent.
Sur les cartes météo, on matérialise les pressions par des lignes d’égales pressions (équipotentielles de pression) appelées lignes isobares.
Note : sur ces lignes de pression, on peut parfois apercevoir des flèches qui matérialisent les vents.
Les champs vectoriels
Un champ est dit vectoriel s’il concerne une grandeur physique décrite non seulement par sa valeur mais aussi par une direction et un sens lui permettant d’être représenté par un vecteur.
Un champ vectoriel peut être un champ de vitesse qui en chacun de ses points est associé à la vitesse de déplacement d’un corps, ainsi qu’à la direction et au sens de son mouvement. En météorologie ces champs permettront de représenter la force, la direction et le sens des vents (exemple "vent venant de l'ouest et soufflant à 60 km/h). Chaque flèche représente la force du vent au point où elle est tracée. Elles indiquent la direction, le sens du vent ainsi que son intensité : plus la flèche est longue et épaisse et plus le vent est violent. Cependant la plupart des champs vectoriels sont des champs de force (une force peut être décrite par un vecteur) ainsi on peut définir un champ de gravitation, un champ magnétique, un champ électrique, etc... De tels champs peuvent être représentés par des lignes de champ qui sont tangentes au champ en chacun de leur point.
Un exemple de champ vectoriel : le champ magnétique terrestre
Le champ magnétique désigne comment la force magnétique est distribuée dans l’espace (région, territoire) qui est lui, soumis à l’action de forces magnétiques (aimants, courant électrique). Le champ magnétique possède une norme, une direction et un sens. Les différentes sources de champ magnétique sont par exemple les aimants permanents ou le courant électrique. Le champ magnétique le plus connu est le champ magnétique terrestre. 
Les lignes de champs sont notamment rendues visibles par une expérience facile à réaliser :
Disposons un aimant sous une feuille de papier ou sur une petite plaque de verres et versons de la limaille de fer sur la feuille. On peut observer que des petits fragments de fer se dispose en respectant les lignes de champ magnétique crées par l'aimant.
Bon à savoir : Le champ magnétique terrestre est utilisé dans de nombreux instruments, dont le plus célèbre est la boussole. La boussole est constituée d’une aiguille magnétisée qui s’aligne sur le champ terrestre. Elle indique le nord magnétique (attention, ce n’est pas le pôle Nord). La boussole est un instrument très ancien (les premières traces de boussole remontent au IVème siècle avant JC en Chine) de navigation.
| Pluton | 0.66 |
|---|---|
| Lune | 1.62 |
| Terre | 9.81 |
| Saturne | 10.44 |
| Jupiter | 24.79 |
| Soleil | 273.95 |
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