Les électro-aimants sont des appareils destinés à produire un champ magnétique à partir d'une source d'énergie électrique. Ils comprennent des bobinages d'excitation parcourus par un courant électrique et peuvent comporter un circuit magnétique destiné à renforcer la valeur de l'induction ou à imposer une carte de champ particulière. Leur technologie a accompli des progrès spectaculaires dans la seconde moitié du xxe siècle. Cela est essentiellement dû à l'utilisation de matériaux hyperconducteurs ou supraconducteurs pour réaliser les bobinages, au développement des accélérateurs de particules ou des chambres à « traces », et aux recherches dans le domaine de la physique en champ magnétique intense.
1. Principe physique
Le principe fondamental de l'électro-aimant repose sur la propriété, découverte en 1820 par Hans Christian Œrsted puis par François Arago, que possède tout système de courants électriques de créer un champ magnétique qui lui est associé, en vertu de la loi d'Ampère.
Un exemple simple d'électro-aimant est représenté sur la figure : sur un tore à section circulaire, dont la longueur de la ligne moyenne est L, est enroulé un bobinage de N spires régulièrement réparties, connectées en série, de façon qu'elles soient parcourues par le même courant I. Le tore est constitué d'un matériau ferromagnétique et est muni d'une fente de largeur l (petite devant L) perpendiculaire à la ligne moyenne. Cette fente est appelée entrefer.
Au vecteur champ magnétique H⃗ (appelé aussi excitation magnétique) créé par le système de courants circulant dans le bobinage est associé un vecteur induction magnétique B⃗. Dans le vide, les deux vecteurs sont liés par la relation :
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