Physique-Chimie 1 S

Comprendre

Lycée Jacques Monod

� Caractéristiques du champ magnétique.

Matériel : boussole, aiguilles aimantées, aimant droit, aimant en U, plaque de cuivre, sonde à

effet Hall.

Réaliser les manipulations qui vous permettront de répondre aux questions suivantes. Décrire

ces manipulations dans un compte-rendu soigné et réaliser les schémas correspondants.

1) La plaque de cuivre et l'aimant droit exercent-ils une action mécanique sur une aiguille aimantée

placée dans leur voisinage ?

2) La présence de l'aimant et de la plaque de cuivre modifient-t-elle les propriétés magnétiques de

l'espace dans leur voisinage ?

On dit que l'aimant crée dans son voisinage un « champ magnétique ». Le champ magnétique peut être

décrit par une grandeur vectorielle notée B→

et nommée « vecteur champ magnétique ».

Au point M, le vecteur champ magnétique B→

a les caractéristiques suivantes :

-

La valeur du champ magnétique peut être estimée grâce à une sonde à effet Hall (sélectionner la mesure

de Bx et le calibre 20 mT puis placer la sonde dans la direction et le sens de B→

donnés par l'aiguille

aimantée au point de mesure). La valeur du champ magnétique s'exprime en Tesla (T).

Sur une feuille blanche placer l'aimant droit et positionner 5 points A, B, C, D, E approximativement comme

sur la figure ci-dessous.

3) Comment évaluer la direction du champ magnétique en ces différents points ? La direction du

champ magnétique dépend-elle du point où elle est évaluée au voisinage de l'aimant droit ?

4) La valeur du champ magnétique dépend-elle du point où elle est évaluée au voisinage de

l'aimant droit ?

5) Représenter le vecteur champ magnétique B→

en ces différents points. Préciser sur votre copie

l'échelle adoptée.

LE CHAMP MAGNETIQUE

- l'origine : le point M

- la direction : x'x de l'axe de l'aiguille aimantée

- le sens : pôle Sud →→→→ pôle Nord de l'aiguille aimantée

- la valeur : B

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� Spectre magnétique et lignes de champ

Saupoudrer de la limaille de fer sur une plaque de verre placée au-dessus d'un aimant droit puis

au-dessus d'un aimant en U. Dans ces conditions, les morceaux de limaille s'aimantent et se

comportent comme de petites aiguilles aimantées. On pourra aussi utiliser une plaque contenant

plusieurs petites aiguilles aimantées qu'on posera directement sur l'aimant.

1) Reproduire approximativement l'allure de ces spectres sur votre copie.

Les lignes dessinées par la limaille de fer sont nommées « lignes de champ ».

2) Que peut-on dire de la direction du champ magnétique en tout point d'une ligne de champ ?

Les lignes de champ sont des lignes orientées.

3) Comment les orienter ? Faites-le sur le schéma précédent.

� Champ magnétique et courant électrique

1) Mise en évidence du lien entre courant électrique et champ magnétique

Réaliser un circuit en série comportant un générateur, un interrupteur, un ampèremètre, une résistance

variable (rhéostat) et le support avec une aiguille sous un fil de cuivre. Fermer l'interrupteur K.

Régler l'intensité du courant circulant dans le circuit en déplaçant le curseur du rhéostat. L'intensité du

courant doit être voisine de 2A.

a) Qu’observez-vous ?

b) Changer le sens du courant. Qu'observez-vous ?

c) Conclure.

2) Evolution de la valeur du champ magnétique B→

à l'intérieur du solénoïde

a) Réaliser le spectre magnétique d’un solénoïde (en utilisant le circuit précédent et en remplaçant

le fil avec l’aiguille par le solénoïde, l'intensité du courant doit être voisine de 5 A).Qu’observez-

vous pour les lignes de champ dans le solénoïde ?

b) Schématiser ce spectre.

c) En vous aidant de l’aiguille aimantée, orienter les lignes de champ.

d) Quelles conclusions peut-on en tirer sur la direction et le sens du champ magnétique dans le

solénoïde ?

e) Changer le sens du courant dans le solénoïde. En vous aidant de l'aiguille aimantée,

qu'observez-vous pour le champ magnétique ?

f) La valeur du champ magnétique B→

est donnée par la relation :

B = µµµµ0 N

L I où µ0 est la perméabilité du vide, µ0 = 4 π . 10

-7 SI

N le nombre de spire du solénoïde

L la longueur du solénoïde

I l’intensité du courant traversant le solénoïde.

Calculer la valeur du champ magnétique dans un solénoïde de 44 cm de longueur, possédant

200 spires et traversé par un courant d’intensité 2,0 A.

Un solénoïde est une bobine constituée par l’enroulement d’un fil

conducteur sur un cylindre dont la longueur est grande par rapport

à son rayon.

Les pires sont régulièrement réparties et pouvant être accolées

(jointives) ou non accolées (non jointives).