TP MAGNETISME TP Magnétisme I) INTRODUCTION AU MAGNETISME 1) Qu’est-ce qu’un champ magnétique ? Un champ magnétique est un champ de force résultant du déplacement des charges (courant électrique) La Terre possède elle aussi un champ magnétique engendré par les mouvements du noyau métallique liquide des couches profondes de la Terre. Le champ magnétique terrestre peut être comparé à celui d’un aimant droit. 2) Propriétés d’un aimant Un aimant est constamment entouré d’un champ magnétique, c'est-à-dire d’un espace où il existe une force liée au mouvement de charges électriques. Un champ magnétique est représenté par ses lignes de champs, c’est-à-dire les lignes formées à partir d’un point et suivant ses vecteurs. Ces lignes relient les pôles magnétiquement. Un champ magnétique possède toujours un pôle nord et un pôle sud. Ils sont indissociables. Si on casse un aimant … … on obtient deux aimants. Action d’un champ magnétique sur un aimant : attraction – répulsion : Si on approche deux pôles de même polarité, les aimants se repoussent. Si on approche deux pôles opposés, les aimants s’attirent. Les forces dépendent de l’intensité du champ magnétique et de la distance entre les deux aimants. 21/02/2013 2 TP Magnétisme 3) Expériences Observation des lignes de champs avec limaille de fer Placez une plaque de verre sur l’aimant droit. Saupoudrez légèrement la plaque de limaille de fer autour de l’aimant et tapotez la plaque jusqu’à ce que des lignes se dessinent. Faire la même chose avec l’aimant en U. Spectres magnétiques : Complétez les dessins ci-dessous en indiquant les pôles des aimants, le sens de I et les lignes de champ. 1) Lorsque les lignes de champ se resserrent le champ magnétique est plus intense. Dans l’aimant en U, où le champ magnétique est-il le plus intense ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 2) Lorsque les lignes de champ sont parallèles, le champ magnétique est uniforme. Quel(s) dispositif(s) permette(nt) d’obtenir un champ magnétique uniforme. Situez le lieu du dispositif où cela se produit. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Observation des lignes de champ avec du ferrofluide Les ferrofluides sont des solutions composées de nanoparticules solides ferromagnétiques en suspension dans un liquide porteur. La réponse magnétique d’un ferrofluide est due à l’interaction des particules magnétiques avec les molécules de solvant qui les entourent. Ces interactions sont suffisamment fortes pour que le comportement magnétique des particules se transmette à l’ensemble du liquide : celui-ci acquiert donc ainsi un comportement magnétique global et peut se déplacer et se déformer sous l’action d’un champ magnétique tout en restant monophasique. Réalisation de l’expérience : 21/02/2013 3 TP Magnétisme 1- Placez le récipient contenant le ferrofluide au dessus de l’aimant et observez. 2- Promenez l’aimant autour du tube scellé contenant le ferrofluide et observez. Tube de Foucault Fait tomber un objet de ta trousse dans le tube de cuivre. Observez. Réaliser l’expérience en faisant tomber un aimant dans le tube de Foucault. Qu’observezvous ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Lorsque l’aimant tombe dans le tube, des courants électriques sont induits dans celui-ci et créent eux-mêmes une force qui s’oppose à la force de pesanteur de l’aimant. Ces courants sont dit de Foucault et freinent la chute de l’aimant. Nous constatons que les courants de Foucault dépendent de la conductivité du matériau du tube utilisé. II) CREER UN CHAMP MAGNETIQUE ET DU COURANT 1) Créer un champ magnétique Nous avons vu précédemment qu’un aimant était un matériau qui produit naturellement un champ magnétique, comme la Terre. Cependant, y-a-t’ il d’autres moyens de créer un champ magnétique ? En effet, si l’on place un fil parcouru par un courant à proximité d’une boussole, l’aiguille s’oriente perpendiculairement au fil. De même si on place deux fils côte à côte traversés par un courant de même intensité, on observe qu’ils s’attirent si les courant sont dans le même sens et se repoussent si les courants sont de sens opposés. Expérience : 21/02/2013 4 TP Magnétisme Nous allons donc essayer de faire un aimant en faisant circuler du courant dans un fil. Pour cela, nous allons prendre : - Une pile de 1,5V Un fil de cuivre Une boussole D’abord, on va scotcher une des extrémités du fil dénudé à un pôle de la pile. Ensuite, approche le dispositif de la boussole au départ sans mettre en contact le deuxième bout dénudé du fil de cuivre avec le deuxième pôle de la pile puis en le mettant en contact. Lorsque tu approches le dispositif au-dessus de la boussole, fais en sorte que le fil de cuivre soit quasi-parallèle avec l’aiguille de la boussole. Lorsque tu assures les deux contacts électriques sur la pile, tu provoques la circulation d’un courant dans le fil gainé noir. Que ce passe-t-il ? Comment peux-tu expliquer cela ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Donc on peut créer un champ magnétique en faisant circuler du courant dans un fil. Le déplacement des particules dans le conducteur créer un champ magnétique B qui s’enroule autour du fil. Lorsqu’on fait circuler du courant dans une bobine, cela équivaut à un aimant droit. Exemple : Moteur électrique Peut on faire l’inverse ? 21/02/2013 5 TP Magnétisme 2) Créer du courant Le phénomène de création d'un courant électrique par l'ensemble "bobine-aimant" découvert par Faraday en 1831, permet de transformer une énergie mécanique en une énergie électrique. En faisant tourner un aimant dans une bobine, on créé un champ magnétique qui induit un courant électrique aux bornes de la bobine. Schéma d’un alternateur Les alternateurs sont utilisés quasiment partout aujourd'hui : plus de 95 % de l'énergie électrique est produite par ceux-ci (rendement 95 à 98%). On trouve diverses applications dans notre vie quotidienne. Peux-tu donner des exemples de la vie courante ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 21/02/2013 6