Matériaux – séance bilan - Supraconducteurs

Matériaux – séance bilan - Supraconducteurs - Corrigé
On souhaite fabriquer un champ magnétique B de 11,7 T à l'aide d'un solénoïde, c'est à dire en faisant passer un courant
électrique dans un conducteur. D'après le document 2, le champ magnétique B est proportionnel à l'intensité du courant. Or le
courant qui passe dans un conducteur fait chauffer ce conducteur par effet Joule. Le problème posé revient donc à se
demander si le solénoïde peut supporter l'intensité nécessaire à la création du champ magnétique de 11,7 T.
On va donc :
•
dans un premier temps, déterminer l'intensité nécessaire pour créer le champ magnétique de 11,7 T.
•
dans un second temps, calculer la puissance dissipée par effet Joule par le courant nécessaire.
•
dans une troisième étape, calculer l'énergie thermique nécessaire pour faire fondre un fil de cuivre.
•
enfin, déduire la durée de fonctionnement qui porterait le fil à la température de fusion.
1re étape : détermination de l'intensité i du courant pour obtenir un champ magnétique B = 11,7 T.
On sait que :
soit
i = 9,31.103 A
2nd étape : détermination de la puissance dissipée par effet Joule
3e étape : détermination de l'énergie thermique nécessaire pour faire fondre un fil de cuivre
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4e étape : détermination de la durée nécessaire pour faire fondre un fil de cuivre
En supposant que l'énergie thermique produite par effet Joule ΔEj n'est pas échangée avec l'extérieur, mais est utilisée
intégralement à élever la température du fil de cuivre, on a :
Dès la mise en route du courant, le fil va fondre en 1,55 ms du fait de l'effet Joule dû à sa résistance électrique. Il est donc
impossible de réaliser le champ magnétique avec ce solénoïde.
Seule l'utilisation de matériaux supraconducteurs à très basse température permet la création d'un tel champ magnétique, car
le courant dans ce cas, ne s 'accompagne d'aucun effet Joule.
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