Conclusion : Champ magnétique et imagerie - Physique

Thème 1 : Santé
Chapitre 1
TP - Champ magnétique et imagerie médicale
L'IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) est un examen médical permettant de reconstituer l'image des organes, en particulier
des "tissus mous" comme le cerveau. Pour réaliser un IRM, il est nécessaire de placer le patient dans une zone où règne un champ
magnétique intense dont l'intensité est contrôlée.
Objectifs du TP :



Déterminer expérimentalement quelles sont les caractéristiques d'un champ magnétique.
Identifier quelles sont les sources de champs magnétiques.
Comprendre quel type de source de champ magnétique est utilisée en IRM.
I - Champ magnétique créé par un aimant
1.
Si l'on prend deux aimants et qu'on les rapproche l'un de l'autre
□ ils se repoussent
□ ils s'attirent
□ rien ne se passe
□ ça dépend de l'orientation des aimants
Expérience 1 : Détection d'un champ magnétique avec une aiguille aimantée
Matériel : aiguille aimantée + aimant
2. Placez l’aiguille aimantée seule au centre de la table. Écartez la de sa position initiale puis lâchez la. Réitérer l'expérience.
Qu'observez-vous ?
3.
Comment expliquez-vous cette observation ?
4.
Que se passe-t-il lorsque vous approchez l’aimant mis à votre disposition au voisinage de l'aiguille aimantée ?
Expérience 2 : Caractéristiques du champ magnétique créé par un aimant droit
1- Cartographier le champ magnétique créé par un aimant droit sur la feuille qui vous a été distribuée à cet effet.
2- Reproduire ci-dessous l’allure de la figure obtenue en saupoudrant de la limaille de fer sur la plaque de verre au dessus de
l'aimant droit.
3- On dit que l'expérience avec la limaille de fer permet de représenter les lignes de champ magnétique. D'après vous, qu'est-ce
qu'une ligne de champ magnétique ?
Bilan

Le champ magnétique est une grandeur physique vectorielle. En un point M de l'espace, le champ magnétique noté
a trois caractéristiques :
o
o
o
Ces caractéristiques dépendent du point où l'on se place.

Au voisinage d'un aimant, le pôle nord d'une aiguille aimantée (= boussole) pointe vers le pôle
l'aimant. Une aiguille aimantée permet de détecter deux caractéristique d'un champ magnétique :
de
o
o

Pour détecter l'intensité du champ magnétique en un point donné, on utilise un
L'unité de l'intensité du champ magnétique est le
Plus on s'éloigne d'un aimant, plus l'intensité du champ magnétique créé par cet aimant

Une ligne de champ magnétique est la courbe
Les lignes de champ magnétique créées par un aimant droit émergent du pôle
boucles qui rentrent dans le pôle
aux vecteurs champs magnétique.
et forment des
de l'aimant.
II - Champs magnétiques créés par des courants
Aller sur le site www.physique-chimix.fr . Choisir Terminale STL > Chapitre 1 : Champ magnétique et imagerie médicale. Visionner la
vidéo répertoriée dans la rubrique TP du paragraphe sur le champ magnétique.
Une aiguille aimantée se situe à proximité d’un fil qui peut-être parcouru par un courant.
1- Qu’observe-t-on lorsque le fil n’est parcouru par aucun courant ?
2- Qu'observe-t-on lorsqu'un courant électrique circule dans le fil ?
3- Comment peut-on interpréter cette expérience ?
Champ créé par un solénoïde
Un solénoïde est un dispositif constitué d’un fil de cuivre enroulé et qui forme
une longue bobine. Le solénoïde est parcouru par un courant électrique.
On voit sur la photo ci-contre les lignes de champ magnétique à l'intérieur du
solénoïde parcouru par un courant.
4- Que pouvez-vous dire du champ magnétique à l’intérieur du solénoïde ?
Justifier.
On s'intéresse à présent à l'intensité du champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde. Pour cela on utilise le dispositif suivant :
Ce dispositif permet de mesurer la position de la sonde du teslamètre de part et de mesurer le champ magnétique en ce point.
5- Regrouper les résultats expérimentaux dans le tableau suivant.
L’intensité est fixé à 1,2 A, le nombre de spires est de 200
B (mT)
X (cm)
6- Caractériser l'intensité du champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde.
Influence de l’intensité du courant qui parcourt la bobine sur l'intensité du champ magnétique
Matériel à votre disposition : Une bobine (voie A et E), un teslamètre et sa sonde, un ampèremètre, une alimentation stabilisée
délivrant une tension continue réglable, fils, un pc et le tableur Régressi
7- Élaborer un protocole expérimental permettant de prouver que la valeur du champ magnétique à l'intérieur de la bobine est
proportionnelle à l’intensité du courant traversant la bobine.
Schéma de l'expérience :
APPEL DU PROFESSEUR N°1 : faire vérifier le protocole
8- Mettre en œuvre le protocole validé, regrouper les mesures dans un tableau et tracer le graphique à l’aide du tableur Regressi.
Afficher sur le graphique les ellipses d’incertitude à l’aide des informations suivantes
Teslamètre Jeulin Initio – Range 10 mT
Erreur donnée par le constructeur 2% L +3 UR
Ampèremètre MX 20 METRIX – Range 200 mA : 1% L + 3 UR (à vérifier dans la notice)
APPEL DU PROFESSEUR N°2 : faire vérifier la courbe
Conclusion : Champ magnétique et imagerie médicale
Un appareil d'IRM est représenté sur l'image ci-contre.
9- Sachant qu'un IRM utilise de forts champs magnétiques pour imager les tissus, essayer
en vous appuyant sur le TP d'expliquer la forme de l'appareil.
10- Un IRM utilise de forts champs magnétiques (de l'ordre de quelques teslas). D'après la
dernière partie de ce TP, sur quel paramètre physique peut-on jouer pour régler
l'intensité du champ magnétique ?
Appareil d'IRM
Source de l'image : article IRM de
Wikipédia (consulté le 08/09/14)
Annexe : Notice du Teslamètre Initio (Jeulin)