TP 1 - Champ magnétique - Physique
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Thème 2 : Comprendre Chapitre 6 TP 1 - Champ magnétique I - Champ magnétique créé par un aimant 1- Cocher la ou les bonnes réponses : 1- Pourquoi lorsque l'on écarte l'aiguille d'une boussole (aiguille aimantée) de sa position d'équilibre, elle revient à sa position initiale ? □ à cause de la force de rappel exercée par l'axe servant de pivot sur lequel est montée l'aiguille □ à cause du champ magnétique de la Terre □ à cause des forces de van der Waals exercées entre les molécules de l'aiguille et de l'axe servant de pivot □ à cause de la force gravitationnelle exercée par la Terre □ à cause de l'interaction forte 2- 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 3- Pour mesurer l'intensité d'un champ magnétique on peut utiliser □ un champimètre □ une sonde à effet Hall □ un teslamètre 2- Cartographier le champ magnétique créé par un aimant droit sur la feuille qui vous a été distribuée à cet effet. 3- On dit que l'expérience avec la limaille de fer permettent de représenter les lignes de champ magnétique. D'après vous, qu'est-ce qu'une ligne de champ ? 4- Sur une feuille vierge, cartographier le champ magnétique créé par un aimant en U. 5- Faire des mesures de l'intensité du champ magnétique créé dans l'entrefer. 6- Quels sont les deux éléments qui permettent d'affirmer que le champ magnétique créé dans l'entrefer est uniforme ? Bilan Au voisinage d'un aimant, le pôle nord de la boussole pointe vers le pôle de l'aimant. Plus on s'éloigne de l'aimant, plus l'intensité du champ magnétique Pour les champs de type , on introduit le concept de ligne de champ. Une ligne de champ magnétique est formée par la courbe aux vecteurs champs magnétique. Cette ligne est orientée dans le que le champ magnétique. Les lignes de champ magnétique créé par un aimant émergent du pôle et forment des boucles qui rentrent dans l'aimant par le pôle de l'aimant. II - Les aimants ne sont pas les seules sources de champ magnétique Sur physiquechimix.free.fr, visionner la vidéo répertoriée dans la rubrique TP du paragraphe sur le champ magnétique. 7- Quelle autre source de champ magnétique est mise en évidence dans cette vidéo ? Lancer l'animation répertoriée dans la rubrique TP du paragraphe TP sur physiquechimix, 8- Que permet-elle de visualiser ? 9- Comment varie l'intensité du champ magnétique lorsqu'on s'éloigne de la source de champ ? 10- Caractériser les lignes de champ du champ magnétique créé par un fil traversé par un courant. 11- La plupart des sources de champ magnétique utilisées dans l'industrie (par exemple pour fabriquer les champs magnétiques intenses utilisés dans les appareils d'IRM) sont des "électroaimants". Pourquoi à votre avis a-t-on choisi cette terminologie ? III - Dynamo terrestre Une aiguille aimantée s'oriente spontanément du fait de l'existence d'un champ magnétique terrestre. Pour représenter la source du champ magnétique terrestre on dessine parfois un aimant qui serait positionné au centre de la Terre et dont la direction serait inclinée d'une dizaine de degrés par rapport aux pôles géographiques (voir illustration ci-contre). Selon cette représentation, ce qu'on appelle communément le "pôle nord magnétique", celui vers lequel pointe les aiguilles des boussoles, coïncide avec le pôle sud de l'aimant qui serait au centre de la Terre. Cette représentation de la source du champ magnétique terrestre par un aimant ne permet cependant pas de modéliser le phénomène physique à l'origine du champ magnétique de la Terre. On pense en effet aujourd'hui que le champ magnétique terrestre est dû à des courants électriques et qu'il est créé par les mouvements convectifs de matériau conducteur fondu (essentiellement du fer) situé à l'intérieur du noyau externe, dans les profondeurs de la Terre. Le moteur de ces mouvements de fluide conducteurs est expliqué notamment par la différence de température entre le haut et le bas du noyau externe1. La direction du champ magnétique terrestre n'est pas constante au cours du temps. Depuis le début du XXème siècle on a récolté des données expérimentales montrant que le champ magnétique terrestre subit des inversions qui semblent se produire de manière chaotique2. La dernière en date remonte à environ 790 000 ans3. On explique ces inversions par des perturbations des mouvements convectifs du fluide conducteur du noyau. 1 Source : Article du site planetTerre sur la convection du noyau : http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/convection-du-noyau.xml - consultation le 09/02/2014 2 Source : Pietryk G. (2007) Panorama de la physique. Le noyau et le champ magnétique p. 236-237. Paris : éditions Belin 3 Source : Dossier de presse réalisé par le CEA : Magnétisme de la Terre et du Soleil (2007) 12- En vous appuyant sur la première partie du TP, expliquer pourquoi l'aimant que l'on représente au centre de la Terre a un Sud qui pointe dans une direction proche du Nord géographique.
