Série N°3 Force de la place Exercice 1 Exercice 2

Série N°3
Force de la place
Exercice 1
On donne: I = 10 A ; ||B|| = 7.10-2 T , le poids de la tige MN est ||P|| = 0.224 N , L = MN = 20 cm , l = CD = 4 cm
Un conducteur rectiligne MN = L peut tourner autour d’un axe (Δ) horizontal passant par le point N tout en restant
dans un plan normal au champ magnétique uniforme créé par un aimant en U. le conducteur MN prend une nouvelle
position d’équilibre et s’incline d’une angle 𝜃 par rapport à la verticale quant un courant d’intensité I la traverse.
La zone d’influence du champ magnétique couvre le milieu du conducteur MN sur une largeur l = CD (voir la figure cidessous).
1/ Précisez la direction de la force de Laplace et calculer sa valeur.
2/ Représenter les forces qui s’exercent sur le conducteur.
3/ En déduire le sens de B .
4/ Déterminer l’angle 𝜃 que fait le conducteur MN avec la verticale.
5/ a) La surface libre de la solution électrolytique qui assure la continuité du circuit électrique se trouve à la distance
verticale NM’ = d = 19.4 cm de N. Montrer que la plus grande valeur de 𝜃 = 𝜃max = 14°.
b) Déduire l’intensité du courant I1 qui permet d’obtenir une telle déviation.
Exercice 2
La figure ci-contre représente le conducteur pendule dans sa position
initiale (circuit ouvert). C’est un fil cylindrique et homogène de longueur
OA=L 30Cm et de asse m=20g. il est mobile autour d’un axe (Δ) passant
par le pont O et soumis sur la distance d=3Cm à l’action d’un champ
magnétique uniforme tel que ΙΙ B ΙΙ = 0,1T. ce champ s’applique autour
du point M tel que OM = 20Cm. Le courant qui parcourt le fil est dirigé
dans le sens indiqué sur la figure d’intensité I = 6A.
1/ Montrer que le fil dévie en indiquant le sens de déviation.
2/ Calculer la valeur de la force de Laplace exercée sur la tige au point M.
3/ a- Représenter toutes les forces exercées sur la tige dans sa nouvelle position d’équilibre.
b- Ecrire la condition d’équilibre de la tige.
4/ On supposera que l’inclinaison 𝜷 est faible de sorte que le fil est soumis à l’action du champ magnétique sur une
longueur très voisine de d. déterminer alors à l’aide d’une étude complètement détaillée la valeur de l’inclinaison 𝜷
On donne =10NKg-1
Exercice 3
Une tige AB en cuivre et de masse (m) repose sur deux rails conducteurs séparés par une distance ℓ = 15 cm, le
circuit ainsi formé est parcouru par un courant continu I = 9A, l’ensemble est plongé dans un champ magnétique
uniforme || B || = 0,5 T perpendiculaire au plan des rails (voir figure-1-) :
1/ a) Recopier la figure-1- sur votre copie puis indiquer sur cette figure le sens du champ magnétique || B || pour que
la tige AB se déplace vers la gauche
b) Déterminer les caractéristiques ( point d’application, direction, sens et valeur ) de la forces de Laplace
2/ Pour maintenir la tige en AB équilibre on l’attache par son milieu à une masse M à l’aide d’un fil inextensible et de
masse négligeable passant par la gorge d’une poulie (voir figure-2-) :
L’ensemble des frottements exercés par les rails sur la tige AB est ║f║= 0,6 N
a) Représenter les forces extérieures exercées sur la tige AB et sur la masse M
b) Donner la condition d’équilibre de la tige AB
c) Donner la condition d’équilibre de la masse M
d) Déterminer la masse M pour que la tige AB soit en équilibre
On donne : ║g║= 10 N.kg-1
Exercice 4
1/ Une tige rectiligne homogène OA en aluminium, de longueur L = 30 cm, de masse m1 = 20 g est capable de
tourner autour d’un axe fixe horizontal passant par son extrémité O. Elle trempe légèrement en A dans le mercure
contenu dans une cuve. La tige est parcourue par un courant électrique d’intensité I = 12 A, et elle est soumise à un
champ magnétique uniforme de vecteur B perpendiculaire au plan vertical dans lequel elle peut se mouvoir.
La tige tourne dans une position faisant un angle α =18° avec la verticale.
L’action du champ magnétique s’exerce sur une longueur de la tige comprise des points B et C situés respectivement
à 20 cm et 25 cm de O (voir figure -1- ci-dessous).
a) Donner le sens et la direction de la force électromagnétique appliquée sur la tige.
b) Préciser le sens de B .
c) Représenter, sur la figure -1-, toutes les forces appliquées sur la tige.
d) Calculer la valeur de la force électromagnétique appliquée sur la tige.
e) En déduire la valeur du champ magnétique.
2/ La tige, toujours parcourue par le même courant d’intensité I = 12 A et baignant dans un champ magnétique de
valeur B = 0,5 T sur la partie BC, est maintenant attachée en son centre G par un fil de masse négligeable qui supporte
sur son autre extrémité un solide (S) de masse m2. Lorsque le système est en équilibre, la tige s’incline un angle 𝜃= 30°
par rapport à la verticale (voir figure -2- ci-dessous).
a) Représenter les forces appliquées sur la tige et sur le solide (S).
b) Calculer la valeur de la force de Laplace s’exerçant sur la tige.
c) Déduire la masse m2 du solide (S).
Exercice 5
En 1900, Aimé Auguste Cotton invente une balance pour mesurer la valeur || B || d’un champ magnétique. Cette
balance est constituée de deux fléaux. Figure 1 :
à l’extrémité du premier est suspendu un plateau ; - à l’extrémité du deuxième est fixé un circuit électrique dont
la partie inférieure est rectiligne. Cette partie rectiligne est placée perpendiculairement à la direction du champ
magnétique. Les parties arrondies du circuit sont des arcs de cercles ayant pour centre le point O situé sur l’axe de
rotation de la balance. Quand aucun courant électrique ne circule dans le circuit, on règle l’aiguille de la balance au
zéro par l’intermédiaire d’un écrou mobile. Lorsqu’un courant électrique continu d’intensité I passe dans le circuit,
l’équilibre est rompu. Il est de nouveau rétabli en ajoutant sur le plateau des masses marquées dont la masse totale
est m. On néglige le champ magnétique terrestre.
1 / Dans quel sens doit être le champ magnétique pour que la balance puisse fonctionner ? Justifier la réponse et
indiquer ce sens sur la figure 1.
2/ Représenter, sur la figure 1, les trois forces électromagnétiques agissant sur les parties AB, BC et CD du circuit.
3/ Justifier que seule la force électromagnétique agissant sur la partie BC possède une action mécanique sur le fléau.
4/ On pose BC = a , La balance est construite de telle façon, qu’à l’équilibre, la valeur de la force électromagnétique
est égale au poids des masses marquées placées dans le plateau. Lorsque l’équilibre est réalisé :
 donner l’expression de || B || en fonction de I, a, m, et || g || .
 au cours de la mesure on a relevé les valeurs suivantes : m = 2,53 g ; I = 6,45 A ; a = 25,0 mm et g = 9,8 N.Kg-1.
Calculer || B ||