TP n°3 : Champ magnétique Terrestre Réaliser par : BOUTCHICH HAMZA Objectifs : Utiliser le champ magnétique d’une bobine de Helmholtz (connu) pour mesurer l’inclinaison et l’intensité du champ magnétique terrestre. Etude théorique : Introduction : Le champ magnétique mesuré à la surface de notre planète est un champ magnétique créé par la terre elle-même. Sa géométrie est compliquée et ses sources sont diverses mais 90% du champ peut être représenté par un champ dipolaire. Le champ magnétique terrestre varie dans le temps et dans l’espace. Il s’est même inversé plusieurs fois dans le passé. Une aiguille aimantée (boussole) placée au voisinage de la terre s’oriente approximativement vers le pôle nord géographique. Les lignes du champ terrestre sortent du pôle nord magnétique dans l’hémisphère sud et reviennent au pôle sud de l’aimant situé dans l’hémisphère nord. Ainsi, en réalité, c’est le pôle sud magnétique qui se trouve, comme le montre la figure 8, près du pôle nord géographique et non l’inverse. Cette erreur, introduite au début de l’histoire du magnétisme, n’a pas été corrigée. Champ magnétique Le champ magnétique est une grandeur vectorielle, notée B , caractérisée par sa direction et son amplitude, qui décrit les effets magnétiques de la matière. L'unité de l'intensité d'un champ magnétique dans le système international (SI) d’unités est le tesla (T), qui s’exprime en fonction des unités de base comme 1 [T] = 1 . On utilise parfois le gauss (G), sachant que 1 [G] = 10 [T]. Un champ magnétique peut être produit, entre autres, par un aimant permanent ou par un courant électrique. On peut modéliser les bobines de Helmholtz par deux associations de N spires parcourues par un même courant I, de mêmes rayons R, et séparées d'une distance R (Fig. 9). On peut calculer l'expression du champ magnétique (via la loi de Biot et Savart) au centre de du dispositif par la relation suivante : Champs magnétique terrestre Comme tout vecteur dans un espace à trois dimensions, le champ géomagnétique B (norme B) peut être décomposé en 3 composantes : une composante verticale (B ) et deux composantes horizontales : Nord et Est (B et B ). Ces composantes dépendent de la norme B du champ et de deux angles : l’inclinaison et la déclinaison . Composante verticale : Composantes Nord et Est (horizontale) : Avec l’inclinaison, c’est-à-dire l’angle entre B et l’horizontale ( , positif vers le bas). Et est la déclinaison, l’angle entre le Nord magnétique et le Nord géographique ( positif dans le sens horloger). Principe de l’expérience Le champ magnétique terrestre n’est pas négligeable et des sources électriques inévitables créent également des champs magnétiques non négligeables. On notera est la somme de la composante horizontale de tous ces champs. Cette composante n’étant pas négligeable, il faudra en tenir compte lors de nos mesures. Pour cela, on positionne la boussole placée au centre O de la spire vers le nord, lorsque la spire n’est pas parcourue par un courant (Fig. 11). Lorsqu’un courant I circule dans la bobine de Helmholtz, elle crée un champ magnétique B qui vient s’ajouter vectoriellement au champ . Il en résulte un champ ( ) qui fait un angle avec le nord (avec le champ ). Avant de commencer la mesure, la position du point zéro du Teslamètre doit être réglée avec précision. Le magnétomètre (avec un cercle gradué nivelé) est placé entre les bobines de sorte que le centre du cercle gradué soit approximativement identique au centre de la paire de bobines. Tout d'abord, mettre la tension V du générateur sur 0V et Placer la boussole horizontalement au milieu des bobines et régler le dispositif de Helmholtz de façon à ce que l’axe des bobines soit perpendiculaire à la direction NordSud du champ géomagnétique, représentée par la direction de l’aiguille aimantée du compas.
