fiche TP_Champ magnétique créé dans un solénoïde par un courant
publicité
Lycée Jean XXIII Chapitre P10 REIMS Première S CHAMP MAGNÉTIQUE I. Champ magnétique crée par un aimant 1. Champ magnétique terrestre - A quoi sert une boussole ? - A quoi correspond le « nord » ? - Comment changer l’orientation de la boussole ? 2. Champ magnétique créé par un aimant a. Perturbation due à un aimant Un aimant droit est posé sur une table : - Comment s’oriente une aiguille aimantée que l’on approche du pôle Nord de l’aimant ? Après avoir formulé une hypothèse, réaliser l’expérience et donner une conclusion. - Quel est le sens du champ magnétique à proximité d’un pôle Nord ? D’un pôle Sud ? Disposer plusieurs aiguilles aimantées sur la table et placer l’aimant dans leur voisinage : - L’orientation de ces aiguilles aimantées est-elle uniforme ? - Quelle est la cause des changements de direction des petites aiguilles aimantées ? b. Réalisation d’un spectre magnétique Déposer sur un aimant droit une plaque de plexiglas transparent. Saupoudrer la plaque de la limaille de fer, la tapoter légèrement et observer (Fig.1). Les associations de ces grains semblent tracer des lignes appelées lignes de champ. Refaire la même expérience en utilisant un aimant en forme de U. Fig.1 – Spectre magnétique d’un aimant droit : une visualisation dans un plan horizontal. - Au cours de cette expérience, quel rôle joue un petit grain de limaille de fer ? - Pour chaque expérience, faire un schéma et représenter quelques lignes de champ. - Que dire de l’aspect des lignes de champ entre les branches de l’aimant en U ? II. Champ magnétique créé par un courant En 1819 Hans Christian Œrsted, physicien Danois a montré expérimentalement l’existence de champs magnétiques créés par des courants. L’expérience, simple à réaliser aujourd’hui, était la suivante : - un fil de cuivre est parcouru par un courant électrique de forte intensité. - Au passage du courant, une aiguille aimantée placée à proximité change de direction. Son expérience a donc mis en évidence la possibilité de créer un champ magnétique à partir d’un courant électrique. Le but de ce paragraphe est alors de déterminer les caractéristiques du champ magnétique créé par une bobine longue (ou solénoïde) parcourue par un courant continu. 1. Spectre magnétique créé par des boucles de courants Un dispositif muni d’une plaque de plexiglas percée par quelques spires de fil de cuivre permet d’obtenir le spectre du champ magnétique créé par le courant qui traverse ce fil. Compléter le schéma ci-dessous en dessinant le spectre obtenu puis en orientant les lignes de champs. 1/2 Lycée Jean XXIII Chapitre P10 REIMS Première S 2. Utilisation du teslamètre avec la sonde à effet Hall Le teslamètre munie d’une sonde à effet Hall indique la valeur du champ magnétique en millitesta (mT). Le bouton de réglage du zéro permet de supprimer l’influence du champ magnétique terrestre. Vérifier le réglage avant chaque série de mesures. Approcher le pôle Nord d’un aimant droit perpendiculairement à la pastille de la sonde. Observer le signe du champ. Recommencer avec le pôle Sud de l’aimant et noter son signe. Compléter les schémas : représenter B1 au voisinage du pôle Nord de l’aimant et B2 au voisinage du pôle Sud. En déduire comment utiliser la sonde pour trouver le sens de B . 3. Étude du champ magnétique à l’intérieur d’un solénoïde parcourue par un courant continu a. Etude qualitative Réaliser un montage permettant de régler l’intensité d’un courant continu dans le solénoïde et de mesurer son intensité. Quels sont, à votre avis, les facteurs susceptibles d’influencer la valeur de B ? Sens du vecteur champ magnétique B : - Placer la sonde au centre du solénoïde. Vérifier le réglage du zéro en circuit ouvert. - Ajuster l’intensité du courant à la valeur I = 2 A - Déterminer le sens du champ créé. Inverser le sens du courant. Observer. - Compléter le schéma (vue de dessus) en indiquant le sens du courant et le vecteur B au centre du solénoïde Sortir progressivement la sonde. Observer les valeurs du champ magnétique. Comment varie la valeur du champ : - au voisinage du centre du solénoïde ? - sur les bords du solénoïde ? b. Etude quantitative On étudie les variations de la valeur du champ B au centre du solénoïde, en fonction de l’intensité du courant parcourant la bobine. La sonde ne doit plus être déplacée, elle doit donc être fixée sur son support. Le réglage du zéro doit être vérifié en circuit ouvert. Compléter le tableau suivant (noter le nombre de spires N) puis tracer la courbe B en fonction de I et conclure. I (A) 0 0,5 1,0 1,5 B (T) 2/2 2,0 2,5 3,0
