Fiche TP n° 3

1.
Electrodynamique – magnétisme, forces magnétiques
1 . 1. F 3
L oi de La pl ac e
Selon le matériel disponible dans le lycée, cette manipulation peut être réalisée en cours ou en
TP. L’expérience des rails de Laplace aura déjà été réalisée en classe.
1.1.1.But de la manipulation : vérification de la loi de Laplace
1.1.1.1.1.Dispositif expérimental et matériel nécessaire
– Un aimant en U.
– Un teslamètre permettant la mesure de l’intensité du
champ magnétique à l’intérieur de l’aimant, au niveau de
l’emplacement de la partie supérieure du cadre.
– Une balance sensible à 0,01 g (une sensibilité à 0,1 g
permet d’obtenir des résultats utilisables).
– Une alimentation permettant d’obtenir une intensité
ajustable à au moins 1 A.
– Un cadre de 100 spires (bobiné pour cette
manipulation) de largeur l inférieure à celle de l’entrefer
de l’aimant et de longueur suffisamment grande pour admettre que l’action du champ
magnétique sur la largeur opposée à celle se trouvant dans l’entrefer est négligeable devant
celle se trouvant dans l’entrefer. Ce cadre est fixé dans un support posé sur la balance. Les fils
de conduction sont constitués du même fil émaillé que celui constituant le cadre, pour éviter
leurs influences lors des mesures de “ poids ”. La balance sera tarée à 0 en l’absence de
courant dans le cadre.
– Un support suffisamment stable pour éviter tout risque de chute de l’aimant sur la balance.
– Un tableur pour traiter aisément les mesures.
1.1.1.1.2.Mesures à réaliser et traitements
– Le cadre étant parallèle aux cotés de l’aimant, faire varier i de – 1 A à + 1 A , de 0,2 A en 0,2
A.
– Noter i et les indications de la balance. Exprimer F en N à partir des indications de la balance.
Placer dans un système d’axes F, I = 100.i (à expliquer) les points expérimentaux. Constater
que les points s’ajustent sur F = K.I. Vérifier que K  B.l.
– Influence de l’angle  entre les directions de B et de I. Sur le plateau de la balance, donner à 
les valeurs 0°, 30°, 45°, 60°, 90°. Placer dans un système d’axes sin , F les valeurs
expérimentales. Conclusion ?
1.1.1.1.3.Conclusion
La force de Laplace prend des valeurs importantes – donc utilisables techniquement – si les
intensités et les valeurs de champ magnétiques mises en jeu sont importantes, ce qui conduit à
l’utilisation d’enroulement dense, mais on est limité par l’effet Joule.
Document d’accompagnement – Physique / classe de première S © CNDP
1.1.2.Fiche technique : Fabrication d’un cadre ou d’une bobine
En règle générale, le laboratoire ne dispose pas de bobine plate ou de cadre adapté aux
manipulations souvent préconisées dans les différents programmes. Selon l’usage qui en est
fait, voici deux techniques qui permettent de fabriquer ces objets sans dépense excessive.
1.1.2.1.1.Cas d’une alimentation en double isolation ou à partir d’une pile
ou d’une batterie
La technique consiste à fabriquer un “ moule ” léger pour la bobine. Une plaque de polystyrène
expansé est découpée selon la forme du circuit à réaliser : cadre de 12 cm X 4 cm. Une
gouttière est formée sur ses côtés par contact avec un métal chauffé : par exemple, un fer rond
chauffé au bec Bunsen ou au bec électrique à une température de l’ordre de 350 à 400°C ; il
est inutile de chauffer au rouge (figure ci-dessous).
Pointe sans tête
solidaire de la
planche
Panneau
de
polystyrène à la
forme du circuit
à réaliser
Cornière
Tige de fer
rond chauffée
diamètre 10
mm
percée
de
deux trous
permettant la
fixation
temporaire
sur la planche
planche
Formage de la gouttière sur les côtés du bloc de polystyrène. Il suffit alors d’enrouler le fil
émaillé (en comptant le nombre de spires) autour du moule obtenu, puis de coller le cadre
obtenu avec du ruban adhésif sur le plateau de la balance. L’intensité maximale admissible
dépend du diamètre du fil émaillé utilisé et de la durée des manipulations : par exemple, un fil
de 0,55 mm de diamètre peut supporter une intensité de 2 A pendant une minute au moins
sans dommage.
1.1.2.1.2.Cas d’une alimentation plus classique dans les laboratoires
La technique consiste à fabriquer un “ moule ” après fabrication de la bobine. On découpe, aux
dimensions du cadre à réaliser, des rectangles de Plexiglas. Après collage des plaques 1, 2 et
3, on bobine comme précédemment le fil émaillé. Par l’orifice de la tige 7, par exemple, on
passe deux fils de connexion (munis de fiches de sécurité) que l’on soude aux extrémités du fil
émaillé. Puis on colle hermétiquement les fragments 4, 5, 6 et 7. Cette construction demande
plus de soin que celle proposée ci-dessus. Le cadre obtenu est facilement utilisable pour la
vérification de la loi de Laplace.
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