TP n° 12 : Comment visualiser un champ magnétique et donner ses

TP n° 12 : Comment visualiser un champ magnétique et donner ses caractéristiques ?
Ce TP comporte 3 ateliers : (35 minutes par activité).
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I.
Atelier n° 1 (1 poste) : Mise en évidence de l’uniformité du champ magnétique dans un solénoïde « long ».
Atelier n° 2 (2 postes) : Mise en évidence du spectre magnétique autour d’un aimant droit.
Atelier n° 3 (2 postes) : Mise en évidence du spectre magnétique autour d’un aimant en U.
Mise en évidence de l’uniformité du champ magnétique dans un solénoïde « long ».
1. Quelques définitions :
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Un solénoïde est un enroulement d’un fil électrique conducteur enroulé régulièrement en hélice (spire).
Un solénoïde « long » est un solénoïde dont la longueur est supérieure à 10 fois son rayon.
Un champ uniforme est un champ dont les vecteurs sont constants. (même direction, même sens et même valeur)
2. Le solénoïde.
2.1. Dispositif :
Le solénoïde est alimenté par un générateur
délivrant une tension de 6 V et une intensité
maximale de 5 A.
Lorsque le solénoïde est parcouru par un
courant électrique, il se forme un champ
magnétique.
On mesure ce champ magnétique à l’aide d’un
teslamètre.
2.2. Question :
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Peut-on considérer que le solénoïde dont la longueur est définie par le branchement électrique
symétrique, est un solénoïde long ? Justifier.
3. Mesure de la valeur du champ magnétique à l’intérieur du solénoïde.
On mesure ce champ magnétique à l’aide d’un teslamètre.
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Dans un premier temps, régler à zéro la valeur du teslamètre quand le solénoïde n’est pas parcouru par un
courant.
Effectuer le branchement indiqué sur le schéma ci-dessus.
Placer la sonde de mesure du teslamètre au centre du teslamètre. Mesurer la valeur du champ magnétique
en ce point.
Effectuer une série de mesure du champ magnétique en écartant la sonde du centre du solénoïde d’un
centimètre à chaque mesure.
Reporter vos valeurs dans un tableau.
Tracer un graphe représentant la valeur B du champ magnétique à l’intérieur du solénoïde. (on
considérera que les valeurs du champ magnétiques sont symétriquement égales par rapport au centre de
celui-ci.
Définir à partir du graphique précédent, les limites à l’intérieur desquelles le champ est uniforme dans le
solénoïde.
Peut-on négliger l’influence du champ magnétique terrestre ?
II. Mise en évidence du spectre magnétique autour d’un aimant droit.
1. Quelques définitions.
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L’aimant créé autour de lui un champ magnétique. Ce champ est vectoriel.
Les vecteurs champ magnétique sont tangents à des lignes de champ.
L’ensemble des lignes de champ est appelé spectre magnétique.
Une aiguille aimantée met en évidence ce champ magnétique.
o L’aiguille prend une direction tangente à la ligne de champ (les lignes de champ sont des boucles
fermées).
o Le sens du champ magnétique est donnée par l’orientation de l’aiguille.
2. Mise en évidence du spectre magnétique.
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Dans un premier temps, repérer le nord géographique dans le laboratoire.
En considérant, que le nord géographique est très proche du nord magnétique, repérer le pôle Nord de l’aiguille.
Faire un plan simplifié du laboratoire et représenter l’axe Nord-Sud le traversant.
Déplacer l’aiguille autour de l’aimant et en déduire l’orientation des lignes de champ.
Dessiner les vecteurs champ magnétique aux différents points indiqués sur la figure suivante :
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Représenter sur la figure ci-dessus, quelques lignes de champ partant ou arrivant des pôles Nord ou Sud.
Aide : par les 4 points représentés sur la figure ci-dessus passent 2 lignes (boucles) distinctes.
III. Mise en évidence du spectre magnétique autour d’un aimant en U.
On reprend les mêmes conditions que dans la partie II. (lire les définitions de la partie II si vous commencez par
la partie III).
1. Mise en évidence du spectre magnétique.
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Dans un premier temps, repérer le nord géographique dans le laboratoire.
En considérant, que le nord géographique est très proche du nord magnétique, repérer le pôle Nord de l’aiguille.
Faire un plan simplifié du laboratoire et représenter l’axe Nord-Sud le traversant. Si le schéma a déjà été réalisé,
ne pas le refaire.
Déplacer l’aiguille autour de l’aimant en U et en déduire l’orientation des lignes de champ.
Dessiner les vecteurs champ magnétique aux différents points indiqués sur la figure suivante :
Représenter sur la figure ci-dessus, quelques lignes de champ partant ou arrivant des pôles Nord et Sud.
On se limitera à l’espace encadré en gris.
En vous aidant des définitions de la partie I, indiquer où le champ magnétique peut être considéré uniforme avec
cet aimant en U.