tp3_champ_magnetique_1s

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1 S TP Physique
Champ magnétique
1. OBJECTIF
Comparer les champs magnétiques créés par une bobine plate et un solénoïde.
Déterminer une valeur approchée de la composante horizontale du champ magnétique terrestre.
2. MATERIEL NECESSAIRE
Une bobine plate, un solénoïde, des fils électriques, un générateur de tension continue de 12 V, un
ampèremètre, une résistance de protection, une boussole, différents supports, pinces, plaques de bois…
3. BOBINE PLATE ET SOLENOIDE (20 min)
a) Mode opératoire pour la bobine plate
 Réaliser un dispositif permettant de mesurer précisément la
valeur du champ magnétique sur l’axe de la bobine plate.
 Eloigner le teslamètre de toute source magnétique et
étalonner-le (faire le « zéro »). Pour ça, il faut appuyer sur le
bouton «  » et sur « marche/arrêt » juste après.
 Placer la sonde du teslamètre à l’abscisse x = - 5,0 cm (à
gauche) d’une des faces de la bobine et bien parallèlement à
l’axe (O, x) de cette dernière.
 Réaliser le circuit électrique de droite de manière à ce que la
face de la bobine soit une face sud (la valeur du champ
magnétique mesurée doit être positive).
 Régler la tension du générateur de manière à ce que
l’intensité qui parcourt la bobine soit constante et égale à :
I = 500 mA.
 Mesurer la valeur du champ magnétique créé par la bobine
sur son axe cm par cm et compléter le tableau ci-dessous :
x (cm)
- 5
- 4
- 3
- 2
- 1
0
1
2
3
4
5
B (mT)
b) Mode opératoire pour le solénoïde
 Procéder de même avec le solénoïde en réglant la tension du générateur de manière à ce que l’intensité qui le parcourt la soit
constante et égale à I = 50 mA. Mesurer la valeur du champ magnétique créé sur son axe tous les 4 cm et compléter le
tableau ci-dessous
x (cm)
- 20
- 16
- 12
- 8
- 4
0
4
8
12
16
20
B (mT)
4. CHAMP MAGNETIQUE TERRESTRE (20 min)
a) Mode opératoire
 Trouver un moyen de déterminer la valeur de la composante
horizontale du champ magnétique terrestre en utilisant un
solénoïde ou des bobines de Helmholtz mais sans utiliser de
teslamètre.
 Le montage électrique est donné à droite. Le solénoïde
possédant une résistance très petite, il faut utiliser la
résistance de protection fournie pour que l’intensité du
courant ne soit pas trop importante.
b) Schéma explicatif
Sonde du
teslamètre
Bobine plate
Dispositif de fixation et de
mesure
ici x < 0
A
générateur
ampèremètre
solénoïde
générateur
résistance de
protection
A
I

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5. BOBINE PLATE ET SOLENOIDE : exploitation des résultats
a) La bobine plate utilisée possède un rayon R = 6,5 cm.
 Tracer le graphe de la fonction B1 = f(x) pour
la bobine plate.
Echelle imposée : abscisse : 1 cm  2 cm,
ordonnée : pas plus de 4 cm pour B1max
 On considère une 2ème bobine plate identique
à la 1ère (même nombre de spires, même rayon
R) et utilisée dans les mêmes conditions
(courant de même intensité et de même sens).
Imaginons que cette bobine soit parallèle à la
1ère, sur le même axe, et se situe à la distance
x = R = 6,5 cm de celle-ci. (voir schéma ci-
dessous).
Par translation, tracer le graphe de la fonction
B2 = f(x) pour cette 2ème bobine sur la même
feuille de papier mm.
 Tracer le graphe correspondant au champ total des 2 bobines B1 + B2 pour les différentes valeurs de x.
 Que constatez-vous ?
 Entre les bobines en position de Helmholtz (conditions précédentes), on a la relation
I
l
N
kBB  0int21 )(
,
déterminer la valeur expérimentale du coefficient k sachant que : N = ……… , l = ……… et l’intensité utilisée et I = …………
b) Le solénoïde utilisé possède un rayon R = ……… cm.
 Tracer le graphe de la fonction B = f(x)
pour le solénoïde.
Echelle libre
 Que constatez-vous ?
 En déduire la zone dans laquelle on peut
considérer le champ magnétique dans le
solénoïde uniforme (à +/- 10 % près).
Montrer cette zone sur votre graphe.
 Comparer l’étendue de cette zone à la
valeur du rayon R.
6. CHAMP MAGNETIQUE TERRESTRE : exploitation des résultats
 Déterminer la valeur de la composante horizontale du champ magnétique terrestre et la comparer à la valeur théorique :
BTh = 2,0.10-5 T
B2 (mT)
0
2
4
6
8
10
12
- 2
- 4
x (cm)
B1 (mT)
B1max
(mT)