Chapitre 1

Classe de 1ère S
TP DE PHYSIQUE N° 11
PRINCIPE DU HAUT PARLEUR ELECTRODYNAMIQUE
Objectifs :
Mettre en évidence et étudier la force électromagnétique
1. MISE
EN EVIDENCE D'UNE FORCE ELECTROMAGNETIQUE SUR UNE PORTION DE CIRCUIT
1.1. Dispositif
expérimental
Une bobine rectangulaire est alimentée par un générateur. La partie
inférieure horizontale de la bobine est placée dans l'entrefer d'un
aimant en U (figure 1).
1.2. Existence
A
d'une force électromagnétique
1-
La bobine étant dans l’entrefer de l’aimant, faire passer un courant.
Qu'observez-vous ? Dessinez la force subie par la bobine sur l'un
des schémas de la figure 2. Indiquez le champ magnétique créé par
l'aimant en U.
1- Recommencer l’expérience mais sans l’aimant. Qu'observez-vous ?
2- Qu’observe-t-on si on place la bobine dans l’entrefer de l’aimant
sans faire passer de courant ?
3- Quelles sont les conditions pour que la bobine soit soumise à une
force électromagnétique ?
Bobine
Sud
Aimant
Nord
1.3. Influence
du sens du courant
1-
Inverser le sens du courant en inversant les fils connectés au
générateur. Dessinez à nouveau vos observations sur l'un des
schémas de la figure 2.
2- Vérifier sur ces deux schémas que la règle des trois doigts de la main droite est vérifiée. Que dire de la force
électromagnétique ?
B
I
bobine
majeur
index
pouce
Figure 2 - Vue en coupe du montage de la figure 1
1.4. Influence
de l'intensité du courant
Faire augmenter l'intensité du courant . Que constatez-vous ?
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F
2. FORCE
ELECTROMAGNETIQUE EXERCEE SUR LA BOBINE D'UN HAUT-PARLEUR
2.1. Quelques prévisions...
Un haut-parleur est constitué par une bobine placée dans l'entrefer d'un aimant (figure 3). Lorsque la bobine est parcourue par
un courant dont le sens est indiqué sur la figure, elle est soumise à une force électromagnétique. Dessinez-la, ainsi que le champ
magnétique crée par l'aimant.
2.2. Préambule expérimental
1- Le dispositif est représenté sur la figure 4.
2- Réalisez le montage et faites-le vérifier par le professeur.
3- Pour assurer la protection du haut-parleur :
 Régler le générateur au minimum et mettez-le en service.
 Déplacer le curseur du rhéostat de manière à obtenir l'intensité maximale
 Régler le générateur de tension de manière à avoir IMAX = 400 mA
 Ne plus toucher au réglage du générateur
Bobine mobile
miroir
E
S
B
Membrane
N
Aimant
Figure 4
B
S
A
Figure 3
2.3. Protocole
expérimental
1234-
On règle le curseur du rhéostat de façon à avoir I = 0 A.
On repère la position de la bobine grâce à la réflexion d'un faisceau lumineux sur un miroir plan solidaire de la bobine.
On place une masse marquée sur la bobine qui "descend". Soit P le poids de cette masse.
On ramène la bobine à sa position initiale en exerçant sur elle une force électromagnétique F. Pour ce faire, on augmente
l'intensité du courant à l'aide du rhéostat.
5- On note ensuite la valeur de I dans le tableau ci-dessous.
m (g)
P (N)
I(mA)
2.4. Exploitation
0
20
40
60
80
des résultats
1-
Pour chaque position d'équilibre, quelles forces s'exercent sur la bobine ? On négligera le poids de la bobine. Quelle relation
existe-t-il entre ces forces ? Dessinez-les sur la figure 4.
2- Représenter sur papier millimétré le graphe de F en fonction de I.
3- Que remarque-t-on ? Quelle relation peut-on écrire entre F et I ?
4- Déterminer la longueur l de fil parcourue par un courant et plongé dans le champ magnétique en fonction du nombre de
spires N et du rayon r de la bobine. Calculer cette longueur.
Données : N = 200 spires
r = 9 mm
5- En comparant le résultat de vos observations avec la relation donnant la force électromagnétique (F = IlBsin),
déterminez la valeur B du champ magnétique produit par l'aimant.
Indication :  = angle entre
B et la portion de circuit ( ici  = 90° )
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Travaux pratiques
PRINCIPE DU HAUT PARLEUR ELECTRODYNAMIQUE
MATERIEL ET PRODUITS
MATERIEL
PRODUITS
En un seul exemplaire :
Pour huit groupes :
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Travaux pratiques
PRINCIPE DU HAUT PARLEUR ELECTRODYNAMIQUE
FICHE PROFESSEUR
1. MISE
EN EVIDENCE D'UNE FORCE ELECTROMAGNETIQUE SUR UNE PORTION DE CIRCUIT
1.1. Dispositif
expérimental
Une bobine rectangulaire est alimentée par un générateur. La partie
inférieure de la bobine est placée dans l'entrefer d'un aimant en U (figure
1).
1.2. Existence
A
d'une force électromagnétique
2- La bobine étant dans l’entrefer de l’aimant, faites passer un courant.
Qu'observez-vous ? Dessinez la force subie par la bobine sur l'un des
schémas de la figure 2. Indiquez le champ magnétique créé par
l'aimant en U.
La bobine est mise en mouvement car elle est soumise à une force
électrmagnétique.
Bobine
Sud
Aimant
Nord
3- Recommencez l’expérience mais sans l’aimant. Qu'observez-vous ?
Sans aimant, la bobine reste immobile.
4- Qu’observe-t-on si on place la bobine dans l’entrefer de l’aimant sans faire passer de courant ?
Sans aimant, la bobine reste immobile.
5- Quelles sont les conditions pour que la bobine soit soumise à une force électromagnétique ?
Pour que la bobine soit soumise à une force électromagnétique, il faut qu'elle soit parcourue par un courant et qu'elle soit placée
dans un champ magnétique.
1.3. Influence
du sens du courant
3- Inversez le sens du courant en inversant les fils connectés au générateur. Dessinez à nouveau vos observations sur l'un des
schémas de la figure 2.
En inversant le sens du courant, la bobine se déplace dans l'autre sens.
4- Vérifiez sur ces deux schémas que la règle des trois doigts de la main droite est vérifiée. Que dire de la force
électromagnétique ?
. La force électromagnétique dépend donc du sens du courant
1.4. Influence
de l'intensité du courant
Réglez le rhéostat de façon à ce que l'intensité du courant augmente. Que constatez-vous ?
Lorsqu'on augmente l'intensité du courant, on constate que le déplacement de la bobine est plus important donc que la force
exercée croît.
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I
 B
bobine
F
I
 B
bobine
F
Figure 2 - Vue en coupe du montage de la figure 1
2. FORCE
ELECTROMAGNETIQUE EXERCEE SUR LA BOBINE D'UN HAUT-PARLEUR
2.1. Quelques
prévisions...
Un haut-parleur est constitué par une bobine placée dans l'entrefer d'un aimant (figure 3). Lorsque la bobine est parcourue par
un courant dont le sens est indiqué sur la figure, elle est soumise à une force électromagnétique. Dessinez-la, ainsi que le champ
magnétique crée par l'aimant.
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2.2. Préambule
expérimental
1- Le dispositif est représenté sur la figure 4.
2- Réalisez le montage et faites-le vérifier par le professeur.
3- Pour assurer la protection du haut-parleur :
 Réglez le générateur au minimum et mettez-le en service.
 Déplacez le curseur du rhéostat de manière à obtenir l'intensité maximale
 Réglez le générateur de tension de manière à avoir IMAX = 400 mA
 Ne touchez plus au réglage du générateur
miroir
Bobine mobile
S
B
E
F
F
Membrane
N
Figure 4
P
Aimant
B
S
F
A
Figure 3
2.3. Protocole
expérimental
1- On repère la position de la bobine grâce à la réflexion d'un faisceau lumineux sur un miroir plan solidaire de la bobine.
2- On place une masse marquée sur la bobine qui "descend". Soit P le poids de cette masse.
3- On ramène la bobine à sa position initiale en exerçant sur elle une force électromagnétique F. Pour ce faire, on augmente
l'intensité du courant à l'aide du rhéostat.
4- On note ensuite la valeur de I dans le tableau ci-dessous.
m (g)
I(mA)
P (N)
2.4. Exploitation
1-
0
0
0
20
64
0,20
40
115
0,40
60
170
0,60
80
224
0,80
des résultats
Pour chaque position d'équilibre, quelles forces s'exercent sur la bobine ? On négligera le poids de la bobine. Quelle relation
existe-t-il entre ces forces ? Dessinez-les sur la figure 4.
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La bobine est soumise au poids des masses marquées ainsi qu'à la force électromagnétique. Comme la bobine est à l'équilibre, ces
deux forces se compensent :
FP  0

F  P
 F = P = mg.
2- Représentez sur papier millimétré le graphe de F en fonction de I.
F (N)
F(N)
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
50
100
150
200
II(mA)
(mA)
3- Que remarque-t-on ? Quelle relation peut-on écrire entre F et I ?
La représentation de F en fonction de I est une droite passant par l'origine. La force F est donc proportionnelle à I : F = kI.
On peut calculer k. On obtient : k = 3,53 N.A-1
4- Déterminez la longueur l de fil parcourue par un courant et plongé dans le champ magnétique en fonction du nombre de
spires N et du rayon r de la bobine. Données : N = 200 spires
r = 9 mm
l = N  périmètre d'une spire = 2r = 2  9.10-3  200 = 11,3 m.
5- En comparant le résultat de vos observations avec la relation donnant la force électromagnétique (F = Il.Bsin),
déterminez la valeur B du champ magnétique produit par l'aimant.
En identifiant F = kI. et F = IlBsin, on a : k = lB
AN :
B

3,53
 0,31 T
11,3  sin 90
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B
k
l sin 