TSTL -PC - Physique

Thème 1 : Santé
Chapitre 1
TP - Champ magnétique et imagerie médicale
L'IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) est un examen médical permettant de reconstituer l'image des organes, en particulier des "tissus
mous" comme le cerveau. Pour réaliser un IRM, il est nécessaire de placer le patient dans une zone où règne un champ magnétique intense dont
l'intensité est contrôlée.
Objectifs du TP :
 Déterminer expérimentalement quelles sont les caractéristiques d'un champ magnétique.
 Identifier quelles sont les sources de champs magnétiques.
 Comprendre quel type de source de champ magnétique est utilisée en IRM.
I - Champ magnétique créé par un aimant
Les aimants constituent une source de champ magnétique (mais ça n'est pas la seule !). Si l'on prend 2 aimants et qu'on les rapproche l'un de
l'autre :
□ ils se repoussent.
□ ils s'attirent.
□ rien ne se passe.
□ ça dépend de l'orientation des aimants.
On souhaite caractériser de façon un peu plus précise le champ créé par un aimant. Comment peut-on cartographier le champ magnétique créé
par un aimant ?
Expérience 1 : Détection d'un champ magnétique avec une aiguille aimantée
Matériel : aiguille aimantée + aimant
Donnée : Une aiguille aimantée placée en un point de l'espace s'oriente toujours dans la direction du champ magnétique à cet endroit et dans le
même sens que le champ magnétique.
1.
Placer l’aiguille aimantée seule au centre de la table, loin de l'aimant. L'écarter de sa position initiale puis la lâcher. Réitérer l'expérience.
Noter vos observations.
2.
Expliquer votre observation.
3.
Approcher l’aimant mis à votre disposition au voisinage de l'aiguille aimantée. Noter vos observations.
4.
Expliquer votre observation.
Expérience 2 : Cartographie du champ magnétique créé par un aimant droit
5. Cartographier le champ magnétique créé par un aimant droit sur la feuille qui vous a été distribuée à cet effet.
6. Reproduire ci-dessous l’allure de la figure obtenue en saupoudrant de la limaille de fer sur la plaque de verre au dessus de l'aimant droit.
7.
Chaque petit grain de limaille de fer se comporte comme une petite aiguille aimantée. On dit que l'expérience avec la limaille de fer
permet de représenter des lignes orientées qu'on appelle lignes de champ magnétique. Matérialiser (si ça n'est pas déjà fait) les lignes de
champ sur votre schéma de la question 6 et orienter les de manière cohérente avec la direction du champ magnétique en un point de la
ligne de champ.
8.
Essayer d'expliquer ce qu'est une ligne de champ magnétique.
Bilan

Le champ magnétique est une grandeur physique vectorielle. En un point M de l'espace, le champ magnétique noté
caractéristiques :
a trois
o
o
o
Ces caractéristiques dépendent du point de l'espace où l'on se place.

Une aiguille aimantée permet de détecter deux caractéristiques d'un champ magnétique :
o
o

Pour détecter l'intensité du champ magnétique en un point donné, on utilise un
L'unité de l'intensité du champ magnétique est le
Plus on s'éloigne d'un aimant, plus l'intensité du champ magnétique créé par cet aimant

Une ligne de champ magnétique est la courbe
en tout point aux vecteurs champs magnétique.
Les lignes de champ magnétique créées par un aimant droit émergent du pôle
boucles qui rentrent dans le pôle
et forment des
de l'aimant.
II - Champs magnétiques créés par des courants
Aller sur le site www.physique-chimix.fr. Choisir Terminale STL > Chapitre 1 : Champ magnétique et imagerie médicale. Visionner la vidéo
répertoriée dans la rubrique TP du paragraphe sur le champ magnétique.
Dans la vidéo, une aiguille aimantée se situe à proximité d’un fil qui peut-être parcouru par un courant électrique.
1.
Qu’observe-t-on lorsque le fil n’est parcouru par aucun courant ?
2.
Qu'observe-t-on lorsqu'un courant électrique circule dans le fil ?
3.
Interpréter l'expérience présentée dans la vidéo et préciser quelle source de champ magnétique est mise en évidence.
Champ créé par un solénoïde
Un solénoïde est un dispositif constitué d’un fil de cuivre enroulé et qui forme une
longue bobine. Le solénoïde est parcouru par un courant électrique.
On voit sur la photo ci-contre les lignes de champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde
parcouru par un courant.
1.
Que pouvez-vous dire du champ magnétique à l’intérieur du solénoïde ?
Justifier.
On s'intéresse à présent à l'intensité du champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde. Pour cela on utilise le dispositif ci-dessous :
Ce dispositif permet de mesurer la position de la sonde du teslamètre, notée x et de mesurer B(x) l'intensité du champ magnétique en ce point.
Pour x = 0 cm, la sonde est au centre du solénoïde. Plus x augmente, plus la sonde s'éloigne du centre du solénoïde et s'approche du bord.
2.
Mesurer B en fonction de x et regrouper les résultats expérimentaux dans le tableau suivant.
L’intensité est fixé à 1,2 A, le nombre de spires est de 200.
B(x) (mT)
x (cm)
3.
Caractériser l'intensité du champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde.
Influence de l’intensité du courant qui parcourt la bobine sur l'intensité du champ magnétique
Matériel à votre disposition : Une bobine (voie A et E), un teslamètre et sa sonde, un ampèremètre, une alimentation stabilisée délivrant une
tension continue réglable, fils, un pc et le tableur Régressi
1-
Élaborer un protocole expérimental permettant de prouver que la valeur du champ magnétique à l'intérieur de la bobine est proportionnelle
à l’intensité du courant traversant la bobine.
Schéma du montage électrique :
2-
Appeler l'enseignant pour faire vérifier le protocole
Mettre en œuvre le protocole validé, regrouper les mesures dans un tableau et tracer le graphique à l’aide du tableur Regressi. Afficher sur le
graphique les ellipses d’incertitude en utilisant les informations suivantes sur la "précision" des appareils données par leurs constructeurs :
Teslamètre Jeulin Initio – Range 10 mT : 2% of the displayed value ± 3 digits
Ampèremètre MX 20 METRIX – Range 200 mA : 1% L + 3 UR (à vérifier dans la notice)
Appeler l'enseignant pour montrer la courbe
II - Conclusion : Champ magnétique et imagerie médicale
Un appareil d'IRM est représenté sur l'image ci-contre.
3- Sachant qu'un IRM utilise de forts champs magnétiques pour imager les tissus, essayer en vous
appuyant sur le TP d'expliquer la forme de l'appareil.
4-
Un IRM utilise de forts champs magnétiques (de l'ordre de quelques teslas). D'après la dernière
partie de ce TP, sur quel paramètre physique peut-on jouer pour régler l'intensité du champ
magnétique ?
Appareil d'IRM
Source de l'image : article IRM de
Wikipédia (consulté le 08/09/14)
Annexe : Notice du Teslamètre Initio (Jeulin)