Le magnétisme - Enseignons.be
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Le magnétisme -1- Le magnétisme 1. Définition Le magnétisme est la partie de la physique dans laquelle on étudie les aimants. 2. Sortes d’aimants 2.1. Aimants naturels C’est la magnétite ( minerai de fer Fe3O4 ) qui possède la propriété d’attirer la limaille de fer. La magnétite est un aimant naturel. Cette roche fut trouvée pour la première fois près de la ville de Magnésia en Asie Mineure d’où le nom de magnétisme. 2.2. Aimants artificiels C’est un morceau d’acier auquel on a communiqué une aimantation par un procédé électrique. Sortes : le barreau droit, le fer à cheval, l’aiguille aimantée, … 4ème Qualification électromécanique Institut Cardijn Lorraine Arlon Le magnétisme -2- 3. Phénomènes magnétiques Expériences Observations Plonger un aimant dans la limaille de fer La limaille de fer n’est attirée que par les extrémités de la surface de l’aimant et adhère en touffes à celles-ci Approcher un aimant d’un clou en fer Dès que l’aimant est suffisamment rapproché du clou, celui-ci est attiré par l aimant Ensuite, approcher un autre clou du précédent Le second clou reste attaché au premier qui se comporte comme un aimant Placer quelques objets sur une plaque en verre : bouts de papiers, bout d’allumette, plume d’acier, rognures de cuivre, d’aluminium, de matières plastiques. Déplacer un aimant sous la plaque de verre. Seule la plume d’acier suit les mouvements de l’aimant. Conclusions : 1 Les extrémités des aimants s’appellent les pôles 2 Un morceau de fer subissant l’influence d’un aimant se comporte comme un aimant. L’attraction d’un aimant s’exerce par influence. 3 Il existe des corps magnétiques et des corps non-magnétiques 4ème Qualification électromécanique Institut Cardijn Lorraine Arlon Le magnétisme -3- 4. Pôles d’un aimant Expériences Observations Un aimant suspendu à un fil par son centre de gravité Un aimant placé sur un bouchon flottant sur l’eau Les aimants s’orientent dans la même direction Nord Sud terrestre Une aiguille aimantée placée horizontalement sur un pivot vertical Repérer la direction des aimants Repérer les extrémités des aimants par le signe N S Modifier la position de repos des aimants Les aimants, libres de se mouvoir, reprennent la même position de repos que précédemment. La partie repérée N vers le Nord et celle repérée S vers le Sud. Conclusions : 1 Les aimants ou aiguilles aimantées subissent l’action magnétique terrestre 2 C’est toujours la même extrémité d’un aimant mobile qui se dirige vers le Nord terrestre 3 L’extrémité qui se dirige vers le Nord de la terre est appelé pôle Nord 4 L’extrémité qui se dirige vers le Sud terrestre est appelé pôle Sud. 4ème Qualification électromécanique Institut Cardijn Lorraine Arlon Le magnétisme -4- 5. Applications 5.1. La boussole C’est une boîte contenant une aiguille aimantée mobile autour d’un pivot contenant un cadran portant la rose des vents. Déclinaison magnétique : La partie bleutée de la boussole ( aiguille aimantée ) indique le Nord magnétique et non le Nord terrestre. Entre les deux existe un décalage angulaire que l’on nomme déclinaison magnétique. Elle n’est pas constante, elle varie très légèrement avec les années. Il faut donc en tenir compte pour s’orienter à l’aide d’une boussole. Il y a 10 ans, ce décalage était de 6° Ouest. Le pôle Nord magnétique a tendance à se rapprocher du pôle Nord géographique. 5.2. Autres usages Certains jouets, certains appareils de mesure, magnéto de vélo, hauts-parleurs, écouteurs téléphoniques, certains plateaux magnétiques de machines-outils, fermetures magnétiques (de portes et d’armoires), gadgets, … 4ème Qualification électromécanique Institut Cardijn Lorraine Arlon Le magnétisme -5- 6. Lois des pôles Expériences Approcher le pôle Nord d’une aiguille aimantée du pôle Nord d’une aiguille aimantée sur pivot Observations Les pôles des aiguilles aimantées se repoussent Idem avec le pôle Sud Approcher le pôle Nord d’une aiguille aimantée du pôle Sud d’une aiguille aimantée sur pivot Les pôles des aiguilles aimantées s’attirent Approcher le pôle Sud d’une aiguille aimantée du pôle Nord d’une aiguille aimantée sur pivot Conclusions : 1 Les pôles de même noms se repoussent 2 Les pôles de noms contraires s’attirent 4ème Qualification électromécanique Institut Cardijn Lorraine Arlon Le magnétisme -6- 7. Peut-on obtenir un aimant n’ayant qu’un seul pôle ? Expériences Plonger les deux pôles d’une tige d’acier aimanté dans de la limaille de fer Couper la tige en son milieu et plonger chaque morceau dans la limaille de fer Après la première division de la tige, approcher l’extrémité « a » du pôle nord d’une aiguille aimantée Approcher l’autre extrémité « b » du pôle nord de l ‘aiguille aimantée Diviser en deux les morceaux précédents et en vérifier les propriétés Réunir les petits aimants obtenus par division Observations La tige aimantée attire la limaille de fer Chaque moitié de tige attire la limaille à ses extrémités L’extrémité « a » de la tige attire l’extrémité N de l’aiguille aimantée : c’est un Sud L’extrémité « b » repousse l’extrémité N de l’aiguille aimantée : c’est un Nord Les propriétés précédentes se confirment Seules les extrémités de l’aimant reconstitué attirent la limaille de fer Plonger le tout dans la limaille de fer Seules les extrémités de l’aimant reconstitué attirent la limaille de fer Conclusions : 1 Dans un aimant, il est impossible d’isoler un pôle d’un autre 2 En divisant un aimant en deux, on obtient deux aimants plus petits 3 Pôle N et pôle S de chaque petit aimant au contact l’un de l’autre sont neutralisés 4 Seuls subsistent encore les pôles des extrémités du barreau ainsi reformé, les intermédiaires n’existent plus 4ème Qualification électromécanique Institut Cardijn Lorraine Arlon Le magnétisme -7- Remarques : Si on continue à diviser les morceaux obtenus, ils deviennent de plus en plus petits en gardant toutefois un pôle N et un pôle S Chacun des minuscules fragments, à la limite la plus petite partie de la matière constituant l’aimant, possède les propriétés de l’aimant. Replacés côte à côte, le pôle N de l’un neutralise le pôle S du fragment voisin avec lequel il est en contact et ainsi de suite. Ceci explique que seules les extrémités d’un aimant attire la limaille de fer. 8. Conservation des aimants Il faut relier les aimants, comme le montre les figures, par des morceaux de fer de section suffisante afin de fermer le circuit magnétique des lignes d’induction. Note : Au-dessus de 700°C ( point de Curie ), les corps ferromagnétiques perdent leurs propriétés magnétiques. 4ème Qualification électromécanique Institut Cardijn Lorraine Arlon Le magnétisme -8- 9. Champ magnétique Expériences Sur une grande table en bois ( pas d’armature métallique pouvant influencer une aiguille aimantée ), disposer quelques aiguilles aimantées placées sur pivot et suffisamment éloignées les unes des autres pour éviter une influence réciproque Observations Les aiguilles aimantées s’orientent toutes dans la même direction Nord Sud terrestre Les aiguilles s’orientent dans des directions différentes selon leur position par rapport à l’aimant. Elles subissent donc des forces magnétiques Placer sur l’aimant une plaque de verre Les petits coups secs frappés sur la plaque de saupoudrée de limaille de fer verre permettent à la limaille de fer de sauter Donner ensuite de petits coups secs sur la en l’air, d’annuler le frottement et dès lors, plaque de verre. comme le ferait une multitude de minuscules aiguilles aimantées, de s’orienter sous l’influence de l’aimant. Les grains de limaille sont tellement nombreux qu’ils se rangent en lignes semblant sortir d’un pôle, s’écarter du barreau et enfin rentrer par l’autre pôle. Ces lignes ne se croisent jamais. Conclusions : 1 Les aiguilles aimantées et la limaille de fer subissent l’action magnétique de l’aimant. Placer un barreau aimanté sur la table, au milieu des aiguilles aimantées 4ème Qualification électromécanique Institut Cardijn Lorraine Arlon Le magnétisme -9- 10. Définitions Lignes d’induction magnétique : Ce sont les lignes suivant lesquelles s’oriente la limaille de fer Spectre magnétique : C’est l’ensembles des lignes d’induction magnétique situées dans le plan de la plaque de verre. Champ magnétique de l’aimant : C’est la région de l’espace dans laquelle s’exerce l’action magnétique ( les lignes d’induction ) de l’aimant. Remarques : 1. Par convention, le sens des lignes d’induction va : - du Sud au Nord à l’intérieur du barreau - du Nord au Sud à l’extérieur du barreau 2. Les lignes d’induction ne se croisent jamais. 3. Les lignes d’induction ne se situent pas uniquement dans le plan horizontal mais bien tout autour de l’aimant. On peut se les imaginer en faisant tourner le spectre magnétique dans l’axe N-S de l’aimant. Grâce à une aiguille aimantée placée sur pivot et déplacée dans toutes les plans autour de l’aimant, on s’aperçoit de la direction et du sens des lignes d’induction 11. Conclusions 1. 2. 3. 4. 5. Il existe des corps magnétiques et des corps non magnétiques Un aimant est un barreau d’acier qui a la propriété d’attirer la limaille de fer Les aimants ont deux pôles qui sont les extrémités du barreau Chaque aimant possède un pôle Nord et un pôle Sud Un aimant mobile s’oriente dans la direction Nord Sud terrestre. L’extrémité se dirigeant vers le Nord de la terre est le pôle Nord, l’autre est le pôle Sud. 6. Les pôles de mêmes noms se repoussent Les pôles de noms contraires s’attirent 7. Il est impossible d’isoler les pôles d’un aimant, c’est à dire d’obtenir un aimant avec un seul pôle 8. Tout autour de l’aimant existe un champ magnétique constitué de lignes d’induction qui vont par convention : du Nord au Sud à l’extérieur de l’aimant et du Sud au Nord à l’intérieur de l’aimant. 4ème Qualification électromécanique Institut Cardijn Lorraine Arlon Le magnétisme - 10 - 12.Questions de contrôle et d’application. 1. Qu’est ce qu’un aimant ? 2. Cite les propriétés d’un aimant. 3. Qu’appelle-t-on lignes d’inductions magnétiques ? 4. Qu’est ce qu’un spectre magnétique ? 5. Réalise le spectre magnétique : a. b. c. d. D’un aimant droit De deux pôles de noms contraires en présence De deux pôles de mêmes noms en présence D’un aimant en fer à cheval 6. Qu’appelle-t-on champ magnétique d’un aimant ? 7. Quel est le sens des lignes d’induction ? 4ème Qualification électromécanique Institut Cardijn Lorraine Arlon
