CHAMP MAGNÉTIQUE Buts Matériel Théorie

Lab No 6
Montage : ________
CHAMP MAGNÉTIQUE
Buts
Déterminer l’allure du champ magnétique au voisinage d’un aimant
permanent et de bobines parcourues par un courant.
NfAp : __________________________
NfAp : __________________________
La boussole, placée au voisinage d’un autre aimant, indiquera localement la
direction du champ magnétique. La Terre produit aussi un champ
magnétique ; elle se comporte donc comme un gros aimant avec un pôle
nord magnétique et un pôle sud. Observez-bien la figure suivante :
Mesurer la grandeur de la composante horizontale du champ magnétique
terrestre.
Matériel
Source de tension à courant continu Fils de raccordement
Bobine unique avec N = 5, 10 ou 15 tours et R = 10 cm
Bobines de Helmholtz avec N = 20 tours et R = 5 cm (plus tard peut-être)
Aimant permanent et boussole ainsi qu’un ampèremètre. Feuille fournie
Théorie
Une boussole est une petite aiguille aimantée libre d’effectuer une rotation
autour d’un axe.
À l’équilibre, l’orientation de son aiguille correspond à celle du champ
magnétique résultant dans le plan contenant l’aiguille.
On baigne donc dans le champ magnétique terrestre : une boussole près de
la surface de la Terre pointera dans la direction de la composante horizontale
du champ magnétique si l’on prend bien soin d’éloigner les autres aimants et
substances ferromagnétiques perturbatrices (comme les pièces de métal des
appareils électriques, de la structure des bâtisses, les sources de courants, les
appareils de mesure alimentés par l’Hydro, etc. Assurez-vous donc d’être
loin de ces perturbateurs potentiels lors des mesures.
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Manipulations
a) Allure du champ magnétique
1) Barre aimantée
d’indiquer les orientations des lignes de même que la bobine et le sens de
son courant en complétant votre vue du dessus. Éloignez la bobine des
instruments tels l’ampèremètre et la source de tension afin d’éviter les
perturbations magnétiques.
Placez la barre aimantée dont les pôles sont identifiés au centre de la feuille
blanche fournie (inscrire NfAp de chacun dessus). Dessinez-en le contour.
Placez la boussole autour de la barre aimantée (par exemple aux 24
positions indiquées par les points sur la figure qui suit) en notant
l’orientation de l’aiguille de la boussole à chacune des positions. Essayez de
tracer plusieurs lignes de champ magnétique au voisinage de l’aimant.
Finalisez les intermédiaires avec orientations.
Conclusion scientifique : _______________________________________
b) Mesure du champ magnétique avec une bobine unique
2) Bobine de fil
Utilisez la bobine de fil dont le rayon est R=10 cm et orientez son axe
principal (son plan) dans la direction nord-sud. Reliez cette bobine à la
source de tension continue faisant circuler le courant dans les 15
enroulements en vous assurant de placer votre ampèremètre [échelle 10 A]
en série dans le circuit. Ajustez la source pour un courant entre 1 A et 2 A.
Le courant circulant dans la bobine ne doit pas dépasser 3 A
pour éviter la surchauffe des fils.
Déplacez votre boussole dans le plan horizontal passant par le centre de la
bobine et essayez de tracer au verso de votre feuille précédente, l’allure des
lignes de champ magnétique au voisinage de la bobine. Ne pas oublier
Pour mesurer la composante horizontale du champ magnétique terrestre, on
doit utiliser les propriétés vectorielles du champ magnétique (addition
vectorielle). Il faut ainsi superposer au champ terrestre ambiant, un autre
champ magnétique dont nous contrôlons l’orientation et la grandeur. Cet
autre champ magnétique sera celui provenant d’une bobine de rayon R
comprenant N tours de fil dans laquelle nous ferons circuler un courant
électrique i. En utilisant les lois appropriées, l’expression du champ
magnétique au centre de cette bobine est :
où µo est la perméabilité magnétique du vide soit µo = 4π × 10-7 T·m/A.
L’orientation de ce champ magnétique est perpendiculaire au plan de la
bobine de fil et vos observations permettront de connaître son sens.
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IMPORTANT
EN L’ABSENCE DE COURANT, placez la boussole au centre de la bobine
et faites tourner cette dernière jusqu’à ce que l’aiguille de la boussole soit
orientée exactement dans le plan de la bobine.
À l’aide de la source de tension, appliquez une différence de potentiel aux
bornes de la bobine. Intercalez dans votre circuit un ampèremètre qui vous
permettra de mesurer le courant qui y circule.
Le courant circulant dans la bobine ne doit pas dépasser 3 A
pour éviter la surchauffe des fils.
L’aiguille de la boussole déviera d’un angle θ en présence d’un courant dans
la bobine. Notez dans le tableau de droite, les déviations (θ) de la boussole
en fonction des courants (i) indiqués en utilisant successivement 5, 10 et 15
enroulements de la bobine (ces derniers bien utilisés en déduisant scientifiquement le
branchement approprié [regarder et décoder]). Les colonnes non identifiées
demeurent vides pour le moment.
À partir de maintenant la compétition s’amorce et vous avez
tout avantage à limiter le fruit de vos trouvailles.
Une fois les mesures complétées venir me voir en équipe avec tous vos textes de lab
remplis et la feuille blanche bien complétée sans erreur recto/verso.
VISITE NO 1 : _________ VISITE NO 2 : __________VISITE NO 3 : __________
Rapport « top-secret » !
À l’aide de vos mesures et suite à votre compréhension de la situation étudiée (relire
le texte au besoin) on vous demande d’élaborer un protocole (schéma, équations et
explications brèves mais concises, au verso de cette feuille) qui vous permettrait, en
complétant obligatoirement des colonnes du tableau, [ donc trouver ce qu’on devrait
ajouter et calculer dans une nouvelle colonne] de tracer un graphique approprié ?
[lequel précisément]? qui vous permettra de déterminer la grandeur moyenne de la
composante horizontale du champ magnétique terrestre (BT) dans notre laboratoire.
Avant de compléter le tableau et de tracer ce graphe, venir me voir pour que j’étudie
votre verso et vérifier si votre protocole (étapes cruciales] est clairement expliqué et
correct ! Assurez-vous que je puisse le faire sans vous consulter comme si c’était à
un examen.
Permission d’ouvrir le portable et passer à l’étape cadeau :___________