Chap 9A - TP15 - La notion de champ

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TP de Sciences Physiques nÀ15
Notion de champ en Physique - Exemple du champ magnétique
Objectifs de la séance
Découvrir la notion de champ en Physique.
Différencier « champ scalaire » et « champ vectoriel ».
Définir et reconnaître des lignes de champ dans un champ vectoriel.
Etudier plus précisément le champ magnétique autour d’un aimant droit et d’un aimant en U.
I - Introduction : la notion de « champ » en Physique
Les images présentées en annexe pages 3 et 4 représentent des « champs » de différentes natures :
des champs de températures (thermographie d’une maison ou des eaux de la planète Terre)
un champ magnétique (le champ magnétique terrestre sous différentes représentations)
un champ de pesanteur (le champ gravitationnel à proximité de la Terre)
deux cartes météorologiques (températures et vitesse du vent)
Définitions : un champ est une propriété physique mesurée par une valeur associée à chaque point de
l’espace considéré. Si cette grandeur est définie par un nombre, on parle de « champ scalaire » et si cette
grandeur est définie par un vecteur, on parle de « champ vectoriel ». Un champ vectoriel admet des « lignes
de champ », lignes tangentes en chaque point de l’espace au vecteur champ considéré.
Un champ scalaire est dit « uniforme » si la grandeur a la même valeur en tout point de l’espace. Un champ
vectoriel est « uniforme » si la grandeur vectorielle a même valeur, même direction et même sens en tout
point de l’espace.
Pour chaque champ représenté en annexe, indique s’il s’agit d’un champ « scalaire » ou « vectoriel ».
Justifie tes réponses.
II - Exploration et modélisation du champ magnétique
L’aiguille aimantée est un « objet - test » qui permet de repérer les propriétés magnétiques au point de
l’espace où elle se trouve. Lorsqu’elle prend une direction et un sens particulier, c’est qu’il règne un champ
magnétique en cet endroit.
Le champ magnétique est un champ vectoriel. On représente le champ magnétique en un point M de l’espace
par un vecteur M B dont la direction est celle de l’aiguille aimantée placée en M, dont le sens va du pôle sud
au pôle nord de l’aiguille, et dont la valeur peut être déterminée par une mesure au teslamètre.
1. Cartographie du champ magnétique autour d’un aimant droit
L’objectif de cette manipulation est de cartographier le champ magnétique
autour d’un aimant droit.
Place un aimant droit au centre d’une feuille de papier quadrillée et trace
le contour de l’aimant.
Repère les pôles Nord et Sud de l’aiguille aimantée, puis place-la sur la
feuille, successivement à chaque intersection du quadrillage. Note à
chaque position la direction et le sens du champ indiqué par l’aiguille.
Conclus sur la forme du champ magnétique autour de l’aimant.

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2. Observation des lignes de champ autour d’un aimant droit
Observation
Place la feuille de papier à l’intérieur d’une pochette plastifiée et positionne, en la tenant à l’horizontale,
la feuille au dessus de l’aimant.
Saupoudre alors la pochette avec de la limaille de fer pour faire apparaitre le spectre magnétique de
l’aimant.
Interprétation
Les lignes dessinées par la limaille de fer sont les lignes de champ magnétique de l’aimant : que peut-on
dire de la direction du vecteur champ magnétique tracé dans la première étape en chacun des points par
rapport à la ligne de champ passant par ce point ?
Synthèse : dessine sur un schéma l’allure du spectre magnétique d’un aimant droit puis représente le
vecteur champ magnétique en quelques points d’une ligne de champ.
3. Observation d’un champ magnétique uniforme
Place une feuille blanche sur un aimant en U et saupoudre de limaille de fer : qu’observes-tu ?
Dans quelle partie de l’aimant en U peut-on dire que le champ magnétique est uniforme ? Justifie.

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Annexe
Diverses représentations de champs
Thermographie infrarouge d’une maison en hiver
Deux représentations du champ magnétique terrestre

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Thermographie des eaux superficielles océaniques
Champs gravitationnels de la Terre et de la Lune Champ gravitationnel près de la Terre
Cartes météorologiques (températures et vents)