Question 1 - Lycée Don Bosco Marseille
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BEP ET Leçon 19 Le magnétisme Page 1/6 1. EXPERIENCES 1ère expérience : S Une boussole indique Le NORD du champ magnétique terrestre N 2ème expérience : S N N S Au voisinage d’un pôle Nord d’un aimant une boussole indique le SUD 3ème expérience : N S N S Deux pôles de noms contraires (Nord et Sud) s’attirent. Deux pôles de même nom se repoussent. 4ème expérience : I U Rhéostat limitant le courant dans le circuit + 1ère étape On fait circuler un courant dans un fil entouré autour d’un clou. 2ème étape Le clou attire le trombone. Il s’est aimanté sous l’action du courant. BEP ET Leçon 19 Le magnétisme Page 2/6 5ème expérience : On pose une plaque de plexiglas comprenant des petits morceaux de métal sur le rétroprojecteur puis on pose dessus un aimant droit. Constatation : les morceaux de métal s’orientent tout autour de l’aimant et forme le spectre magnétique. Chacune des lignes s’appelle ligne de force ou ligne de champ magnétique. N S 6ème expérience : On alimente une inductance (un solénoïde) en courant continu et on place à proximité une boussole et un trombone. U I + N L S Constatation : Lorsqu’on branche l’alimentation, la boussole dévie en direction de l’inductance et le trombone vient se coller contre la bobine. Lorsqu’on coupe l’alimentation la boussole reprend sa position initiale et le trombone n’est plus attiré. Nous avons fabriqué un électroaimant. BEP ET Leçon 19 Le magnétisme Page 3/6 2. BILAN DES EXPERIENCES Tout objet magnétique est composé de deux pôles : le nord et le Sud. Ce sont les pôles opposés qui s’attirent. Le fait de créer un bobinage (un solénoïde) crée automatiquement un champ magnétique. Tout objet magnétique est pourvu d’un spectre magnétique qui délimite la zone d’influence de l’objet. Il existe deux types d’objets magnétiques : Ceux qui gardent leur magnétisme. Ce sont les objets en « fer dur » (acier, alliage de fer). Ils servent à fabriquer les aimants. Ceux qui ne gardent pas ou très peu le magnétisme. Ce sont les objets en « fer doux » (fer très pur). Ils servent à fabriquer les matériels électrotechniques (électroaimant, transformateur, moteur). 3. CHAMP MAGNETIQUE Un solénoïde crée un champ magnétique dont la valeur en son centre est : B= N I l Avec : B : champ magnétique ou induction en Tesla (T). : perméabilité absolue du solénoïde. N : nombre de spires. I : intensité du courant en Ampère (A). l : longueur du solénoïde en mètre (m). Transformation : l = N I B = (l B) (N I) N = (l B) ( I) I = (l B) ( N) BEP ET Leçon 19 Le magnétisme Page 4/6 4. PERMEABILITE ABSOLUE 4.1 SOLENOIDE SANS NOYAU FERROMAGNETIQUE = Avec : 0 0 : perméabilité magnétique du vide = 4. .10-7 4.2 SOLENOIDE AVEC NOYAU FERROMAGNETIQUE = Avec : 0 R 0 : perméabilité magnétique du vide = 4. .10-7 R : perméabilité relative du matériau constituant le noyau ferromagnétique. 5. FLUX MAGNETIQUE Si un champ magnétique B uniforme ou considéré comme tel traverse une surface S placée à proximité, celle-ci reçoit un flux magnétique dont la valeur est : S B I =B Avec : S cos : flux magnétique en Weber (Wb). B : champ magnétique ou induction en Tesla (T). S : surface traversée par le champ magnétique en mètre carré (m2). : angle entre le champ magnétique et la surface qui le reçoit en degré (°) ou en radian (rad). Transformation : B = (S cos ) S= (B cos ) cos = (B S) BEP ET Leçon 19 Le magnétisme Page 5/6 Cas particulier d’un solénoïde fournissant un champ magnétique à un autre solénoïde. B I N’ spires S T Avec : T = N’ B S cos : flux magnétique total en Weber (Wb). N’ : nombre de spires de la surface qui reçoit le champ magnétique. B : champ magnétique ou induction en Tesla (T). S : surface d’une spire traversée par le champ magnétique en mètre carré (m2). : angle entre le champ magnétique et la surface qui le reçoit en degré (°) ou en radian (rad). Transformation : B = T (N’ S cos ) S= T (N’ B cos ) (B S cos ) N’ = cos T = T (N’ B S) Remarques : Le cas décrit ci-dessus concerne les transformateurs et les moteurs à courant continu. Lorsque l’objet créateur du champ magnétique B et la surface S traversée par ce dernier sont colinéaires (dans le même axe), l’angle du flux devient =B = 0 donc cos = 1 et la formule S. Lorsque l’objet créateur du champ magnétique B et la surface S traversée par ce dernier sont perpendiculaires, l’angle = 90° donc cos = 0 et le flux est nul. C3 C2 C1 BEP ET Leçon 19 Le magnétisme Page 6/6 6. EXERCICES Exercice 1 : un solénoïde sans noyau, constitué de 1200 spires pour une longueur de 50 cm, est parcouru par un courant de 1,5 A. Calculer son champ magnétique en son centre. B= 0 (N I) l = (4. .10-7) 1200 1,5 0,5 = 4,52.10-3 T = 4,52 mT. Exercice 2 : refaire l’exercice précédent mais en incluant au centre du solénoïde un noyau ferromagnétique ayant pour perméabilité relative B= 0 (N R I) l = (4. .10-7) 2000 R 1200 = 2000. 1,5 0,5 = 9,05 T. Exercice 3 : une bobine fournit un champ de 2 T. Ce champ uniforme traverse une surface de 20 cm2. Calculer le flux magnétique pour les cas suivants : = 45°. =B S cos =2 20.10-4 cos 45° = 2,83 mWb = /6 rad. =B S cos =2 20.10-4 cos /6 = 3,46 mWb = 0° =B S cos =2 20.10-4 1 = 4 mWb =B S cos =2 20.10-4 0,8 = 3,2 mWb cos = 0,8 Exercice 4 : une bobine fournit un champ de 5 T. Nous plaçons un solénoïde, de 1000 spires et dont la surface de chaque spires est de 80 cm2, sur le même axe ( = 0°). Calculer le flux total qui en résulte. T = N’ B S cos = 1000 5 80.10-4 cos 0° = 40 Wb. Exercice 5 : Calculer l’angle qu’il existe entre une bobine fournissant un champ uniforme de 1,2 T et une surface de 50 cm2 si le flux est de 3 mWb. cos = (B S) = 3.10-3 (1,2 50.10-4) = 0,5 = 60° = /3 rad. Exercice 6 : Calculer la perméabilité relative du noyau d’une bobine si le Teslamètre a mesuré 12 T, l’ampèremètre 5 A et si les caractéristiques sont 2500 spires pour une longueur de la bobine de 70 cm. = (l = 0 B) (N R d’où I) = (0,7 R = 0 12) (2500 = 672.10-6 5) = 672.10-6. 4. .10-7 = 535
