CHAMP MAGNÉTIQUE Buts! Matériel Théorie!
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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 : __________________________ 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) 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. 2 Manipulations a) Allure du champ magnétique ! 1) Barre aimantée 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 du verso de la feuille précédente. 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. 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 la présente feuille, l’allure des lignes de champ magnétique au voisinage de la bobine. Ne pas oublier d’indiquer 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. Nous verrons bientôt que l’expression du champ magnétique au centre de la 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. 3 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 valeurs mesurées complétées venir me voir en équipe avec vos textes de lab remplis et la feuille blanche bien complétée sans erreur recto/verso. 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. Une première visite satisfaisante = Cédérom de 100 logiciels éducatifs comme cadeau ! VISITE NO 1 : _________________ VISITE NO 2 : _________________ VISITE NO 3 : _________________
