expériences simples sur le magnétisme

expériences interactives : cahier des charges technique
il s’agit de réaliser 4 petites expériences interactives sur le thème du magnétisme.
chaque expérience s’intègre dans un module de l’exposition nature magnétique en
reprenant si possible les éléments graphiques de la scénographie.
première expérience : mise en évidence
du magnétisme et du lien magnétisme/
électricité
la première expérience présente un champ de
plusieurs centaines de petites boussoles entre
deux plaques de plexi (empêchant les aiguilles de
sortir de leur axe lors du transport).
au centre du champ, on dispose un électroaimant
couché, qu’il est possible d’alimenter par un
premier bouton!: en alimentant l’aimant, les
boussoles tracent les lignes de champ magnétique.
en plus de l’aimant, on positionne sur (ou sous) les plaques de plexi des fils électriques
de forte section, bien visibles, qui se croisent au centre de la plaque et incluent des
leds pour signaler le passage et le sens d’un courant continu (assez fort pour
perturber les boussoles). on alimente le courant au moyen de 2 boutons (un pour
chaque fil).
éventuellement, un 4ème bouton permet de faire passer un courant alternatif (dans
un seul fil ou dans les 2) qui affolera les boussoles (à tester).
dans tous les cas, on peut intervertir le sens du courant (5ème bouton) pour voir
toutes les boussoles faire un demi tour.
à inclure sous une demi-sphère de plexi?? rappel de la couleur du module (rouge
framboise)??
deuxième expérience : moteur & amplification
magnétique
la deuxième expérience présente 2 mécanismes
inverses.
le premier mécanisme démontre comment un courant
électrique dans champ magnétique peut induire un
mouvement (moteur électrique)!: on utilise une toupie
faites d’aimants qu’on alimente par un circuit
électrique, ce qui provoque la rotation de la toupie. le
circuit électrique se termine par un petit balai qu’on

vient mettre en contact latéral du gros aimant sphérique à la base de la toupie. un
bouton (avec variateur) permettra d’alimenter le circuit (et de faire tourner la toupie
plus ou moins vite) - un mouvement de translation latérale (avec butée) permettra de
venir positionner le balai sur l’aimant sphérique. un interrupteur (avec led pour
visualiser la présence et le sens du courant) permettra de changer le sens du courant
(et donc de la rotation de la toupie). la toupie est soutenue par un axe pointu en
acier, dont la pointe vient en contact avec l’aimant supérieur (frottement minimal). on
peut prévoir une toupie plus complexe que celle illustrée plus haut (à tester). il faut
sans doute entourer la toupie d’un carcan en plexi (légèrement plus large que la toupie
elle-même) pour éviter qu’elle quitte son support (ou pour la remettre facilement en
place si elle tombe, par exemple pendant le transport).
le deuxième mécanisme est une
version modifiée de la dynamo de vélo
(voir schéma ci contre). on fait
tourner (au moyen d’une manivelle) une
roue en cuivre (avec secteurs internes
pour limiter les courants de Foucault)
près d’un aimant permanent (fort), ce
qui engendre (dans le circuit connecté
au bord et centre de la roue) un
courant qui alimente une rampe de
diodes multicolores (de vert à rouge)
visualisant l’intensité du courant: plus
la manivelle tourne vite, plus le
courant est fort - s’arranger pour que
dans cette configuration, le courant
maximal obtenu corresponde à une
intensité moyenne sur la rampe de
diodes.
au moyen d’un interrupteur, on peut
aussi alimenter, en parallèle de la rampe de diodes, un bobinage (fixe) aligné avec
l’aimant permanent: ce bobinage forme un électroaimant qui va renforcer (ou annuler)
le champ de l’aimant (suivant le sens de la rotation de la manivelle - à vérifier). il faut
s’arranger (en trichant éventuellement au moyen d’un amplificateur de courant) pour
que le champ produit par cet électroaimant soit comparable à celui de l’aimant
permanent (prévoir aussi une diode dans ce circuit parallèle pour visualiser son
activation). les champs cumulés de l’aimant permanent et de l’électroaimant induisent
un courant plus intense qui amplifie à son tour le champ - au maximum de l’effet, on
doit saturer la rampe de diodes.
en alimentant/coupant le circuit parallèle (interrupteur), on active/supprime
l’amplification du champ (pour une même vitesse de rotation de la manivelle) ; en
tournant la manivelle dans l’autre sens, on atténue l’effet de l’aimant permanent. dans
les 2 cas, l’effet est directement visible sur la rampe de diodes.
roue en cuivre avec
secteurs (actionnée
par une manivelle)
aimant
permanent
fort
électro-
aimant
rampe de
diodes-
+

prévoir une expérience bien rigide et solidement accrochée pour que le mouvement de
la manivelle ne détache pas la toupie de son support. prévoir une coque différente
des autres expériences avec un rappel de couleur du module (orange)
troisième expérience : force magnétique - lévitation & ferrofluide
la troisième expérience montre aussi deux
phénomènes.
le premier phénomène est la lévitation
diamagnétique d’un plaque de graphite pyrolytique
sur un bloc de 4 aimants de polarités alternées .
cette expérience est statique et n’a besoin d’aucune
alimentation en courant. prévoir un couvercle pour
le transport de l’expérience (voir par exemple ce
lien) pour protéger la plaque de graphite.
le deuxième phénomène est l’effet du champ
magnétique sur du ferrofluide: on verse
plusieurs flacons de ferrofluide dans une
sphère de verre ou dans une éprouvette (on
peut aussi utiliser du plexi s’il n’est pas sali de
manière irréversible par le ferrofluide - à
tester). on place un électroaimant sous la
sphère, qu’on peut allumer/éteindre (avec un
interrupteur) et dont on peut faire varier la
distance au ferrofluide (avec un variateur). le
ferrofluide va se hérisser avec le champ,
différemment suivant la distance de l’aimant.
les deux expériences sont assez réduites en
taille; il faut donc bien les mettre en valeur,
par exemple montées côte à côte chacune
dans un globe (comme une base lunaire?), avec
un jeu de lumière approprié.
rappeler la couleur du module (jaune).
quatrième expérience : les champs
magnétiques au quotidien
la quatrième expérience présente un four à micro-onde de petite taille dont la porte
est condamnée et qu’on ne peut qu’allumer et éteindre. on peut mesurer le champ
électromagnétique engendré par le micro-onde avec un détecteur de champ

électromagnétique du commerce. ce
détecteur est fixé au micro-onde par un
flexible semi-rigide dont on peut changer la
forme et la configuration. proposer
également, sur un autre flexible attaché au
micro-onde, une borne wifi?? indiquer que le
visiteur peut tester son portable
éteint et allumé en l’approchant
plus ou moins du détecteur. bien
s’assurer de la solidité des
flexibles et des attaches.
trouver une décoration marrante
(reprenant la couleur du module:
vert) pour le micro-onde, genre
martien avec des yeux, une bouche
et des antennes (les flexibles) au
bout desquelles sont fixés le
détecteur de champ magnétique, la
borne wifi, les instructions
d’utilisation (par exemple: “je peux
tester votre téléphone portable”).