- enseignement Catholique

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HPT
Formation scientifique
UAA17
AUTEUR : Philippe Godts
Fiche d’expérience 4
Expériences d’introduction aux ondes
électromagnétiques
Objectifs d’apprentissage
Mettre en relation le concept d’ondes électromagnétiques avec quelques phénomènes classiques des
circuits électriques.
Description générale
Il s’agit de monter une situation où un courant électrique produit du magnétisme, et une situation où
c’est l’inverse : du magnétisme produit un courant électrique. Ces deux expériences pourront être
mises en relation avec l’étude des circuits électrique dans l’UAA5 (en 3ème). Elles seront ensuite
réunies dans le transformateur et permettront de déboucher sur une expérience mentale ouvrant sur
le concept d’onde électromagnétique.
Matériel1
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Un générateur variable 0 à 20 V (continu et alternatif) ;
Un cadre de transformateur d’expérience (noyau en fer « en U » et noyau en fer de fermeture
du cadre) ;
Deux ou trois bobines adaptées au cadre de transformateur (300 et/ou 600 spires,
éventuellement 1200 spires) ;
Un multimètre analogique avec mode « zéro » central2 ;
Des cordons conducteurs ;
Des objets en fer ;
Un aimant permanent (assez puissant) ;
Une boussole, une aiguille aimantée sur pivot ou une boussole 3D.
Procédure : électroaimant
1. Raccorder la bobine (300 spires par exemple) au générateur et y faire circuler un courant continu
(attention au courant maximal admissible dans la bobine). Approcher la boussole et constater
qu’elle produit du magnétisme. Approcher des objets en fer et constater que son magnétisme est
insuffisant pour les attirer.
2. Prendre le noyau de fermeture du transformateur et montrer qu’il n’est pas aimanté, puis l’insérer
dans la bobine sous tension et montrer qu’elle attire les objets en fer.
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Ces articles sont dès à présent disponibles via la Centrale des Marchés du SeGEC.
On met les courants induits en évidence en observant la déviation de l’aiguille du multimètre vers la
gauche ou vers la droite.
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Document1
Remarque pour le professeur
On peut faire ici le lien avec un l’effet mécanique du courant électrique abordé dans l’UAA5 et citer
quelques applications technologiques de l’électroaimant (sonnette, électroaimant porteur, hautparleur,
moteur…).
Procédure : courants induits
3. Raccorder la bobine (600 ou 1200 spires par exemple) au multimètre analogique, sur lequel on
aura sélectionné les modes ampèremètre continu (le plus petit calibre) et « zéro central ».
Approcher lentement l’aimant et constater que l’aiguille ne bouge presque pas. Bouger l’aimant
plus rapidement et observer les mouvements de l’aiguille
Remarque pour le professeur
On peut faire ici le lien avec les générateurs mécaniques d’électricité (dynamos, alternateurs…)
abordés dans l’UAA5. On remarquera qu’un courant n’est induit que lors de la variation du
magnétisme dans une bobine.
Procédure : transformateur
4. Placer deux bobines sur les deux côtés du noyau en U du cadre du transformateur, brancher une
des bobines au multimètre (en mode voltmètre continu, toujours avec « zéro central »), et
brancher l’autre au générateur. Etablir une tension continue (environ 5 V) et observer le
mouvement de l’aiguille du multimètre (au besoin, choisir un calibre plus petit). Interrompre et
refermer le circuit avec le générateur plusieurs fois de suite.
5. Refermer le cadre du transformateur et recommencer l’expérience.
6. Placer le multimètre en mode voltmètre alternatif, augmenter son calibre (10 à 30 V), établir une
tension alternative au moyen du générateur et observer la réponse du multimètre.
Remarque pour le professeur
Cette expérience met ensemble les deux premières expériences : d’un côté, un courant électrique
produit du magnétisme, et de l’autre, du magnétisme produit un courant électrique. Le cadre en fer ne
conduit pas d’électricité, il ne fait que transmettre le magnétisme produit dans la première bobine dans
la seconde. Et comme pour y induire un courant, il faut un magnétisme qui varie, on utilise un courant
alternatif, qui varie sans cesse, dans la première bobine. Notons que la notion de transformateur sera
revue en détail dans le cadre de l’UAA20.
Procédure : onde électromagnétique
7. Refaire l’expérience précédente avec les deux bobines, mais sans utiliser le cadre du
transformateur. Une tension très faible est perçue dans la deuxième bobine.
Remarque pour le professeur
Cette dernière expérience permet d’approcher ce que peut être une onde électromagnétique : si on
imagine qu’on ajoute des bobines à la suite de la deuxième, le courant induit variable qui y est généré
produira un magnétisme variable, qui produira un courant induit variable dans la troisième, et ainsi de
suite… Un signal utilisant de l’électricité et du magnétisme se propagerait alors de bobine en bobine
sans nécessiter un transport de matière : c’est ainsi que Maxwell eu l’intuition de l’existence des
ondes électromagnétiques.
Développement attendu principalement visé
Sur base expérimentale, décrire l’action d’un rayonnement électromagnétique (A2).
Sur base d’une expérience mettant en évidence l’effet thermique, biologique, chimique ou
photoélectrique d’un rayonnement électromagnétique, l’élève décrit le montage expérimental utilisé et
l’action du rayonnement.
Document1
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