champ magnétique - Site SVT

Proposition d’activités concernant le paléomagnétisme
Il est indispensable d’envisager de travailler en collaboration avec le
collègue de SPC : des ressources sont disponibles sur le site.
Les élèves sauront ainsi déjà :
• qu’un aimant modifie les propriétés de l’espace. Il
règne dans l’espace un champ dont l’aimant constitue la
source. Comme les propriétés de l’espace sont modifiées en
particulier en sens et direction, ce champ s’exprime au
moyen d’un vecteur, c’est un champ de vecteurs.
• que les caractéristiques du vecteur champ magnétique
sont :
• sa direction
• son sens
• sa valeur mesurée en tesla (T)
• que certaines substances sont magnétiques (le fer, le
nickel, la magnétite (Fe2+Fe23+O4) et certaines roches les
contenant)
Il deviendra alors envisageable de mettre en œuvre des
activités en lien direct avec le programme de SVT.
Modélisation de l’acquisition d’une
aimantation thermorémanente par les
roches du plancher océanique à l’axe
d’une dorsale.
I-Pour commencer, une
expérience filmée
Dispositif expérimental
tige en fer pendue
Aimant
puissant tiré
d’un hautparleur
attirée par l’aimant,
la tige est déviée
par rapport à la
verticale
tige en fer pendue
Aimant
puissant tiré
d’un hautparleur
On chauffe l’extrémité de la tige avec un
chalumeau à acétylène
Vidéo « point de curie tige en fer »
II-Une maquette
Le matériel nécessaire
1 électroaimant, source
de champ
magnétique
(représente le
champ
magnétique
terrestre)
1 petit treuil
1 alimentation
30V/10A
2
règles
qui
servent de guide
fil reliant le treuil à
une planche
sur une planche, des
cupules en plastique
remplies
de
miel
liquide dans lequel
baigne un aimant droit
(agitateur magnétique
recyclé)
Le miel dans
lequel baigne un
petit
aimant
représente un
matériau
rocheux
du
plancher
océanique qui
refroidit après
avoir
cristallisé
Le fonctionnement
Le treuil est actionné : il tracte la planche.
Les bacs à glaçons défilent devant l’électro-aimant ; en passant devant l’entrefer,
de la bobine, l’aimant plongé dans le miel s’oriente selon une direction et un sens
correspondant
au champ magnétique produit
par
l’électro-aimant
(vidéo
« rotation aimant miel »).
A chaque fois qu’un bac a dépassé l’électro-aimant, on inverse le sens du courant
dans la bobine : le champ magnétique sortant de l’entrefer s’inverse (inversion
magnétique).
Le sens dans lequel s’orientent les petits aimants baignant dans le miel alterne
donc.
Le résultat final
Vidéo « résultats aimantations inverses »
Travail de critique du modèle avec les élèves.
Quelques pistes :
• la température au-delà de laquelle une roche du plancher
océanique perd son aimantation et en deçà de laquelle elle
peut acquérir une aimantation, appelée température de
Curie est très inférieure à sa température de solidification.
C’est donc une roche déjà solide qui acquiert ainsi une
aimantation de même direction et de même sens que le
champ magnétique terrestre du moment.
Travail de critique du modèle avec les élèves.
• le champ magnétique est créé par des charges en
mouvement.
Dans la matière, les électrons tournent autour des noyaux
des atomes et des ions mais aussi sur eux-mêmes. Chacune
des diverses contributions des charges en mouvement crée
en tout point de l’espace un champ magnétique
élémentaire ; ces champs élémentaires s’annulent
globalement et le champ total est en général nul. Toutefois
dans la matière aimantée, l’aimantation préalable a
synchronisé les mouvements de charges électriques ; en un
point de l’espace, les champs élémentaires s’ajoutent
vectoriellement ; le champ total n’est pas nul.
Modèle analogique de l’enregistrement
des anomalies magnétiques au dessus
d’un fond océanique, selon un trajet
perpendiculaire à l’axe d’une dorsale.
I-Le matériel nécessaire...
Les aimants sont placés
perpendiculairement à la
direction
du
champ
magnétique terrestre.
Planche surmontant des aimants
La règle qui surmonte la planche est alignée sur la direction
du champ magnétique terrestre.
Les aimants juxtaposés génèrent des champs
magnétiques de sens inverse.
Les aimants juxtaposés créent des champs
magnétiques de sens inverse.
II-Les mesures...
La sonde à effet Hall est d’abord placée suffisamment loin
des aimants pour permettre d’enregistrer la valeur de la
composante horizontale du champ magnétique terrestre.
La composante horizontale du champ magnétique terrestre
vaut ici
-2,4
unités arbitraires : cette valeur correspond au
champ magnétique créé par la Terre.
La sonde à effet Hall est
ensuite déplacée cm par cm
sur la planche, le long de la
règle graduée, suivant un
trajet perpendiculaire aux
aimants placés sous la
planche.
À chaque position, la valeur
de la composante horizontale
du champ affichée sur le
teslamètre est notée.
III-La représentation
graphique des résultats...
À partir des résultats collectés, on peut construire le graphe suivant :
Positions (abscisses) où se trouvent les
aimants
Valeur
de
la
composante horizontale
du champ mesuré le
long de la règle (en
passant au dessus des
aimants, cm par cm)
-2,4
Valeur
de
la
composante horizontale
du champ terrestre (Bh)
mesurée en plaçant la
sonde de Hall loin des
aimants
En ordonnée, la valeur du champ mesuré en UA et en abscisse, la position le
long de la règle graduée, d’un bord à l’autre de la planche.
IV-L’interprétation des
résultats...
La valeur mesurée le long de la règle graduée est pour chaque position la somme
algébrique des composantes horizontales du champ terrestre et du champ créé par la
source magnétique (aimant) située juste en dessous de la sonde :
• lorsque le champ créé par l’aimant est de même sens que le champ terrestre, la
résultante est supérieure en intensité au champ terrestre (= ANOMALIE
MAGNETIQUE POSTIVE)
ANOMALIES POSITIVES
La valeur mesurée le long de la règle graduée est pour chaque position la somme
algébrique des composantes horizontales du champ terrestre et du champ créé par la
source magnétique (aimant) située juste en dessous de la sonde :
• lorsque le champ créé par l’aimant est de même sens que le champ terrestre, la
résultante est supérieure en intensité au champ terrestre (= ANOMALIE
MAGNETIQUE POSTIVE)
• lorsque le champ créé par l’aimant est de sens opposé par rapport au champ
terrestre, la résultante est inférieure en intensité au champ terrestre (= ANOMALIE
MAGNÉTIQUE NÉGATIVE)
ANOMALIES POSITIVES
ANOMALIES NEGATIVES
V-Variantes envisageables
On peut modifier le dispositif en simulant un enregistrement
réalisé perpendiculairement à l’axe d’une dorsale avec :
• une anomalie centrale positive
• une symétrie de part et d’autre de la dorsale
• un espacement irrégulier des aimants
avant de comparer le graphique obtenu avec un vrai profil
magnétique.
VI-Comparaison avec un
vrai profil magnétique et
mise en relation avec la
« peau de zèbre »…