TP19 Champ magnétique tournant

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TP19 Champ magnétique tournant
Travaux pratiques
OBJECTIFS DU TP :
• Contenu disciplinaire
– Mettre en rotation une aiguille aimantée en utilisant une ou plusieurs bobines.
MATÉRIEL À DISPOSITION :
• Matériel élève
– Aiguille aimantée et support (+ boite des aimants
droits?)
– 2 bobines de plus de 1 H
– Un condensateur 100 µF
– Rhéostats 1 kΩ
– Rhéostat 33 Ω
– Un GBF
– Un oscilloscope
– Un LCR mètre (sinon multimètre)
Important :
Le but du TP est de mettre en rotation une aiguille aimantée. Pour cela on n’imposera pas des fréquences de rotations trop grandes:
veiller à rester toujours en dessous de 15 Hz.
Pour la mise sous tension, veillez à partir d’une tension nulle puis à augmenter progressivement la tension délivrée.
DOCUMENT 1: Champ magnétique créé par une bobine
Une bobine parcourue par un courant crée un champ magnétique en son voisinage. La direction du champ est en général complexe
sauf en tout point de l’axe de la bobine où ce champ est dirigé dans l’axe de la bobine.
L’amplitude du champ magnétique créé est proportionnelle au courant circulant dans la bobine: le sens du courant permettant de
changer le sens du champ magnétique. Par exemple, si une bobine est alimentée en courant alternatif sinusoïdal, le champ restera
toujours dans la même direction mais passera d’une valeur maximale dans un sens à une valeur nulle puis à une valeur maximale dans
l’autre sens.
EXPÉRIENCE 1: MOTEUR
UTILISANT UNE SEULE BOBINE
En alimentant correctement une bobine, mettez en rotation l’aiguille aimantée. Critiquez votre montage:
• l’aiguille entre-t-elle en rotation seule, ou a-t-on besoin de la lancer?
• Pour la lancer, peut-on le faire en augmentant la fréquence (en partant de 0) sans toucher l’aiguille?
• peut-elle tourner dans les deux sens?
• où placer la bobine pour que celle-ci tourne le mieux possible?
• peut-on contrôler la vitesse de rotation?
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I1 Champ magnétique
TP19 Champ magnétique tournant
EXPÉRIENCE 2: MOTEUR
DIPHASÉ
• On se propose maintenant de réaliser un moteur comportant deux bobines dont les axes sont perpendiculaires. On souhaite
ainsi réaliser un champ tournant: l’aiguille aimantée suivra le champ et tournera dans un seul sens. Comment doit-on déphaser
les courants i1 et i2 circulant dans le deux bobines (schématisées ci-dessous) pour créer ce champ magnétique tournant? Quelle
condition doit-on avoir sur les amplitude des courants?
• Pour réaliser ces conditions, on réalise le montage électrique suivant où les inductances L des bobines sont égales , r1 et r2
sont les résistance internes des bobines et les résistances R1 et R2 sont des rhéostats. Comment peut-on mesurer i1 et i2 ?
L
U
L
C
i1
i2
R2
R1
Position relative des deux bobines
• Prenez comme valeur d’inductance L = 1,4 H (ou la plus grande valeur possible), de capacité C = 100 µF. Mesurer les
résistance internes des deux bobines. Réglez alors les rhéostats de façon à ce que la résistance totale dans la branche gauche
soit R2 + r2 = 15 Ω et celle dans la branche droite soit R1 + r1 = 300 Ω.
• Alimentez le circuit à f = 10 Hz.Vérifiez que les deux conditions sur i1 et i2 sont à peu près vérifiées. Que ce passe-t-il si vous
changez la fréquence? les résistances? la capacité? Vous pouvez essayer de trouver des valeurs de paramètres qui satisfont
mieux les deux conditions sur les courants.
• Placez l’aiguille aimantée alors que le circuit n’est pas alimenté et essayer de la faire tourner en augmentant progressivement
la fréquence depuis la fréquence minimale que peut débiter le GBF. Critiquez votre montage comme pour celui de l’expérience
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