Série9EM_TP1_Mouvement de Charge_Enoncé

TSI1 Série 9 EM – TP1 : Mouvement de charges dans un champ électromagnétique
HECKEL - 1/2
Objectif
ObjectifObjectif
Objectifs
ss
s :
: :
: → Apprendre à visualiser et à mesurer un champ magnétique
→ Observer le mvt d’une particule chargée dans un champ
(
)
,
E B
Partie I
Partie IPartie I
Partie I :
: :
: Détection et
Détection et Détection et
Détection et Mesure de
Mesure deMesure de
Mesure des
ss
s champ
champ champ
champs
ss
s
I.1)
I.1)I.1)
I.1) Comment détecter un champ
Comment détecter un champComment détecter un champ
Comment détecter un champ ?
??
?
ON DETECTE
ON DETECTE ON DETECTE
ON DETECTE UN CHAM P PA R SES EF FETS
UN CHAMP PAR SES EFF ETSUN CHAMP PAR SES EFF ETS
UN CHAMP PAR SES EFF ETS
a) Effet sur un autre aimant
a) Effet sur un autre aimanta) Effet sur un autre aimant
a) Effet sur un autre aimant
 Quel est l’effet d’un champ magnétique sur un aimant ?
Manip 1
Manip 1Manip 1
Manip 1 :
::
:  A l’aide d’une petite aiguille aimantée, observer le champ
magnétique crée par un aimant droit.
 Dessiner approximativement sa carte de champ (au format A4)
 Faire de même pour le champ crée par une bobine
b) Effet sur les particules chargées
b) Effet sur les particules chargéesb) Effet sur les particules chargées
b) Effet sur les particules chargées
 Quel est l’effet d’un champ magnétique sur un courant de particules chargées ?
(Manip : Voir Partie II)
I.
I.I.
I.2
22
2)
))
) Les capte
Les capteLes capte
Les capteurs
ursurs
urs ?
??
?
 Champ électrique : Pas de capteur simple pour le champ électrique
 Champ magnétique : Capteur à effet Hall
Principe du capteur à effet Hall :
Objectif :  On cherche à mesurer l’intensité d’un champ magnétique
B
Comment : a) On place dans le champ une plaque semi-conductrice déjà
parcourue par un courant I (sous l’effet d’un générateur E)
b) Ce courant est “dévié” dans le barreau, il y a donc
accumulation de charges + d’un coté, et – de l’autre, d’où
l’apparition d’une tension dite de Hall entre la face avant et
arrière de la plaque
c) On vient mesurer cette tension :
H
H
C
U I B
h
= ⋅ ⋅
qui est
proportionnelle à la valeur du champ B. (h est l’épaisseur
de la plaque et C H la constante de Hall dépendant du
matériau utilisé, voir la démonstration dans le TD26).
Utilisation :
 Pour mesurer l’amplitude du champ magnétique
 Pour trouver sa direction et son sens (car le capteur est directionnel)
Séri
SériSéri
Série
e e
e 9
99
9 EM
EMEM
EM –
––
– TP1
TP1 TP1
TP1 :
: :
: Electromagnétisme
ElectromagnétismeElectromagnétisme
Electromagnétisme –
––
–
Mouvement d
Mouvement dMouvement d
Mouvement de
ee
e charge
charge charge
charges
ss
s dans un champ
dans un champ dans un champ
dans un champ électromagnétique
électromagnétique électromagnétique
électromagnétique
Aimant Bobine
Champ magnétique
B
Générateur E
Courant I
Courant ICourant I
Courant I
Plaque semi-
conductrice
V
VV
V
B
E
H
Zoom sur la partie active
Zoom sur la partie activeZoom sur la partie active
Zoom sur la partie active
:
::
:
Courant I
Courant ICourant I
Courant I
Courant I
Courant ICourant I
Courant I
Mesure de la tensi
on de Hall
Champ magnétique
B
Valeur indiquée
:
B
2
B
0
2
B
−
-
B
Influence de
Influence de Influence de
Influence de
la rotation
la rotation la rotation
la rotation
de la sonde
de la sondede la sonde
de la sonde :
::
:

TSI1 Série 9 EM – TP1 : Mouvement de charges dans un champ électromagnétique
HECKEL - 2/2
I.3
I.3I.3
I.3)
))
) M
MM
Mesures
esuresesures
esures
Manip 2
Manip 2Manip 2
Manip 2 :
::
:  Compléter vos cartes de champ (aimant droit et bobine),
en dessinant pour une dizaine de points le champ
B
ATTENTION
ATTENTIONATTENTION
ATTENTION :
::
: Bien respecter  La Direction du
B
 Le Sens et la Norme de
B
Partie II
Partie IIPartie II
Partie II :
: :
: Effet des champ
Effet des champEffet des champ
Effet des champs
ss
s électriques et magnétiques
électriques et magnétiques électriques et magnétiques
électriques et magnétiques
II.1
II.1II.1
II.1)
))
) Le canon à électron
Le canon à électronLe canon à électron
Le canon à électron
Principe :
Le principe est expliqué sur le schéma ci-contre
 Emission des électrons par une lampe chauffée
 Accélération entre deux plaques (ou grilles)
soumises à une très haute tension.
Questions et observations :
 Que dire du champ électrique entre les plaques ?
 Représenter sur un schéma les forces auxquelles est un électron situé entre les
deux plaques. Comparer leurs normes. Que va-t-il se passer ?
 Observer le faisceau d’électron dans les ampoules à vide. Quelle est leur
trajectoire ?
II.2
II.2II.2
II.2)
))
) Défle
DéfleDéfle
Déflex
xx
xion électrostatique
ion électrostatiqueion électrostatique
ion électrostatique
On fait ensuite passer le faisceau
entre deux plaques métalliques
soumises à une tension E.
Questions :
 Que dire du champ électrique entre les plaques ?
 Faire un nouveau schéma représentant les forces auxquelles est soumis
l’électron, initialement à la vitesse v 0 (on prendra E > 0). Que va-t-il se passer ?
 Que dire de la norme de la force élec ? Quelle va être la trajectoire de l’e
-
?
II.3
II.3II.3
II.3)
))
) Déflexion magnétique
Déflexion magnétiqueDéflexion magnétique
Déflexion magnétique
Il est aussi possible de dévier le faisceau d’électrons avec un champ magnétique.
 Dans chacun des cas suivants, prévoir dans quel sens va dévier le faisceau d’e
-
Emission
E
EE
E
A
AA
A
U
UU
U
Accélérat
ion
Faisceau
VIDE POUSSE
VIDE POUSSEVIDE POUSSE
VIDE POUSSE
Cathode
CathodeCathode
Cathode
Anode
AnodeAnode
Anode
Lampe
LampeLampe
Lampe
Faisceau
Faisceau Faisceau
Faisceau
d’électrons
d’électronsd’électrons
d’électrons
E
Plaques métalliques
Plaques métalliquesPlaques métalliques
Plaques métalliques
Générateur
GénérateurGénérateur
Générateur
B
obine
A compléter au format A4…
Faisceau
Faisceau Faisceau
Faisceau
d’électron
d’électrond’électron
d’électron
x
xx
x
y
yy
y
z
zz
z
N
NN
N
S
SS
S
Faisceau
Faisceau Faisceau
Faisceau
d’électron
d’électrond’électron
d’électron
x
xx
x
y
yy
y
z
zz
z
x
xx
x
y
yy
y
z
zz
z
x
xx
x
y
yy
y
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x
xx
x
y
yy
y
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x
xx
x
y
yy
y
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zz
z
S
SS
S
N
NN
N
N
NN
N
S
SS
S
N
NN
N
S
SS
S
S
SS
S
N
NN
N
S
SS
S
N
NN
N