Fiche professeur

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1ère S
Activité expérimentale
Champ magnétique : sources de champ magnétique (Terre, aimant,
courant)
2011
Compétences du programme :
- Décrire le champ associé à des propriétés physiques qui se manifestent en un point de
l’espace.
- Pratiquer une démarche expérimentale pour cartographier un champ magnétique
- Connaître les caractéristiques :
- des lignes de champ vectoriel ;
- d’un champ uniforme ;
- du champ magnétique terrestre ;
Compétences transversales :
 Réaliser un dispositif expérimental correspondant à un protocole donné
 Formaliser des résultats
 Travailler en autonomie
1) Présentation de la boussole :
 On commence par présenter aux élèves une boussole. A quoi sert-elle ? Dans quelles
circonstances s’en sert-on ?
Réponses possibles : pour s’orienter sur une carte, pour connaître le nord magnétique terrestre.
 Demander à chaque binôme de décrire la direction et le sens de leur aiguille aimantée ou
boussole.
 On s’aperçoit que toutes les aiguilles aimantées adoptent la même orientation et le même
sens. Parler des pôles nord et sud.
 Pourquoi les aiguilles des boussoles s’orientent-elles toutes dans le même sens ?
Réponses possibles : les élèves peuvent dire que la Terre est un aimant, qu’il y a un gros aimant à
proximité de leur boussole.
 Conclusion : Tout se passe comme s’il existait un aimant au centre de la Terre qui
orienterait les boussoles.
2) Utilisation d’un aimant permanent droit modélisant celui du noyau terrestre :
Distribuer une feuille A4 comportant le contour de l’aimant droit et une quinzaine de positions
pour l’aiguille aimantée notées par des croix. (Sur la photo suivante, l’aimant est posé sur un
support pour que l’aiguille soit à même hauteur. Il vaudrait mieux utiliser de petites aiguilles
basses proches de la table ou sur support étroit : Jeulin ou Pierron en propose en lots de 6, pour
que le tracé de l’orientation de l’aiguille aimanté soit facilité).

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1er travail des élèves : représenter au niveau de chaque point l’orientation de votre aiguille
aimantée en respectant direction et sens. Bien noter le nord.
Discussion :
L’espace autour de l’aimant possède des propriétés magnétiques qui orientent des aiguilles
aimantées : celles-ci ne peuvent pas prendre n’importe quelle position.
Dans cet espace il règne un champ magnétique dont la direction et le sens sont donnés par
l’aiguille aimantée.
Représenter quelques lignes de champ.
2éme travail des élèves :
A l’aide de limaille de fer (qui se comporte comme une aiguille aimantée) et d’un cristallisoir ou
bien de plaquettes comportant plusieurs petits aimants, visualiser la direction de l’axe des
aimants ou de la limaille.
Représenter sur un papier, par des lignes, les directions des aimants ou de la limaille autour de
l’aimant droit.
Orienter ces lignes par une flèche indiquant le pôle nord des aiguilles.
Conclusion : cet ensemble de lignes constitue la cartographie du champ magnétique de l’aimant.
Revenir au champ magnétique terrestre.
 Distribuer une feuille A4 sur laquelle la Terre est schématisée par
un cercle et son noyau par un aimant droit (voir schéma de droite).
 Dessiner des lignes de champ orientées.
N
S

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Remarques sur le tracé des lignes du champ magnétique terrestre
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Geomagnetisme.svg
Le champ magnétique terrestre peut être comparé, en première approximation, à celui d'un
aimant droit. Le point central de cet aimant n'est pas exactement au centre de la Terre, il s'en
trouve à quelques centaines de kilomètres.
Le pôle Nord magnétique terrestre est en réalité un pôle de magnétisme « sud » qui attire le pôle
« nord » (en rouge sur la figure) de l'aimant que constitue l'aiguille de la boussole. Contrairement
à ce qu’indiquent les cartes, le pôle magnétique nord de l'« aimant terrestre » pointe vers le sud
géographique.
L'axe géomagnétique, passant par les deux pôles magnétiques, fait un angle de 11,5° par rapport à
l'axe de rotation de la Terre, qui évolue tous les ans.
http://www.institut-polaire.fr/ipev/documents/pole_nord_magnetique. Sur ce document
internet on évoque une autre valeur d’angle selon une mesure toute récente (2007).
 Présenter les lignes de champ d’un aimant droit dans les trois directions de l’espace (aimant
droit longueur 6 cm et diamètre 1 cm, entouré de limaille dans une éprouvette à gaz d’huile ;
l’aimant est retenu par une collerette de matière plastique trouée, de même diamètre que
celui de l’éprouvette soit 38 mm : voir photo ci-dessous).

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3) Autres sources de champ magnétique (manipulations par le professeur) :
a) Spectre d’un aimant permanent en U :
Montrer au rétroprojecteur le spectre de l’aimant permanent en U : les lignes de champ
sont parallèles entre elles entre les deux branches de l’aimant. Ce champ est dit
uniforme.
b) Spectres de champs magnétiques créés par un courant :
 Présenter l’expérience d’Oersted (historique).
http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/oersted/
Une boussole ou une aiguille aimantée placée sous un fil traversé par un courant continu
est déviée. On peut changer le sens du courant et l’aiguille s’oriente différemment.
Conclusion : Un courant crée un champ magnétique. Les pôles nord et sud dépendent du
sens du courant.
 Le spectre magnétique est-il identique quelle que soit la forme du circuit électrique ?
Présenter les spectres créés par un solénoïde et un fil vertical. Montrer le sens du champ
à l’aide d’aiguilles aimantées.
Représenter la cartographie du champ magnétique créé par ces diverses sources.
Définir la zone de l’espace où règne un champ uniforme pour le solénoïde.