Chapitre 8 : Le champ magnétique
Exercices
E1. En coordonnées cartésiennes, comme à l’exemple 8.3c, l’énoncé de la question implique
que
B=0,6×104
jT, si 1G=10
4T.
(a) On donne
v=106
km/s et q=e. Aumoyendeléquation8.2,enserappelantque
k×
j=
i,onobtient
FB=q
v×
B=e³106
k´×³0,6×104
j´=
FB=¡1,6×1019¢¡106¢¡0,6×104¢³
k×
j´=9,60 ×1018
iN
Donc FB= 9,60 ×1018 N, vers l’est
(b) On donne
v=106
im/s et q=e. Au moyen de l’équation 8.2, en se rappelant que
i×
j=
k,onobtient
FB=q
v×
B=e³106
i´×³0,6×104
j´=
FB=¡1,6×1019¢¡106¢¡0,6×104¢³
i×
j´=9,60 ×1018
kN
Donc FB= 9,60 ×1018 N, vers le haut
E2. On donne q=e,
v=106
jm/s,
FB=3,2×1015
iNet
v
B.
Comme la force est orientée selon l’axe des xpositifs et qu’elle est perpendiculaire au
champ magnétique, on conclut que le champ magnétique est parallèle à l’axe des z, c’est-
à-dire
B=±B
k.Si on insère toutes les quantités dans l’équation 8.2, on obtient
FB=q
v×
B=3,2×1015
i=(e)³106
j´×³±B
k´=
3,2×1015
i=e¡106¢(±B)³
j×
k´(i)
Comme
j×
k=
i,l’équation (i) permet d’armerquelechampmagnétiquedoitre
orienté selon l’axe des zpositifs et que
3,2×1015 =e¡106¢B=B=3,2×1015
(1,6×1019)(106)=
B=0,0200 T, selon l’axe des zpositifs
E3. En coordonnées cartésiennes, comme à l’exemple 8.3c, l’énoncé de la question implique
que
B=0,12 ×104
kT, si 1G=10
4T. On donne aussi v=2,7×106m/s à 45au
sud (y)delest(+x)etq=e. Les composantes de la vitesse sont
v4 Électricité et magnétisme, Chapitre 8 : Le champ magnétique 1
© ERPI
v=vcos (45)
ivsin (45)
j=¡2,7×106¢³2
2´
i¡2,7×106¢³2
2´
j=
v=³1,91 ×106
i1,91 ×106
j´m/s
Si on insère toutes les quantités dans l’équation 8.2, on obtient
FB=q
v×
B=e³1,91 ×106
i1,91 ×106
j´×³0,12 ×104
k´
FB=e¡102¢³1,91
i1,91
j´×³0,12
k´(i)
Rappelons que, selon la section 2.5 du tome 1, le produit vectoriel de deux vecteurs
correspond à
v×
B=(vyBzvzBy)
i+(vzBxvxBz)
j+(vxByvyBx)
k(ii)
Si on utilise l’équation (ii), la force magnétique calculée à l’équation (i) est
FB=e¡102¢h(1,91 (0,12))
i+(1,91 (0,12))
j+(0)
ki=
FB=¡1,6×1019¢¡102¢³0,229
i+0,229
j´=³3,66
i+3,66
j´×1018 N
Lemoduledecetteforceest
FB=q(3,66 ×1018)2+(3,66 ×1018)2= 5,18 ×1018 N
Et, d’après ses composantes, on constate qu’elle est dirigée au nord de l’est .
E4. On donne q=1µC, v=10
6m/s et
B=5,00 ×102
jT, si 1G=10
4T.
Au moyen de la gure 8.45, on voit que
v1=v
i=1×106
im/s
Au moyen de l’équation 8.2, en se rappelant que
i×
j=
k,onobtient
FB1=q
v1×
B=q³1×106
i´×³5,00 ×102
j´=
FB1=¡1×106¢¡1×106¢¡5,00 ×102¢³
i×
j´=
FB1=0,0500
kN
Selon la gure 8.45, on trouve
v2=vcos (45)
i+vsin (45)
j=¡1×106¢³2
2´
i+¡1×106¢³2
2´
j=
v2=³7,07 ×105
i+7,07 ×105
j´m/s
Au moyen de l’équation 8.2, en se rappelant que
i×
j=
ket que
j×
j=0,on
obtient
FB2=q
v2×
B=q³7,07 ×105
i+7,07 ×105
j´×³5,00 ×102
j´=
FB2=¡1×106¢¡7,07 ×105¢¡5,00 ×102¢³
i×
j´=
FB2=0,0354
kN
D’après la gure 8.45, on obtient
v3=vcos (45)
ivsin (45)
k=¡1×106¢³2
2´
i¡1×106¢³2
2´
k=
v3=³7,07 ×105
i7,07 ×105
k´m/s
2Électricité et magnétisme, Chapitre 8 : Le champ magnétique v4
© ERPI
Au moyen de l’équation 8.2, en faisant appel à l’équation (ii) de l’exercice 3, on trouve
FB3=q
v3×
B=q³7,07 ×105
i7,07 ×105
k´×³5,00 ×102
j´=
FB3=q¡103¢³7,07
i7,07
k´×³
j´=
FB3=q¡103¢h(7,07 (5,00))
i+(7,07 (5,00))
ki=
FB3=¡1×106¢¡103¢³35,4
i+35,4
k´=
FB3=0,0354 ³
i+
k´N
E5. On cherche le champ magnétique
B,dont l’orientation conduit aux situations décrites
dans ces deux gures :
L’énoncé de la question indique que °
°
°
FB1°
°
°=°
°
°
FB2°
°
°et °
°
v1°
°=°
°
v2°
°.
Comme la charge est positive, la direction de la force magnétique est est identique à celle
de
v×
B.Selon la règle de la main droite, il faut tourner de
v1à
Bou de
v2à
Bdans
un plan perpendiculaire à chacun des vecteurs forces. Dans les deux gures, une èche
indiquelesensnécessairepourobtenir l’orientation adéquate de
FB1et
FB2.Dans les
deux cas, la rotation s’eectue dans le plan xy.
De plus,
°
°
°
FB1°
°
°=°
°
°
FB2°
°
°=|q|°
°
v1°
°sin θ1=|q|°
°
v2°
°sin θ2=θ1=θ2
Ainsi, le champ magnétique ne peut se trouver qu’à mi-chemin entre les deux vecteurs
vitesse pour que l’angle θentre
vet
Bsoit le même dans les deux cas. Comme
v1est
à30de l’axe des xpositifs et que
v2est orientée selon l’axe des ypositifs, on conclut
que
Best dans le plan xy, à60,0de l’axe des x
E6. On donne q=0,25 µCetv=2×106m/s. D’après la gure 8.46, on note que les
composantes de la vitesse sont
v=vcos (45)
i+vsin (45)
k=¡2×106¢³2
2´
i+¡2×106¢³2
2´
k=
v=³1,41 ×106
i+1,41 ×106
k´m/s
v4 Électricité et magnétisme, Chapitre 8 : Le champ magnétique 3
© ERPI
Le module du champ magnétique est B=0,03 T, mais son orientation est inconnue.
(a) On donne
B=B
k=0,03
kT. Au moyen de l’équation 8.2, en se rappelant que
i×
k=
jet que
k×
k=0,onobtient
FB=q
v×
B=q³1,41 ×106
i+1,41 ×106
k´×³0,03
k´=
FB2=¡0,25 ×106¢¡1,41 ×106¢(0,03) ³
i×
k´=
FB= 0,0106
jN
(b) On donne
FB=4×103
jN. Comme la force magnétique est orientée selon l’axe des y
positifs, le champ magnétique doit se trouver dans le plan xz pour être perpendiculaire
àlaforce.Oncherchelangleθentre
vet
Bau moyen de l’équation 8.1 :
FB=|q|vB sin θ=4×103=¡0,25 ×106¢¡2×106¢(0,03) sin θ=
sin θ=4×103
(0,25×106)(2×106)(0,03) =0,2667 =θ=arcsin(0,2667)
Les deux solutions de cette équation sont θ=15,5et 164,5.
Comme
FBest orientée selon l’axe des ypositifs et que q<0,
v×
Best orientée selon
l’axe des ynégatifs. La règle de la main droite implique une rotation de
vvers
Ben
direction de l’axe des zpositifs de la gure 8.46. Si on choisit la première valeur de θ,en
rappelant que 4515,5=29,5, alors on en déduit que
Best orienté à 29,5de l’axe des zpositifs dans le plan xz, en direction de
v
E7. On donne q=4µC,
v=³2,0
i3,0
j+1,0
k´×106m/s et
B=³2,0
i+5,0
j3,0
k´×102T. Au moyen de l’équation 8.2, en faisant appel à
l’équation (ii) de l’exercice 3, on obtient
FB=q
v×
B=q¡104¢³2,0
i3,0
j+1,0
k´×³2,0
i+5,0
j3,0
k´=
FB=q¡104¢h(3,0(3,0) 1,0(5,0))
i+
(1,0(2,0) 2,0(3,0))
j+(2,0(5,0) (3,0) (2,0))
ki=
FB=¡4×106¢¡104¢³4,0
i+8,0
j+16,0
k´=
FB=³0,160
i0,320
j0,640
k´N
E8. On donne q=2µC,
v=³
i+3
j´×106m/s et
FB=³3,0
i+
j+2,0
k´N.
Le champ magnétique inconnu ne possède que deux composantes, soit
B=By
j+Bz
k
Au moyen de l’équation 8.2, en faisant appel à l’équation (ii) de l’exercice 3, on obtient
FB=q
v×
B=
³3,0
i+
j+2,0
k´=q³1,0×106
i+3×106
j´×³By
j+Bz
k´=
4Électricité et magnétisme, Chapitre 8 : Le champ magnétique v4
© ERPI
³3,0
i+
j+2,0
k´=¡2,0×106¢³1,0×106
i+3×106
j´×³By
j+Bz
k´=
³3,0
i+
j+2,0
k´=³2,0
i6,0
j´×³By
j+Bz
k´=
³3,0
i+
j+2,0
k´=h6,0Bz
i2,0Bz
j+2,0By
ki
Lorsque deux vecteurs sont égaux, les composantes doivent être égales. On en conclut
facilement que By=1,0TetBz=0,5T, c’est-à-dire
B=³1,00
j0,500
k´T
E9. On donne q=e,
B=1,2
kTet
FB=³2
i+6
j´×1013 N.
La vitesse inconnue ne possède que deux composantes, soit
v=vx
i+vy
j.
Au moyen de l’équation 8.2, en faisant appel à l’équation (ii) de l’exercice 3, on obtient
FB=q
v×
B=
³2
i+6
j´×1013 =q³vx
i+vy
j´×³1,2
k´=
³2
i+6
j´×1013 =¡1,6×1019¢³vx
i+vy
j´×³1,2
k´=
³2
i+6
j´=¡1,6×106¢³vx
i+vy
j´×³1,2
k´=
³2
i+6
j´=¡1,6×106¢hvy(1,2)
ivx(1,2)
ji
Lorsque deux vecteurs sont égaux, les composantes doivent être égales, ce qui implique
que
vx=6
(1,6×106)(1,2) =3,13 ×106m/s
vy=2
(1,6×106)(1,2) =1,04 ×106m/s
Donc
v=³3,13
i1,04
j´×106m/s
E10. On donne q=e,
v=10
6
im/s et
FB=4×1014
jN.
(a) Sans faire de calculs, on sait que
Bdoit se trouver dans le plan xz pour être perpendi-
culaire à
FB.Pour en savoir plus, on utilise l’équation 8.2, en faisant appel à l’équation
(ii) de l’exercice 3 :
FB=q
v×
B=
4×1014
j=q³106
i´×³Bx
i+By
j+Bz
k´=
4×1014
j=¡1,6×1019¢h¡106¢Bz
j+¡106¢By
ki
Lorsque deux vecteurs sont égaux, les composantes doivent être égales, ce qui conrme
que By=0et permet de calculer que
Bz=4×1014
(1,6×1019)(106)=0,250 T
Il est impossible de déduire quoi que ce soit sur la composante Bxdu champ magnétique,
v4 Électricité et magnétisme, Chapitre 8 : Le champ magnétique 5
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