Lycée Brizeux (Quimper) PCSI TP de Physique

TP15 Champ magnétique

Capacités exigibles du programme : Mettre en œuvre un dispositif expérimental pour étudier l’action d’un champ magnétique uniforme sur une boussole.

Créer un champ magnétique tournant à l’aide de deux ou trois bobines et mettre en rotation une aiguille aimantée.

Décrire, mettre en œuvre et interpréter des ex périences illustrant les lois de Lenz et de Fara day.

Mesurer la valeur de l’inductance propre d’une bobine.

Mettre en évidence qualitativement les cou rants de Foucault.

Liste du matériel : – Bobines de Helmholtz, bobines de 500 – Carcasse magnétique (transformateur) et 250 – Boussole, aimant droit – Générateur de tension spires Travail préparatoire : Consulter les documents suivants : http://www.youtube.com/watch?v=AmCx172SmmI http://www.youtube.com/watch?v=8uWz2bkkR9U – Multimètre – Sonde à effet Hall – Tube de cuivre à courant de Foucault, billes – Boîte de capacité variable

1 Mesure du champ magnétique terrestre

Déterminer et mettre en œuvre un protocole expérimental permettant de mesurer le champ magnétique terrestre.

2 Approche qualitative de l’induction

Déterminer et mettre en œuvre un protocole expérimental permettant de caractériser de façon qualitative la loi de Lenz.

Déterminer et mettre en œuvre un protocole expérimental permettant de montrer de façon qualitative l’effet des courants de Foucault.

3 Mesure d’inductances propre et mutuelle

Déterminer et mettre en œuvre un protocole expérimental permettant de mesurer l’inductance mutuelle de deux bobines appartenant à deux circuits RLC couplés. Décrire comment augmenter cette inductance mutuelle.

Déterminer et mettre en œuvre un protocole expérimental permettant de créer un transformateur 20 V/ 5 V.

4 Machine tournante

Déterminer et mettre en œuvre un protocole expérimental permettant de créer une machine tournante. Vérifier la valeur de la vitesse de rotation de la machine.

– 1 – P.E LEROY

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Annexe 1 - Champ créé par une bobine

Au centre d’une bobine assimilable à une spire (de faible longueur), ayant N enroulements et de rayon R , on a ~ 0 = µ 0 N I ~ x suivant l’axe Ox de la bobine. Ce champ s’ajoute au champ magnétique terrestre que l’on peut 2 R placer perpendiculairement à l’axe de la bobine. Alors le champ total est donné par : ~ T = ~ HT + ~ 0 L’aiguille aimantée subit alors un couple de torsion qui tend à l’orienter dans le sens de ~ T . On a à l’équilibre : B HT B 0 = tan α Remarque : Il s’agit de la mesure d’un champ très faible, on doit alors produire un champ magnétique du même ordre de grandeur. Donc B HT et B 0 doivent être du même ordre de grandeur.

– 2 – P.E LEROY

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Annexe 2 - Circuits RLC couplés

On considère le montage suivant dans lequel on couple deux circuits RLC par mutuelle induction.

On peut montrer que la résonance de u e a lieu pour deux pulsations ω + et ω − qui vérifient : ω ± = √ 1 ω 0 ± k avec ω 0 = 1 √ LC et k = M L Remarque : On choisit les valeurs telles que les résonances soient autour de 1 MHz. On prendra des valeurs de résistances faibles (autour de 10 Ω ).

– 3 – P.E LEROY

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Annexe 3 - Machine tournante

On sait qu’un champ tournant dans le sens trigonométrique est de la forme : B 0 cos( ωt ) ~ x + B 0 sin( ωt ) ~ y Il est possible de décomposer un champ magnétique oscillant sur un axe en deux champs tournant dans des sens différents.

En effet on a : B 0 cos( ωt ) ~ x = 1 2 ( B 0 cos( ωt ) ~ x + B 0 sin( ωt ) ~ y ) + 1 2 ( B 0 cos( − ωt ) ~ x + B 0 sin( − ωt ) ~ y ) A partir d’un simple champ oscillant on peut créer une machine tournante dans un sens ou dans l’autre. Il suffit de lancer le système pour qu’il accroche le champ tournant.

– 4 – P.E LEROY