Nom : Prénom : Contrôle sans calculatrice

Un élève désire connaître la valeur d’un champ magnétique créé dans l’entrefer d’un aimant en U alors qu’il ne dispose pas de Teslamètre.Il dispose d’un solénoïde, de fils, d’un générateur de tension continue réglable, d’un ampèremètre et d’une boussole.

Cas de l’aimant en U : L’élève repère les pôles Nord et Sud ( voir schéma 1 ) d’après leurs couleurs.1 ) Représenter la direction et le sens du champ magnétique (de norme) Bi crée par un aimant en U à l’intérieur et dans l’entrefer de l’aimant. (/ 0,5)2 ) Comment évolue l’intensité d’un champ magnétique dans l’entrefer d’un aimant en U ? (/ 0,5)

3 ) Représenter une petite boussole à l’intérieur de l’entrefer en coloriant en noir le pôle Sud . (/ 0,25)

Cas du solénoïde : On place une petite boussole ( l’extrémité noire représente le pôle Sud ) à l’intérieur d’un solénoïde de diamètre D =3,0 cm , de longueur L= 40 cm , constitué de 2000 spires et traversé par un courant de 1,0 A

4 ) D’après l’orientation de la boussole, représenter sur le schéma 2 , la direction et le sens du champ magnétique Bs exercé en M , point correspondant à l’axe de rotation de l’aiguille aimantée. (/ 0,25)5 ) En déduire , sur le dessin , où se situent les bornes positive (+) et négative (-) du générateur de tension réglable E .On argumentera directement sur cette feuille en énonçant la règle utilisée. (/ 1)

Sud

Nord

E( S1)

schéma 2schéma 1

M

ASud

Nord

E( S1)

schéma 2schéma 1

M

AAréglable

Nom : Prénom :

Un élève désire connaître la valeur d’un champ magnétique créé dans l’entrefer d’un aimant en U alors qu’il ne dispose pas de Teslamètre.Il dispose d’un solénoïde, de fils, d’un générateur de tension continue réglable, d’un ampèremètre et d’une boussole.

Cas de l’aimant en U : L’élève repère les pôles Nord et Sud ( voir schéma 1 ) d’après leurs couleurs.1 ) Représenter la direction et le sens du champ magnétique (de norme) Bi crée par un aimant en U à l’intérieur et dans l’entrefer de l’aimant. (/ 0,5)2 ) Comment évolue l’intensité d’un champ magnétique dans l’entrefer d’un aimant en U ? (/ 0,5)

3 ) Représenter une petite boussole à l’intérieur de l’entrefer en coloriant en noir le pôle Sud . (/ 0,25)

Cas du solénoïde : On place une petite boussole ( l’extrémité noire représente le pôle Sud ) à l’intérieur d’un solénoïde de diamètre D =3,0 cm , de longueur L= 80 cm , constitué de 4000 spires et traversé par un courant de 1,0 A

4 ) D’après l’orientation de la boussole, représenter sur le schéma 2 , la direction et le sens du champ magnétique Bs exercé en M , point correspondant à l’axe de rotation de l’aiguille aimantée. (/ 0,25)5 ) En déduire , sur le dessin , où se situent les bornes positive (+) et négative (-) du générateur de tension réglable E . On argumentera directement sur cette feuille en énonçant la règle utilisée. (/ 1)

Sud

Nord

E( S1)

schéma 2schéma 1

M

A

Sud

Nord

E( S1)

schéma 2schéma 1

M

AAréglable

Sud

Nord

L’élève place l’aimant en U de façon à ce que le solénoïde précédent se trouve dans l’entrefer comme dessiné sur le schéma 3. Il ne change pas la polarité du générateur de tension mais baisse la tension afin qu’aucun courant ne passe ( valeur initiale nulle I = 0 A ) L’axe de rotation de la boussole est toujours en M .Il fait alors augmenter l’intensité du courant I progressivement jusqu’à ce que la direction de l’aiguille aimantée soit déviée précisément d’un angle de 45° par rapport à sa direction initiale . Il mesure alors une intensité I = 4,0 A.

6 ) Représenter la position de la boussole en indiquant sa direction et en représentant en noir son pôle Sud. (/ 0,25)

7 ) Comment l’élève peut il en déduire la valeur du champ magnétique crée à l’intérieur de l’entrefer de l’aimant en U ? Donner cette valeur.On pourra réaliser une représentation vectorielle explicative dans le rectangle en pointillée (à droite du schéma 3)(/ 2)

8 ) Pourquoi ce résultat est il satisfaisant alors qu’il n’a pas été pris en compte le champ magnétique terrestre ? (/ 0,25)

Données : µ0 = 4 *10-7 SI

4 ≈ 12,5

schéma 3

E( S1)

M

90°

A

Sud

Nord B a

B a

B aB i

E( S1)

B s

Correction

schéma 2schéma 1

M

A

+

Sud

Nord B a

B a

B aB i

schéma 3

E( S1)

B s M

90°

Puisque l’angle est de 45° alors Bs = BiB = µ0 * I * N / L = 4 *10-7 * 4,0 * 2000/ 0,40 = 25 mT

A

+