chap4-exo_bilan_champ_magnetique_1smp.doc
II - Topographie des lignes de champ ; spectres magnétiques. III - Champ
magnétique créé par une distribution filiforme de courant. 1°) Loi de Biot et
Savart.
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1SMP Cours Physique
Chap 4 : révision du Devoir Surveillé : Ancien Klassenarbeit (45 mn)
Apéritif (5 points) Est-ski jai bien appris mon cours ?
1) Dessiner les spectres magnétiques dun aimant droit, dun aimant en U et dun solénoïde. Orienter les lignes de champs et préciser le nom des pôles des aimants et celui des faces du solénoïde ainsi que le sens du courant qui le parcourt.
2) Citer 3 dispositifs permettant de créer un champ magnétique uniforme. Montrer sur les spectres dessinés en 1) les régions de lespace où le champ magnétique est uniforme
* Exercice 1 (6 points) Le sol est-il noïde ?
Une bobine de rayon r = 5,00 cm et longueur L = 50,0 cm comporte N = 200 spires régulièrement réparties.
Justifier pourquoi on peut assimiler cette bobine à un solénoïde.
Calculer la valeur du champ magnétique (en mðT) à l intérieur de ce solénoïde lorsque l intensité du courant qui le traverse vaut I = 200 mA. Vous donnerez le résultat avec le bon nombre de chiffres significatifs.
Sachant que l intensité maximale admissible est 200 mA, comment pourrait-on encore augmenter la valeur de ce champ magnétique ?
Laxe du solénoïde est placé horizontalement et perpendiculairement au méridien magnétique. On place une petite aiguille aimantée au centre du dispositif. Lorsquon fait passer un certain courant dans la bobine, laiguille dévie de 40° vers lest.
a. Faire un schéma clair de la situation : préciser en particulier le sens du courant et les 4 points cardinaux : Sud, Nord, Est, Ouest.
b. Calculer lintensité du courant parcourant le solénoïde. On donnera 2 chiffres significatifs.
On rappelle que Bh = ben zut alors
Exercice 2 (9 points) A en perdre la boussole
Une boussole est placée en O au centre d'un solénoïde S. En l'absence de courant, la boussole prend une direction perpendiculaire à l'axe horizontal du solénoïde. On placera le nord géographique en haut. Le solénoïde est placé dans un circuit série comprenant un générateur de tension continue, un rhéostat (résistor de résistance variable) et un interrupteur K. On ferme l'interrupteur K, le solénoïde est parcouru par un courant constant d'intensité I = 43,0 mA. La boussole dévie d'un angle að = 82,4° vers la droite.
Données : ðmð0 = & & .. à connaitre ; L = 42,0 cm ; N = 1400 spires.
Calculer la valeur BO (en mðT) du champ magnétique créé par le solénoïde au point O. Vous donnerez le résultat avec le bon nombre de chiffres significatifs.
En déduire la valeur BH (en mðT) de la composante horizontale du champ magnétique terrestre. Vous donnerez le résultat avec le bon nombre de chiffres significatifs.
La précision de la valeur précédente n'est pas satisfaisante. En effet, le rhéostat parcouru par un courant engendre un champ magnétique perturbateur noté EMBED Equation.3 et dont on ne connaît pas la valeur. Les deux manipulations suivantes permettent de s'affranchir de cette perturbation :
On place le rhéostat suivant l'axe du solénoïde.
L'extrémité du rhéostat est située à la distance D du point O. Le champ EMBED Equation.3 créé par le rhéostat a la même direction et le même sens que EMBED Equation.3 créé par le solénoïde.
La boussole dévie d'un angle að1 = 83,9 ° vers la droite lorsque le circuit est parcouru par le même courant
I = 43,0 mA. INCLUDEPICTURE "http://www.chimix.com/an8/concours8/image/berck803.gif" \* MERGEFORMATINET Etablir l'expression de tan að1 en fonction de BO, BH et BR.
On place le rhéostat perpendiculairement à l'axe du solénoïde. L'extrémité du rhéostat est toujours située à la distance D de O.
Le champ EMBED Equation.3 crée par le rhéostat a même direction et le même sens que EMBED Equation.3 créé par la terre.
La boussole dévie d'un angle að2 = 82,1° vers la droite lorsque le circuit est parcouru par le même courant I = 43,0 mA.
Etablir l'expression de tan að2 en fonction de BO, BH et BR.
Etablir l'expression de BH en fonction de BO, að1 et að2.
Calculer BH. Vous donnerez le résultat avec 3 chiffres significatifs.
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laöytF7%onduit à, en remplaçant BO par BO + BR : tanað1 = (BO + BR) / BH (1)
(1pt) Un raisonnement identique à celui ci-dessus conduit à, en remplaçant BH par BH + BR : tanað2 = BO /(BH + BR) (2)
INCLUDEPICTURE "http://www.chimix.com/an8/concours8/image/berck805.gif" \* MERGEFORMATINET (3 pts) (1) donne BR = BH*tanað1 - BO. (2) s'écrit : BR = BO / tanað2 - BH.
d'où : BH*tanað1 - BO = BO / tanað2 - BH.
D où BH*(tanað1 +1) = BO*(1 / tanað2 +1) et BH = BO*(1 / tanað2 +1) / (tanað1 +1).
(1pt) BH = 180mðT *(1/ tan 82,1 + 1) / (tan 83,9 +1) = 19,8 mðT.
að = 40°
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
I
Sud
Nord
Est
Ouest
EMBED Equation.3
