T.D sciences physiques 3me anne M et Sc-exp La force de Laplace page - 1 -

T.D Sciences physiques La force de Laplace et Acide-base 3me M et Sc-exp

E

A

N

M

A

B

B

B B

I- La force de Laplace Exercice N1 : Deux rails conducteurs rectilignes sont disposs horizontalement, parallles entre eux et sont distants d'une

longueur L = MN=10cm. Une tige de cuivre cylindrique de masse m=30g est libre de rouler sur ces deux rails et

assure entre eux un contact lectrique. La rsistance lectrique du circuit ainsi form est ngligeable.

1) Dfinir puis rappeler les caractristiques de la force de Laplace.

2) Cette tige est place dans l'entrefer de l'aimant en U qui

cre un champ magntique uniforme et vertical dans la rgion

limite par les rails (AB) et (AB) et de valeur B

=100mT.

Les deux rails sont relis aux bornes d'un gnrateur de courant

continu dintensit I=5A.

Reprsenter puis calculer la valeur de la force de Laplace

exerce sur l'lment de circuit MN.

3) Pour bloquer la tige on ralise le montage suivant en

conservant les valeurs de I et de B

.

a) Faire le bilan des forces exerces sur la tige (MN).

b) En exploitant la condition dquilibre de la tige donner

lexpression de la valeur de la masse M en fonction de I, L,

B

et g puis calculer sa valeur g =10N.kg-1 4) Les rails sont prsent inclins d'un angle de =10 par

rapport l'horizontale.

a) Faire le bilan des forces exerces sur la tige (MN) en quilibre.

b) L'intensit I du courant dans la tige est elle suffisante pour qu'elle reste

immobile sur les rails. Si non calculer sa valeur.

c) Reprendre la question prcdente avec le champ magntique

perpendiculaire aux rails dans le plan.

Exercice N2 : Un fil conducteur en cuivre OA rigide et homogne, de masse m, de longueur l, est suspendu par son

extrmit suprieure en O un axe fixe , autour duquel il peut tourner sans frottement ; sa partie infrieure plonge dans une cuve contenant du mercure lui permettant de faire partie dun circuit

lectrique comprenant un rhostat et un gnrateur de tension continue G qui plonge

dans une rgion o rgne un champ magntique uniforme B

orthogonal au plan de la

figure.

En fermant linterrupteur K, un courant lectrique dintensit I traverse le fil OA et

celui-ci prend la position indique par le schma ci-contre.

1) Reprsenter les forces exerces sur le fil.

2) Indiquer sur le schma le sens du courant lectrique.

3) En appliquant la condition dquilibre la tige, Calculer langle que fait le fil

conducteur avec la verticale.

On donne : I = 5A, l=25 cm, m=8g et B

=0,05 T.

Exercice N3 : On considre le dispositif reprsent sur la figure 1: OA est une tige conductrice de longueur OA = L = 40 cm de masse m = 3 g, mobile autour dune axe horizontal passant par son extrmit O.

E

A

N

M

A B

B

B

B

E

A

N

M

A B

B

B

M

O

A

G K

B

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Lautre extrmit A est relie un fil souple conducteur ne gnant nullement le mouvement possible de

la tige. Cette tige est soumise laction dun champ magntique uniforme 1B

perpendiculaire au plan de la

figure de valeur 1B

= 0,1 T. Ce champ 1B

rgne dans une rgion limite par AC = l = 10 cm.

Au point M de la tige tel que OM = 10 cm est attach un ressort horizontal ; isolant de raideur K = 23 N. m-1.

Lorsque la tige est traverse par un courant dintensit I1 = 10 A ; elle dvie dun angle = 8 et se stabilise dans une nouvelle position dquilibre (voir figure 2). On suppose que la dviation est faible de faon que la partie plonge dans le champ reste sensiblement la mme et le ressort reste horizontal et allong de l. 1) a Indiquer le sens du courant traversant la tige. b Donner les caractristiques de la force de la place exerce sur la tige. 2) a Faire le bilan des forces exerces sur la tige lorsquelle parcourue par le courant I1. b- En appliquant le thorme des moments la tige, dterminer lallongement du ressort l. 3) On enlve le ressort et on superpose au champ 1B

un autre champ 2B

perpendiculaire au plan de la

figure et oppos 1B

.

Le champ 2B

rgne dans une rgion de faon que la tige soit totalement plonge dans cette rgion.

La tige est toujours parcourue par le mme courant I1= 10 A et dans le mme sens que 2) ; La dviation de la tige par rapport la verticale est alors = 4 ; a Faire le bilan des forces exerces sur la tige.

b Dterminer la valeur du champ magntique 2B

.

4) Dans cette question la tige OA est isole du montage prcdent ; elle est lie au bras dune balance dont les deux bras sont isolants et gaux. La tige est maintenue horizontale dans un plan perpendiculaire au plan de la figure 3 et elle est parcourue par un courant dintensit I3. Ce courant est amen par deux fils souples et de masse ngligeable.

La tige est compltement plonge dans un champ 3B

horizontal et contenu dans le plan de la figure tel

que 3B

= 5.10-2 T.

En labsence de courant I3 ; la tige OA et le flau sont en quilibre horizontaux. Lorsque la tige est traverse par I3 ; il faut placer une masse m0 = 4 g sur le plateau P pour rtablir lquilibre horizontal. a Dduire de ces expriences les caractristiques de la force de Laplace. b Prciser le sens du courant I3 et calculer sa valeur.

1B

O

1B

5 5 M O

A

C

M

A

Fig1 Fig2

(P)

A

O 3B

O

m0