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Physique 30 Labo L’intensité du champ magnétique

Contexte :

La plupart des gens qui ont déjà joué avec un aimant permanent savent que plus on s’en

approche, plus la force magnétique est grande. Il est donc évident que l’intensité du champ

magnétique varie en fonction de la distance par rapport à l’aimant. Cependant, quelle est la

relation exacte entre l’intensité du champ magnétique et la distance par rapport à l’aimant ?

Danscelaboratoire,tuutiliserasunesondeàeffetHallpourétudierlarelationentre

l’intensité du champ magnétique et la distance par rapport à l’aimant.

Problème :

Comment l’intensité du champ magnétique varie-t-elle selon la distance ?

Variables :

Les variables de cette expérience sont l’intensité du champ magnétique et la distance

par rapport à l’aimant. Détermine les variables manipulée(s), répondante(s) et contrôlée(s).

Matériel :

unesondeàeffetHall•

un câble USB•

un aimant permanent•

une règle•

Marche à suivre :

Étape no 1 :

BranchelasondeàeffetHallaucâbleUSBquiestbranchéàl’ordinateur.

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Étape no 2 :

ConfigurelelogicielDataStudiopouraffichersurungraphiquedel’intensitéduchamp

magnétique.

Étape no 3 :

Place l’extrémité de la sonde de manière à ce qu’elle touche à peine l’aimant permanent.

Clique sur « Démarrer » dans DataStudio pour commencer à recueillir des données. En même

temps, éloigne la sonde de l’aimant à une vitesse lente et constante. La vitesse de la sonde

doitêtred’environ1mm/s.Observel’intensitéduchampmagnétiqueselonlegraphique

dansDataStudio.Lorsquel’intensitédevientnulle,arrêtelacollectedesdonnées.Àlafin

de l’expérience, le graphique devrait ressembler à l’image ci-dessous :

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Analyse et interprétation :

1. L’intensité du champ magnétique augmente-t-elle ou diminue-t-elle lorsque

la distance à l’aimant augmente ? Explique ta réponse.

2. Comment décrirais-tu la relation entre l’intensité du champ magnétique

et la distance ? Décris mathématiquement cette relation. Appliquer différentes

régressions aux données dans DataStudio peut t’aider à déterminer le type de courbe

qui correspond le mieux à tes données.

Conclusion :

3. Réponds par écrit à la question suivante : Comment l’intensité du champ magnétique

varie-t-elle selon la distance ?

Approfondissement :

4. Refais l’expérience avec un solénoïde. Place la sonde à différents endroits par rapport

au solénoïde et à l’intérieur de celui-ci. La relation découverte dans ce laboratoire

est-elle aussi valable pour les solénoïdes ?

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Physique 30 Labo L’induction électromagnétique

Contexte :

Ilestpossibledegénéreruncourantélectriquedansunebobinedefilconducteurenfaisant

passer un aimant au milieu de la bobine. Cette découverte est à la base de la production

d’électricité à grande échelle.

Dans ce laboratoire, tu étudieras comment on génère un courant électrique à l’aide d’un

aimantetdefilconducteur.

Problème :

Commentgénère-t-onunlecourantélectriqueàl’aided’unebobinedefilconducteuret

d’unaimant?Quelleestlarelationentrelavitessededéplacementd’unfilautraversd’un

champ magnétique et la différence de potentiel qui est produite ?

Variables :

Les variables de cette expérience sont la différence de potentiel, la vitesse de déplacement

de l’aimant à l’intérieur de la bobine et le nombre de spires de la bobine. Détermine les

variables manipulée(s), répondante(s) et contrôlée(s).

Matériel :

un voltmètre et des pinces crocodile•

un câble USB•

uncircuitimpriméRLC(ouunebobinedefilconducteurnonisolé)•

unaimantdroit,préférablementcylindrique,suffisammentpetitpourentrerdans•

labobinedefilconducteur

dessupportsdelaboratoire,despincesdefixationetdestigesdesupport•

du papier pour fabriquer des tubes•

un morceau de mousse d’environ 2 cm d’épaisseur•

Marche à suivre :

Étape no 1 :

Branche le voltmètre au câble USB.

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Étape no 2 :

Àl’aidedessupportsdelaboratoire,fixesolidementlecircuitimpriméRLCàl’horizontale,

à30cmau-dessusdelatabledelaboratoire.Branchelesfilsduvoltmètredansles

connecteurs situés de part et d’autre de la bobine sur le circuit RLC. Pose le morceau de

mousse sur la table, en dessous de la bobine. Il protègera la table de laboratoire et l’aimant

lorsque ce dernier tombera à travers la bobine. Voici à quoi le montage devrait ressembler :

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Étape no 3 :

ConfigurelelogicielDataStudioafind’afficherungraphiquedeladifférencedepotentiel

en fonction du temps.

Étape no 4 :

Maintenant,tuvaslaissertomberl’aimantàtraverslabobine.Tiens-leverticalementjuste

au-dessus de la bobine. Clique sur « Démarrer » pour commencer la collecte de données,

puis laisse tomber l’aimant au centre de la bobine. Assure-toi que l’aimant tombe sur le

morceaudemousseourattrape-leafindenepasendommagerlatabledelaboratoire.

Clique sur « Arrêter » pour terminer la collecte de données. Ensuite, ajuste l’échelle du

graphique pour bien voir le pic de la différence de potentiel produit par le passage de

l’aimant à travers la bobine.

*Remarque :  Les aimants doivent rester éloigner des médias informatiques, 

car ils ne font pas bon ménage.

Étape no 5 :

Sélectionne les mesures de différence de potentiel dans ton graphique. Utilise le « curseur

intelligent » de DataStudio pour déterminer la différence de potentiel maximale produite

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quand l’aimant a traversé la bobine. Cette valeur peut être positive ou négative – cela n’a

pas d’importance. Note cette différence de potentiel.

Étape no 6 :

Répète plusieurs fois les étapes nos4et5enlaissanttomberl’aimantdeplusenplus

vite. Assure-toi que l’aimant tombe toujours avec le même pôle en premier et augmente

la vitesse de déplacement de l’aimant en augmentant la hauteur de sa chute. Fabrique un

tube en papier à l’intérieur duquel l’aimant pourra passer. Prépare des tubes de différentes

longueurs (plus le tube est long, plus la vitesse de l’aimant sera grande quand il traversera

la bobine). Ces tubes de papier guideront l’aimant à travers la bobine. Note la différence de

potentiel maximale pour chaque essai.

Analyse et interprétation :

1. Pourquoi une différence de potentiel est-elle produite quand l’aimant traverse

la bobine ?

2. Quelle était la différence de potentiel maximale produite ? Quelle est la relation

entre la vitesse de l’aimant et la différence de potentiel produite ?

Conclusion :

3. Réponds par écrit aux questions suivantes :

Commentgénère-t-onuncourantélectriqueàl’aided’unebobinedefilconducteur •

et d’un aimant ?

Quelleestlarelationentrelavitessededéplacementd’unfilconducteurautravers•

d’un champ magnétique et la différence de potentiel qui est produite ?

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Approfondissement :

4. Conçois et réalise une expérience pour répondre aux questions suivantes :

Une bobine produira-t-elle une différence de potentiel si un aimant est maintenu •

immobile au milieu de cette bobine ?

Quelle est la relation entre la force de l’aimant et la différence de potentiel •

produite ?

La différence de potentiel change-t-elle si le premier pôle (nord ou sud) •

qui traverse la bobine change ?