Electromagnétisme 2- ens - e-mediasciences.uclouvain.be©tisme 2- ens... · Scienceinfuse...

PH

YS

IQU

E

Scienceinfuse • Antenne de formation et de promotion du secteur sciences & technologies

rue des Wallons 72 L6.02.01 • 1348 Louvain-la-Neuve

Electromagnétisme

© Geek3

Scienceinfuse ELECTROMAGNETISME - 2

PH

YS

IQU

E

Vous pouvez prendre contact au 010/47 39 75 ou par mail à l’adresse [email protected]

Suivez les actualités scienti0ques ainsi que nos événements sur facebook www.facebook.com/scienceinfuse

Introduction Les minerais magnétiques sont connus depuis 2500 ans : la magnétite, ou « pierre d’aimant », qui contient de

l’oxyde de fer (Fe3O4), était déjà extraite en Magnésie (Turquie), à cette époque.

L’origine de la magnétisation de la magnétite est le champ magnétique terrestre : la magnétite est présente

dans des roches d’origine volcanique, qui ont eu une phase liquide ou pâteuse au sein de laquelle de nom-

breuses zones microscopiques se sont organisées suivant le champ terrestre.

La magnétite est utilisée dans la marine chinoise dès le IVième siècle avant J.-C., à des 0ns d’orientation. Mais ce

n’est qu’au XIIième siècle après J.-C. que la boussole apparaît en Europe.

Certains oiseaux et certains poissons possèdent des grains de magnétite dans des organes spécialisés, et se

dirigent selon le champ magnétique terrestre lors de leurs migrations. Certaines bactéries en ont également.

En 1820, un Danois, Oersted, découvre par hasard qu’un courant électrique fait tourner l’aiguille d’une bous-

sole. Le lien entre électricité et magnétisme apparaît ainsi pour la première fois : les charges électriques en

mouvement génèrent des champs magnétiques, qui agissent sur les objets ferromagnétiques (les charges

électriques, en mouvement ou au repos, génèrent aussi des champs électriques, qui agissent sur les charges

électriques). Inversément, une variation de Iux magnétique à travers un circuit crée dans ce circuit l’apparition

d’un courant induit. Dès lors, les physiciens associent électricité et magnétisme au sein d’une nouvelle disci-

pline, l’électromagnétisme, qui culmine avec l’écriture des équations de Maxwell en 1865. Ces équations, ra-

menées par la suite en un ensemble de 4 équations, sont parmi les plus élégantes de la physique.

Maxwell a aussi montré que la lumière est une onde électromagnétique, donc l’oscillation d’un champ élec-

trique et d’un champ magnétique interdépendants.

L’une des grandes diKérences entre les charges électriques et le magnétisme, cependant, est que les charges

électriques peuvent exister en unités séparées (charge + / charge -), alors que les pôles magnétiques vont tou-

jours au moins par deux (un pôle nord et un pôle sud), ce qui fait que les lignes de champ sont toujours fer-

mées. Un pôle magnétique est le point où toutes les lignes de champ magnétique se rejoignent.

Le magnétisme existe sous diKérentes formes (ferromagnétisme, diamagnétisme, paramagnétisme), aux pro-

priétés plus ou moins complexes, et a de nombreuses applications très intéressantes (supraconduction, cou-

rants de Foucault, freinage et lévitation magnétiques, ...). Nous nous limiterons, dans ce vaste domaine, à

l’étude expérimentale de quelques phénomènes liés au ferromagnétisme.


PH

YS

IQU

E



Ce kit comprend 9 sets identiques d’expériences sur l’électromagnétisme, ainsi qu’un set particulier compre-

nant des expériences de démonstration à faire par le professeur.

La durée de l’atelier complet est de 2 à 3 fois 50 minutes.

Dans cet atelier, les élèves vont

• investiguer les aimants naturels (démonstration par le professeur)

• examiner le champ magnétique autour d’un aimant droit tel que visualisé par un montage de petites ai-

guilles aimantées (démonstration par le professeur)

• fabriquer une boussole

• tester les interactions entre pôles d’aiguilles de boussole

• raisonner sur les pôles magnétiques terrestres et sur le rôle du champ magnétique terrestre s’étendant

dans l’espace (explications par le professeur)

• rechercher les matériaux magnétiques

• examiner les eKets magnétiques des courants électriques (dispositif actionné par le professeur)

• créer un électroaimant

• examiner l’origine microscopique du champ magnétique (explications par le professeur)

• produire des courants induits

• investiguer les interactions courant – champ magnétique et déterminer expérimentalement le sens de la

force de Laplace

• faire fonctionner une maquette de générateur de courant / moteur électrique

• apprendre comment faire disparaître l’aimantation (explications du professeur)


PH

YS

IQU

E



Matériel Les 10 boîtes élèves contiennent chacune le même matériel :

• 2 boussoles

• 2 clous en acier

• 1 boulon en fer pur

• des trombones

• 1 tronçon de cylindre en mousse (polyuréthane) pour soutenir le clou-boussole

• 1 barquette en plastique pour faire Iotter le clou-boussole

• des boîtes de Pétri contenant chrome, fer, nickel, carbone, cobalt

• ou des morceaux de divers matériaux

• 1 barreau en aluminium

• 1 barreau en cuivre

• 1 bobine de 600 ou 800 spires

• 2 0ls de connexion

• 4 pinces crocodile

• 1 micro-ampèremètre à zéro central ou 1 multimètre

Ce matériel s’accompagne par groupe , de

• 1 petit aimant cylindrique

• 1 grosse pile rectangulaire de 4,5 V

• 1 aimant puissant (attention à ne pas se pincer les doigts en les manipulant ; les garder

toujours séparés par un bloc de mousse), dont le pôle nord est marqué par une pastille rouge

et le sud par une verte

• 2 rails métalliques en T


PH

YS

IQU

E



La boîte enseignant contient:

• du matériel de réserve

• 1 échantillon de magnétite

• 1 grande aiguille de boussole sur pied

• 1 aimant droit

• 1 dispositif à petites aiguilles aimantées

• du 0l électrique enroulé sur un support en plastique

• 1 générateur de courant continu

• 1 modèle de générateur-moteur électrique

• 3 boussoles sur plaquette

• De la limaille de fer

Le professeur prévoira en outre:

• un rétroprojecteur


PH

YS

IQU

E



Ressources

A(n d’aborder le thème de l’électromagnétisme, voici une liste non exhaustive des ressources

disponibles à Scienceinfuse :

Vidéos

C’est pas sorcier (25 min chacune)

Le magnétisme

Les coulisses d'un concert : faites parler les décibels !

Magnetic storm (50 min)


PH

YS

IQU

E



Le magnétisme naturel LES AIMANTS NATURELS


PH

YS

IQU

E




PH

YS

IQU

E



BOUSSOLES ET MAGNETISME TERRESTRE


PH

YS

IQU

E




PH

YS

IQU

E



LES MATERIAUX MAGNETIQUES


PH

YS

IQU

E



Effets magnétiques des courants électriques

CHAMP MAGNETIQUE PRODUIT PAR UN COURANT

Un fil électrique est enroulé autour d’un parallélépipède rectangle et forme une bobine.

Placer des pe�tes boussoles à l’intérieur de la bobine

Brancher le fil à une pile ou au générateur

Que constatez-vous ?

On constate que les aiguilles s’alignent

Tracez les lignes du champ magné-

�que B telles que montrées par les

boussoles en fonc�on du sens

du courant

Règle déterminant le sens du champ magné�que dans une bobine = règle de la main

droite

La main droite est placée sur les spires de façon telle que les doigts indiquent le sens

conven�onnel du courant et que la paume soit tournée vers l’intérieur de la bobine;

le pouce écarté donne le sens des lignes de champ à l’intérieur de la bobine.

B


PH

YS

IQU

E



Dans le cas d’un fil rec�ligne traver-

sé par un courant, les lignes du

champ magné�que créé sont des

cercles disposés dans un plan per-

pendiculaire au fil.

Règle déterminant le sens du

champ magné�que :

Règle du pouce droit

Si on enroule la main droite autour

du fil , le pouce indiquant le sens

conven�onnel du courant, les

doigts recourbés donnent le sens

des lignes du champ magné�que


PH

YS

IQU

E



BOBINE + BARREAU EN ACIER (FER + CARBONE)


PH

YS

IQU

E



BOBINE + BARREAU EN FER DOUX


PH

YS

IQU

E



Origine du magnétisme


PH

YS

IQU

E




PH

YS

IQU

E



L’induction électromagnétique

Quand l’aimant est un mouvement, on détecte le passage d’un courant dans la

bobine. Si l’on inverse le sens du mouvement, le sens du courant change


PH

YS

IQU

E



Interaction d’un courant électrique


PH

YS

IQU

E




PH

YS

IQU

E



Générateurs et moteurs


PH

YS

IQU

E



Les moteurs électriques permettent de transformer l’énergie élec-trique fournie par le réseau en travail mécanique en fonction des be-soins des divers utilisateurs.

Le moteur tourne alors en sens inverse.


PH

YS

IQU

E



Désaimantation = destruction de l'alignement et retour au

désordre

Electromagnétisme 2- ens - e-mediasciences.uclouvain.be©tisme 2- ens... · Scienceinfuse...

Documents

Transcript of Electromagnétisme 2- ens - e-mediasciences.uclouvain.be©tisme 2- ens... · Scienceinfuse...