TP Physique  N° 02 :
Étude du champ magnétique

créé par un solénoïde.

Enoncé

Correction

   

 

 

Matériel :

-  Un solénoïde S possédant deux enroulements :

-  Enroulement S1 de nombre total de spires : N1 = 200.

-  Enroulement S2 de nombre total de spires : N2 = 400.

-  Longueur de la bobine : L = 41,2 cm

-  Rayon moyen d'une spire : R = 2,5 cm.

-  Un générateur de tension continue, un rhéostat et un ampèremètre.

-  Une sonde de Hall reliée à un Teslamètre :

ce dispositif permet de mesurer la valeur du champ magnétique.

Correction

I - But.
II - Inlfuence de la position de la sonde de Hall.
1)- Expérience.
2)- Schéma du montage.

3)- Mesures.

4)- Exploitation des mesures.

III - Influence de l'intensité et du nombre de spires.

1)- Expérience.

2)- Schéma du montage.

3)- Mesures.

I- But.

-  Le but des expériences proposées est d'étudier les caractéristiques du champ magnétique créé par une bobine longue (le solénoïde) parcourue par un courant.

II- Influence de la position de la sonde de Hall.

1)- Expérience :

On étudie le champ magnétique créé par un solénoïde parcouru par un courant continu, d'intensité I = 3,0 A.

On mesure la valeur de ce champ magnétique B en différents points de l'axe x'Ox du solénoïde.

2)- Faire le schéma du montage.

3)- Mesures :

Reproduire et compléter le tableau.

x en cm

–26

–24

–22

–20

–18

–16

–14

–12

–10

–8

–6

–4

–2

 

U (mV)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B mT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x (cm)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

U (mV)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B (mT)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)- Exploitation des mesures :

- Tracer le courbe B = f (x) prendre les échelles suivantes :

- Abscisses : 1 cm <==>2 cm

- ordonnées : 4 cm <==>1 mT

- Comment sont les lignes de champ à l'intérieur du solénoïde ?

- Quelle conclusion peut-on tirer de l'allure du graphe ?

- Remarque : on peut faire une étude graphique rapide à la calculatrice.

III- Influence de l'intensité et du nombre de spires.

1)- Expérience.

-  La sonde du Teslamètre est placée au point O (centre du solénoïde).

On mesure la valeur B0 du champ magnétique en ce point pour différentes valeurs de l'intensité I du courant.

On utilise l'enroulement S1, puis l'enroulements S2.

2)- Schéma du montage : idem.

3)- Mesures :

Reproduire et compléter les tableaux suivants

-  Enroulement S1 .

I en A

0,0

0,30

0,50

0,80

1,0

1,2

1,5

1,8

2,0

2,2

2,4

2,8

3,0

U en mV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B0 en mT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-  Enroulement S2.

I en A

0,0

0,30

0,50

0,80

1,0

1,2

1,5

1,8

2,0

2,2

2,4

2,8

3,0

U en mV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B0 en mT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)- Exploitation des mesures :

-  On utilise la calculatrice en mode statistique et on réalise un ajustement linéaire.

Tableau relatif à l'enroulement S1

-  Montrer que le modèle linéaire B0 = k1.I est le mieux adapté

-  En déduire la valeur de k1 et son unité.

-  Donner la valeur du coefficient de corrélation R et conclure.

Tableau relatif à l'enroulement S2

-  Montrer que le modèle linéaire B0 = k2.I est le mieux adapté

-  En déduire la valeur de k2 et son unité.

-  Donner la valeur du coefficient de corrélation R et conclure.

-  Que peut-on dire des grandeurs B et I à l'intérieur du solénoïde pour chaque enroulement ?

5)- Détermination de la relation entre B, I et n.

-  Déterminer la valeur n1 du nombre de spires par mètre pour l'enroulement S1.

-  Déterminer la valeur n2 du nombre de spires par mètre pour l'enroulement S2.

-  Comparer le rapport des coefficients k1 et k2 à celui des nombre n1 et n2. Quelle conclusion peut-on tirer ?

-  Montrer que B = μ.I.n.

-  Donner une valeur de μ en utilisant les résultats expérimentaux.

-  Calculer l'écart relatif entre la valeur expérimentale et la valeur théorique : μ0 = 4 π x 10–7 S . I

6)- Récapitulatif :

-  Faire un schéma du solénoïde en indiquant, le sens du courant.

-  Représenter les lignes de champ à l'intérieur et à l'extérieur du solénoïde.

-  Représenter le vecteur champ magnétique l'intérieur et à l'extérieur du solénoïde en différents endroits.

- I ndiquer les faces du solénoïde.

 

Simulation : animation en CabriJava permettant de simuler

les mesures effectuées à l'aide du teslamètre

(Solénoïdemesure.fig).