Découverte du champ magnétique et du champ électrostatique

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1 Thème : COMPRENDRE LE CHAMP MAGNÉTIQUE Découverte du champ magnétique et du champ électrostatique 1 ère S Expérience n 1 : On pose sur la table une petite aiguille aimantée mobile autour d un axe fixe. On approche successivement de l aiguille, un aimant puis un circuit parcouru par un courant. On renouvelle l expérience en inversant les pôles de l aimant, le sens du courant, la forme de l aimant 1. Noter vos observations 2. Conclure Si l'on place une aiguille aimantée à proximité d'un aimant, on constate que : - L'aiguille prend une direction tangente à la ligne de champ (on remarquera que les lignes de champ sont des boucles fermées). - L'aiguille s'oriente du pôle nord vers le pôle sud de l'aimant. - L'aiguille est attirée "plus ou moins fort" selon sa position et la nature de l'aimant

2 Expérience n 2 : Mettre sur une plaque composée de petits barreaux en acier libres de pivoter sur euxmêmes un aimant droit. 3. Que se passet-il? 4. Sur le schéma distribué par l enseignant, a. placer le pôle nord et le pôle sud de l aimant. b. tracer le vecteur champ magnétique au point A, B et C Définition d une ligne de champ : les lignes de champ d un aimant sont des lignes qui joignent ses pôles. Elles sont orientées du pôle Nord vers le pôle Sud comme le champ magnétique. En tout point de l espace, le vecteur champ magnétique est tangent à une ligne de champ. N S Bilan n 1 : Champ magnétique A chaque point d une région de l espace dans laquelle règne un champ magnétique, on associe un vecteur champ magnétique noté qui caractérise les propriétés de ce champ vectoriel : Point d application: point de l espace considéré Direction : dirigé selon l aiguille aimantée Sens : du pole sud au pole nord de cette aiguille. Valeur : B en tesla. magnets-and-electromagnets_fr.jar

3 Expérience n 3 On réalise le spectre d un aimant en U en utilisant plusieurs plaques composée de limaille de fer 5. Noter vos observations 6. Conclure Les lignes de champ sont parallèles. On obtient un champ uniforme dans l'entrefer de l'aimant. (même direction; même sens; même intensité) Champ magnétique terrestre Le champ magnétique terrestre peut être modélisé par le champ créé par un aimant droit placé à l intérieur du globe. Video 1 -- video 2

4 LE CHAMP ÉLECTROSTATIQUE Expérience n 4 : Un condensateur plan est constitué de 2 armatures planes métalliques et parallèles séparées par un isolant. Une pointe de la machine de Whimshurt est reliée à une plaque en cuivre tandis que l autre est relié à une autre plaque en cuivre placée en face de la première, avec deux pinces croco. On saupoudre de manière aléatoire, dans un récipient qui contient de l huile, des grains de semoule, puis on actionne la machine de Whimshurt. 7. Noter vos observations 8. Les lignes de champ sont orientées de la plaque chargée positivement vers la plaque chargée négativement. Comme pour le champ B étudié précédemment, représenter le champ électrique E aux points M et P. Bilan n 2: Champ électrostatique * Un condensateur plan est formé par deux lames conductrices planes et parallèles, proches l une de l autre, et séparées par un isolant. * Entre les armatures d un condensateur plan chargé, il règne un champ électrostatique uniforme noté Point d application : point de l espace considéré Direction : celle des lignes matérialisées par la semoule Sens : de la plaque chargée + vers la plaque chargée - Valeur: E en V.m -1 Sa valeur dépend de la tension U entre les plaques, et de la distance d entre celles-ci. E = U /d - E s exprime en V.m -1 - U s exprime en V - D s exprime en m ( distance entre les 2 plaques) charges-and-fields_fr.jar 1S-TP10-ChampE.swf

5 Une particule de charge q placée dans un champ électrostatique non uniforme est soumise à une force telle que

6 Expérience n 5: Une boîte de Pétri contient de l huile ainsi qu un anneau de cuivre relié à une pointe de la machine de Whimshurt et en son centre un fil relié à l autre pointe de la machine. Ceci constitue une coupe d un condensateur cylindrique. On saupoudre de manière aléatoire des grains de semoule. On actionne la machine de Whimshurt. 9. Noter vos observations. Faire un schéma de votre observation. 10. Comment peut-on qualifier le champ dans un condensateur cylindrique? Condensateur cylindrique

7 III- Champ de gravitation et champ de pesanteur 1. Champ de gravitation Rappel : Tous les corps qui possèdent une masse s attirent mutuellement : c est l interaction gravitationnelle (portée infinie et agit dans tout l univers) m A m B Un champ de gravitation règne en tout point de l espace lorsqu un objet massique, placé en ce point, y subit une action mécanique d attraction gravitationnelle du fait de la présence d un autre objet massique. Un champ gravitationnel qui existe autour d un objet massique est un champ vectoriel. Il est centripète.

8 2. Champ de pesanteur rappel : Le poids d un objet est la force qui traduit la manifestation de la gravitation au voisinage de la Terre ( ou d une autre planète). Elle s exerce selon la verticale du lieu vers le bas. L intensité du poids est déterminée par la relation P = mg Un champ de pesanteur règne en tout point de l espace autour de la Terre ( ou une autre planète) lorsqu un objet massique, placé en ce point, y subit une action mécanique d attraction modélisée par son poids. * direction : verticale du lieu ( fil de plomb) * sens : vers le bas * valeur : g appelée intensité de pesanteur Le champ de pesanteur s identifie au champ de gravitation si on néglige la rotation de la Terre autour de l axe des pôles. Remarques : * L intensité de pesanteur diminue avec l altitude. * Au voisinage de la Terre (ordre du km), le champ de pesanteur peut être considéré comme uniforme : même direction, même sens et même norme. (champ de pesanteur local)