Expériences magnétisme Matériel: Aimants avec les pôles, Aimants droits, Boussole (aiguille), Limaille de fer, Pastille en métal: cuivre ou laiton (matériau non magnétique), Ferrofluide. Tube de Foucault. Durée: 15-20min Explication: - AIMANTS: Un aimant est un matériau qui produit un champ magnétique. Il est constitué de deux pôles NORD et SUD. Si on ajoute un deuxième aimant, si on approche les deux mêmes pôles (N-N ou S-S), les champs magnétique des deux aimants s'opposent. A l'inverse, si on approche deux pôles différents, (N-S ou S-N), les champs magnétiques s'attirent (Montrer exemple avec les aimants) Lorsqu'on approche un aimant de la boussole, on observe une réaction de celle-ci. L'aiguille se met en rotation. Ceci est du au champ magnétique de l'aimant. On renouvelle l'expérience avec un métal. Ainsi, il n'y a aucune réaction de la boussole puisque ce matériau n'est pas magnétique et ne produit donc aucun champ magnétique. - LIMAILLE DE FER: Les expériences avec la limaille de fer permettent de mettre en évidence les lignes de champ. Elles constituent le spectre magnétique de l'aimant. Définition: limaille de fer est tout simplement des copeaux de fer. 1ere expérience: Saupoudrons de limaille de fer un support horizontal au dessous duquel nous avons placé un aimant droit. Les grains de limaille s'alignent selon les lignes de champ. 2eme expérience: On approche un aimant d'une boite en plastique contenant de la limaille de fer. On observe également les lignes de champ. Limaille de fer est venu se coller sur l'aimant.
Suite expériences magnétisme - FERROFLUIDE: De même pour observer les lignes de champ, on peut utiliser du ferrofluide c'est à dire de l'huile mélangé à des nanoparticules de fer (10^-9 mètres), donc capables de s'aimanter en présence d'un champ. Pour cela, on passe l'aimant sous une boite en plastique contenant le ferrofluide. Leur demander s'ils savent comment créer un champ magnétique???? Réponse: une bobine parcourue par un courant (électrons en mouvement) crée un champ magnétique. Des électrons mis en mouvement dans une bobine est équivalent à un aimant droit. Est ce que l'inverse est vrai, c'est à dire est ce qu'un aimant en mouvement peut faire bouger des électrons et donc créer un courant dans une bobine. Exemple de l'éolienne : le mouvement des pales permet de faire bouger un aimant situé près d'une bobine. - TUBE DE FOUCAULT: Approcher la pastille de cuivre et l'aimant d'une boussole, montrer que seul l'aimant crée un champ magnétique. On fait passer la pastille de cuivre dans le tube. Elle pastille tombe normalement. Puis on fait passer l'aimant dans le tube (temps de chute pour l'aimant plus long). En tombant, il met en mouvement les électrons dans le tube en cuivre. On a alors l'équivalent d'une bobine dans laquelle un courant passe. On a donc création d'un aimant qui s'oppose à la chute du premier. Lorsque la résistance du cuivre diminue, les électrons bougeront mieux dans le tube, donc l'effet sera plus fort. Dire que le froid permet de diminuer cette résistance. (Voir expériences AZOTE)
Expériences azote Matériel: Azote Pastille en métal: cuivre ou laiton (non magnétique) Aimants Tube de Foucault Ballon de baudruche Bananes, salade.. Clous + planche de bois + corde Durée: 15-20min Expériences: -AZOTE: Lorsqu'on verse de l'azote sur la table, on observe que ce dernier est en ébullition. Pourquoi? car l'azote est très froid ~196 C et la différence avec la température ambiante (~20 C) est très importante. On peut plonger rapidement la main dans le liquide, en y restant moins de 5secondes. Cela est possible car une fine couche protectrice se forme autour de notre main par la différence de température entre notre corps à ~37 C et celle de l'azote. Si on laisse la main dans le liquide plus de 5secondes on risque de se bruler. (destruction des cellules de la peau par le froid) -BALLON + BANANE + CLOUS + SALADE: Le froid permet de modifier les propriétés de certains matériaux. Lorsqu'on plonge le ballon de baudruche dans l'azote, il se rétracte sur lui-même. L'air qui se trouve à l'intérieur semble avoir disparu. On sort le ballon de l'azote ; progressivement il se réchauffe et retrouve sa forme et sa souplesse initiale. L'air n'avait pas disparu : à -196 il se condense et devient vraisemblablement liquide ; il occupe alors un volume bien plus petit que lorsqu'il est sous forme gazeuse à température ambiante. (Loi des gaz parfait: PV=nRT T diminue alors V diminue)
Lorsqu'on plonge une feuille de salade dans l'azote, on remarque qu'elle se durcie et qu'elle s'effrite. Plongeons une banane dans l'azote pendant un certain temps. A la suite de cela, la banane devient aussi dure qu'un marteau, on peut donc planter un clou avec celle-ci. -TUBE DE FOUCAULT: On refroidit le bas du tube dans l'azote jusqu'au moment ou il n'y a plus d'ébullition sur la surface de ce dernier. On fait passer un aimant dans le tube, il sera plus ralenti en bas du tube (froid) car la résistance aura diminuée.
Matériel: Aimant, Pastilles supraconducteurs, Azote, Avion, Socle plastique. Durée: 15-20 minutes Expériences lévitation Expériences: -Lévitation d'un aimant: La pastille de supraconducteur ne crée pas de champ magnétique, c'est à dire qu'elle ne dévie pas la boussole. A température ambiante, elle n'a pas de propriétés particulières, c'est juste une céramique. Mais lorsqu'on la refroidit, elle va pouvoir repousser tous les aimants car elle créer un champ magnétique qui s'oppose a celui des aimants. On refroidie donc la pastille avec de l'azote jusqu'à ce qu'il n'y ai plus ébullition. On place l'aimant au dessus de la pastille. On sent une résistance due aux champ magnétiques qui s'opposent, ce qui permet la lévitation de l'aimant. -Lévitation de l'avion: On pose sur les «rails» c'est-à-dire sur les aimants un support de 2ou3 centimètres de hauteur pour caler la boite contenant le supraconducteur. On refroidit ce dernier. On retire le support et l'avion l'évite. On le fait se déplacer avec une légère impulsion.