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? Dans ce laboratoire, tu utiliseras une sonde à effet Hall pour étudier la relation entre 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 : une sonde à effet Hall un câble USB un aimant permanent une règle Marche à suivre : Étape n o 1 : Branche la sonde à effet Hall au câble USB qui est branché à l ordinateur. Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. 1
Étape n o 2 : Configure le logiciel DataStudio pour afficher sur un graphique de l intensité du champ magnétique. Étape n o 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 doit être d environ 1 mm/s. Observe l intensité du champ magnétique selon le graphique dans DataStudio. Lorsque l intensité devient nulle, arrête la collecte des données. À la fin de l expérience, le graphique devrait ressembler à l image ci dessous : Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. 2
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? Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. 3
Physique 30 Labo L induction électromagnétique Contexte : Il est possible de générer un courant électrique dans une bobine de fil conducteur en faisant 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 aimant et de fil conducteur. Problème : Comment génère-t-on un le courant électrique à l aide d une bobine de fil conducteur et d un aimant? Quelle est la relation entre la vitesse de déplacement d un fil au travers d 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 un circuit imprimé RLC (ou une bobine de fil conducteur non isolé) un aimant droit, préférablement cylindrique, suffisamment petit pour entrer dans la bobine de fil conducteur des supports de laboratoire, des pinces de fixation et des tiges de support du papier pour fabriquer des tubes un morceau de mousse d environ 2 cm d épaisseur Marche à suivre : Étape n o 1 : Branche le voltmètre au câble USB. Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. 1
Étape n o 2 : À l aide des supports de laboratoire, fixe solidement le circuit imprimé RLC à l horizontale, à 30 cm au-dessus de la table de laboratoire. Branche les fils du voltmètre dans les 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 : Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. 2
Étape n o 3 : Configure le logiciel DataStudio afin d afficher un graphique de la différence de potentiel en fonction du temps. Étape n o 4 : Maintenant, tu vas laisser tomber l aimant à travers la bobine. Tiens-le verticalement juste 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 morceau de mousse ou rattrape-le afin de ne pas endommager la table de laboratoire. 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 n o 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 Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. 3
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 n o 6 : Répète plusieurs fois les étapes n os 4 et 5 en laissant tomber l aimant de plus en plus 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 : Comment génère-t-on un courant électrique à l aide d une bobine de fil conducteur et d un aimant? Quelle est la relation entre la vitesse de déplacement d un fil conducteur au travers d un champ magnétique et la différence de potentiel qui est produite? Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. 4
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? Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. 5