champ magnétique|1 bac international

cours champ magnétique : 1 bac international

cours et exercices champ magnétique , physique 1 Bac international français.

I – Les Aimants :

1 – Activité :
Aristote a écrit dans un de ses livres que le scientifique Thales (546 av. n. -  625 av. n.) connaissait l'existence de la "pierre aimantée" car il remarquait que les clous des
chaussures des bergers attiraient de petits morceaux de pierre aimantée (est aussi appelé magnétite) et l'aimant contient de l'oxyde de fer 𝑭𝒆𝟑𝑶𝟒, ce métal est l'aimant naturel le plus commun (انتشارا). Ce phénomène est appelé "magnétisme" par rapport à la ville Magnésie de turque, d'où provient magnétite.   
Dans l'un de ses écrits en 1080, Shen Gua décrit avec précision la boussole de la Chine. Là où il a écrit qu'elle est constituée d'un vaisseau avec de l'eau et un poisson en bois avec une aiguille de magnétite qui flotte sur l'eau et garde toujours la même direction. Les Chinois ont compté sur cette boussole pour concevoir leurs villes (تصميم مدنهم)et déterminer les directions. La boussole est constituée d'une aiguille aimantée placée sur un pivot et peut être tournée horizontalement.  Le nom de la boussole provient du mot italien "𝑩𝒖𝒔𝒔𝒐𝒍𝒂", qui signifie "𝒑𝒆𝒕𝒊𝒕𝒆 𝒃𝒐î𝒕𝒆"
Par analogie avec les pôles de la terre, on dit que l'aiguille aimantée a deux pôles et que le pôle qui se dirige vers le nord géographique de la Terre est appelé le pôle nord magnétique de l'aiguille. Alors que l'autre pôle s'appelle le pôle sud magnétique de l'aiguille.
a) Que se passe-t-il lorsqu’on approche un aimant à un morceau de fer ? Comment s'appelle ce phénomène ?
Lorsqu'on approche un aimant à un morceau de fer on remarque qu’il l'attire vers luice phénomène d'attraction s'appelle le magnétisme.
b) Décrire les composants de la boussole utilisés par les Chinois et comparer-les à la boussole moderne.
La boussole de la Chine est constituée d'un vaisseau avec de l'eau et un poisson en bois avec une aiguille de magnétite qui flotte sur lui, mais la boussole moderne est constituée d'une aiguille aimantée placée sur un pivot et peut être tournée horizontalement
c- Comment choisir les pôles de l'aiguille aimantée ?
Par convention, le pôle qui se dirige vers le nord géographique de la Terre est appelé le pôle nord magnétique de l'aiguille. Alors que l'autre pôle s'appelle le pôle sud magnétique de l'aiguille.
2 – Définition :
L'aimant est tout corps capable d'attirer le fer. Et les matériaux sont généralement
classés en matériaux magnétiques et autres matériaux non
magnétiques(cuivrealuminium, etc…).
L'aimant est constitué d'un alliage constitué principalement de cobalt, de fer et de nickel, lorsqu'on approche un morceau de fer à l’aimant pendant un certain temps, ce morceau de fer possède la propriété de l'attraction et on dit qu'il est magnétisé . 
3 – Les deux pôles de l’aimant :
L'aimant contient un pôle nord et un pôle sud et ils ne peu Lorsqu’on approche deux pôles similaires ils se repoussen deux pôles différents ils s’attirent
II – L’existence d’un Champ magnétique :
1 – Activité :
 On place les aiguilles aimantées sur une table horizontale éloignée
les unesaux autres.  
a- Qu’observez-vous sur l'orientation de l'aiguille aimantées ?
On remarque que toutes les aiguilles aimantées prend la 
b- Déplacent On décale les aiguilles aimantées de sa attendent ensuite qu'elles soient à nouveau équilibrées.
On remarque que toutes les aiguilles aimantées retournent à leur position d’équilibre 
c- Les aiguilles magnétiques sont-elles soumises à un Quel est son nom ? Quelle est sa source ?
Les aiguilles aimantées sont soumises à un champ magnétique magnétique terrestre. Sa source est la terre.
 d- Déduire le rôle joué par l'aiguille aimantée.
L'aiguille aimantée joue le rôle de détecteur de champ magnétique 
 Placer une aiguille aimantée isolée de tout aimant pour qu’elle prend la direction
représentée sur la Figure 1 , et lorsqu’on approche un aimant à elle, elle prend la direction représentée sur la Figure 2.  
a) Déterminer le pôle de l’aiguille aimantée qui est dirigé vers la droite pour vous.
Le pôle nord de l'aiguille aimantée est dirigé vers la droite.
b) Qu'est-il arrivé à l'aiguille aimantée lorsque vous avez approché à elle l'aimant droit ? Comment vous l'expliquer ?
Lorsqu’on approche l’aimant droit, la direction de l’aiguille aimantée est changée car son pôle nord est dirigé vers la gauche et son pôle sud est dirigé vers la droite. Cela s'explique par la présence de l'aiguille aimantée dans un champ magnétique crée par l'aimant
c- Déterminer la nature du pôle de l'aimant montré dans l'aimant montré dans l'image.
Puisque le pôle de l'aimant attire le pôle nord de l'aiguille aimantée du pôle sud de l'aimant.
d- On change les emplacements des aiguilles aimantées autour de l'aimant droit et on
obtient la figure 3.  Est-ce que la déviation de l'aiguille aimantée dépend de l’endroit où elle se trouve ?  
Oui, la déviation de l'aiguille aimantée est liée à l'endroit où elle se trouve, car elle prend différentes directions selon à leur position par rapport à l'aimante- Comment se comporte un morceau d'aimant cassé sur la figure 4 ? et comment se comportent les deux morceaux de l’aimant ? Que concluez-vous ?
Chaque morceau de l'aimant cassé se comporte comme l'aimant d'origine et lorsqu’on colle les morceaux cassés ils se comportent comme l'aimant d'origine. Ainsi, le pôle nord de l’aimant ne peut pas être isolé du pôle sud de l’aimant lorsqu’on casse.
 Au début du 19ème siècle, les scientifiques pensaient qu'il n'y avait pas de lien entre
les phénomènes électriques et magnétiques. On savait cependant que le foudre (الصاعقة )pouvait magnétiser des corps métalliques tombant à sa proximité, et pouvait aussi inverser les pôles d’une aiguille de boussole. Et en 1820, le professeur de science danois Hans Christian Orested a observé avec grand surprise comment l'aiguille aimantée se déviait chaque fois qu'elle était approchée à un fil électrique traversé par un courant électrique.
On place une aiguille aimantée près d'un fil conducteur droit de sorte que l'aiguille soit parallèle au fil conducteur 𝑰= 𝟎  (Figure 1) , un courant électrique d’intensitérelativement élevé traverse le fil conducteur (Figure 2).

Qu'est-ce qui arrive à l'aiguille aimantée lorsque le courant électrique 𝑰 ≠ 𝟎  traverse le fil conducteur ?
Lorsque le courant électrique traverse le fil conducteur, on observe que l'aiguille aimantée dévie.
Qu'est-ce qui arrive à l'aiguille aimantée lorsque le courant électrique 𝑰 ≠ 𝟎  passe dans le sens inverse ?
Lorsque le courant électrique passe dans le sens inverse, l'aiguille aimantée dévie dans le sens opposé
c- Que concluez-vous ?
La déviation de l'aiguille aimantée indique l'existence d'un champ magnétique crée par le courant électrique traversant le fil, cette déviation étant lié au sens du courant électrique.
2 – Conclusion :
 On remarque que lorsqu’on place l’aiguille aimantée dans plusieurs endroits, elle prend la même direction, on dit qu'il se trouve dans un champ magnétique appelé le champ magnétique terrestre

L'aiguille aimantée est utilisée comme détecteur de l'existence du champ magnétique et elle a deux pôles : un pôle nord correspondant au pôle nord
magnétique de la Terre et un pôle sud correspondant au pôle sud magnétique de la Terre.
L'aimant crée un champ magnétique dans une partie de l'espace qui l'entoure et il peut être détecté par une aiguille aimantée.
Le pôle nord de l’aimant ne peut pas être isolé du pôle sud après la cassure de l'aimant, car chaque morceau de l’aimant joue le rôle d'un aimant d'origine On observe la déviation de l'aiguille aimantée lorsque le courant électrique traverse un fil conducteur. En inversant le courant, l'aiguille dévie dans le sens opposé. On dit que le passage du courant électrique dans un fil crée un champ magnétique où la déviation de l'aiguille aimantée est liée au sens du courant électrique.

III – Vecteur du champ magnétique :

1- Les caractéristiques du vecteur du champ magnétique :
Lorsqu’On place une aiguille aimantée à côté d’un aimant, elle prend une direction et un sens définies et elles varient d’un point à l’autre. Et pour distinguer le champ
magnétique en un point on le associé à un vecteur du champ magnétique 𝑩⃗⃗ (𝑴) avec les caractéristiques suivantes :
Point d’application : le point 𝑴.
Direction : la direction prise par l’aiguille aimantée placée au point 𝑴
Sens : de pôle sud vers le pôle nord de l’aiguille aimantée (B= 𝑺𝑵⃗⃗⃗⃗⃗ ).
Intensité : 𝑩 mesuré par un appareil de Teslamètreson unité en (S.I) est : 𝑻𝒆𝒔𝒍𝒂 son symbole est : 𝑻.
2-Les Lignes de champ magnétique :
2-1- Activité :
On Place une plaque transparente sur un aimant droit.
On disperse la limaille de fer sur la plaque, puis on fait des clics légers sur elle.
On Place des aiguilles aimantées dans différentes positions autour de l'aimant On refait la même expérience en changeant l'aimant droit avec un aimant en forme de 𝑼, puis avec l'aimant de haut-parleur. On obtient les résultats suivants :
a- Quelle est la signification des termes : lignes de champ et spectre de champ ? Lors de la dispersion de la limaille de fer autour de l'aimant, leurs grains sont alignés pour former les lignes du champ magnétique et la somme de ces lignes forme un spectre du champ magnétique. b- Dessiner les figures des spectres du champ magnétique obtenu. Voir ci- dessus. c- De quoi pouvez-vous comparer un grain de la limaille de fer ? Expliquez comment les lignes du champ magnétique sont formées.
Les grains de limaille de fer se comportent comme une très petite aiguille aimantée car ils sont magnétisés dans le champ magnétique et chaque grain de limaille de fer attire son voisin, ce qui forme la ligne de champ magnétique.
d- Est-ce que ces lignes se croisent ? Sont-elles fermées ou ouvertes ?
Les lignes du champ magnétique ne se croisent pas et elles sont des anneaux fermés sur eux-mêmes à l’intérieur de l'aimant. e- Diriger les lignes de champ magnétique puis représenter le vecteur de champ magnétique à certains points des spectres obtenus. Voir ci- dessus.
f- Quelle est la nature du champ magnétique à l'intérieur d'un aimant en forme de 𝑼 ? Dans l’entrefer d'un aimant en forme de 𝑼, le vecteur de champ magnétique a les mêmes caractéristiques, alors les lignes du champ sont des droites parallèles.
On dit que le champ magnétique est uniforme. g- Justifier pourquoi le champ magnétique crée par l'aimant de haut-parleur est appelé le champ magnétique radial.
Le champ magnétique est appelé champ magnétique radial car à chaque point d’il appartient au rayon et toutes les lignes du champ convergent en un seul point.
2-2- Conclusion :
Le scientifique français Descartes (1596 - 1650) a observé que lors de la dispersion de la limaille de fer autour d’un aimant, leurs grains sont alignés pour former des lignes appelées lignes de champ magnétique, et la somme de ces lignes est forme un spectre magnétique.
Les lignes de champ magnétique d’un aimant sont des courbes fermées sur euxmêmes à l’intérieur de l'aimant, et dirigées de son pôle nord vers son pôle sud.
En un point du champ magnétique, le vecteur du champ magnétique est tangent à la ligne de champ.
Le champ magnétique est uniforme lorsque le vecteur de champ magnétique
⃗𝑩⃗  maintien les mêmes caractéristiques (même direction, sens et module) en chaque point du champ. Ainsi, les lignes de champ magnétique dans ce cas sont des droites parallèles.
3 – Superposition des champs magnétiques :
Le champ magnétique ⃗𝑩⃗  crée en un point 𝑴 par plusieurs sources est égal
la somme vectorielle des différents champs magnétiques crées par chaque source séparée.   𝑩⃗⃗ =⃗𝑩⃗ 𝒊
Exemple : Dans la figure ci-contre, on a ⃗𝑩⃗ = ⃗𝑩⃗ 𝟏 + ⃗𝑩⃗ 𝟐
4 – Le champ magnétique terrestre : 
La Terre crée un champ magnétique appelé  le  champ magnétique terrestre, ce champ
magnétique terrestre est un peu près identique au champ magnétique crée par un aimant droit placé au centre de la Terreson pôle sud correspond au pôle nord magnétique terrestre et son pôle nord correspond au pôle sud magnétique terrestre. L'axe de cet aimant est au plan de la ligne méridienne magnétique.
On appelle l'angle 𝑫̂ entre le plan de la ligne méridienne géographique et le plan de la ligne méridienne magnétique l'angle de la déviation magnétique.
Le vecteur du champ magnétique terrestre  ⃗𝑩⃗ 𝑻 a deux composantes :
Composante horizontale ⃗𝑩⃗ 𝑯: Sa direction et son sens sont déterminés par une
aiguille de boussole, sa valeur est : 𝑩𝑯 = 𝟐. 𝟏𝟎−𝟓 𝑻
Composante verticale ⃗𝑩⃗ 𝑽: dirigée vers le centre de la terre, son sens est
centripète dans la moitié nord de la terre et centrifuge
dans la moitié sud de la terre. On appelle l'angle 𝑰̂ compris entre la composante horizontale ⃗𝑩⃗ 𝑯et le vecteur ⃗𝑩⃗ 𝑻, l'angle d'inclinaison et on le considère positif dans la moitié nord de la Terre et négatif dans la moitié sud de la Terre
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