La force de Laplace-cours et exercices
cours et exercices La force de Laplace, physique chimie 1 bac international option français.
plan de cours:
Activité : La force de Laplace
1-On dispose d’un aimant en U et d’un barreau de cuivre relié à un circuit électrique et dans lequel nous pouvons faire passer un courant.
1-1- Faites un schéma de l’expérience
1-2- Que se passe t-il si le circuit électrique est ouvert en présence du champ magnétique ?
1-3- On ferme le circuit, que se passe t-il ?
2- Dans le montage, on décide de changer le sens du courant parcourant le barreau en cuivre :
2-1-Que remarque t- on par rapport à l’expérience précédente ?
2-2-En gardant le même sens pour le courant, nous retournons l’aimant afin que le champ
magnétique ait un sens opposé au précédent : Que se passe t-il ?
On utilise pour cela une règle, il s’agit encore de la règle de la main droite mais sous une autre forme :
Prenez votre main droite, dirigez votre pouce dans le sens du courant, votre index dans le sens du champ magnétique, alors votre majeure tenue perpendiculairement aux autres doigts donne le sens de la force de Laplace.
Forces électromagnétiques Loi de Laplace
I-Force électromagnétique
1- Mise en évidence la force de Laplace
1- Mise en évidence la force de Laplace
Un conducteur mobile sur deux rails est plongé dans le champ magnétique d’un aimant.
Observations :
Quand il est parcouru par un courant, le conducteur se déplace rapidement.
Interprétation :
Le conducteur est soumis à une force qui est créée par l’interaction du champ magnétique et du courant. Cette force est appelée force électromagnétique.
Remarque :
Le sens de déplacement change si l'on inverse le sens du courant ou celui du champ magnétique.
2- Lois de Laplace
un conducteur rectiligne de longueur L, parcouru par un courant d'intensité I, placé dans un champ magnétique est soumis à une force :F =I.l ^B
3- Caractéristiques de force de Laplace
point d'application : au milieu de la portion de conducteur placée dans le champ magnétique.
Observations :
Quand il est parcouru par un courant, le conducteur se déplace rapidement.
Interprétation :
Le conducteur est soumis à une force qui est créée par l’interaction du champ magnétique et du courant. Cette force est appelée force électromagnétique.
Remarque :
Le sens de déplacement change si l'on inverse le sens du courant ou celui du champ magnétique.
2- Lois de Laplace
un conducteur rectiligne de longueur L, parcouru par un courant d'intensité I, placé dans un champ magnétique est soumis à une force :F =I.l ^B
3- Caractéristiques de force de Laplace
point d'application : au milieu de la portion de conducteur placée dans le champ magnétique.
Direction :La droite d’action de la force est perpendiculaire à la fois aux lignes de champ magnétique et au conducteur.
Sens : il faut toujours que le trièdre soit direct
Intensité : L’intensité de la force est proportionnelle - à la valeur B du champ magnétique
- à l’intensité I du courant dans le conducteur
- à la longueur l du conducteur
F = B. I . L . sin(α)
avec : F en Newton (N) ; B en tesla (T)
I en ampère (A) ; L en mètre (m)
Lorsque le conducteur est perpendiculaire aux lignes de champ, l’intensité de la force est maximum : α= 90° donc
F = B. I . l
avec : F en Newton (N) ; B en tesla (T)
I en ampère (A) ; L en mètre (m)
Lorsque le conducteur est perpendiculaire aux lignes de champ, l’intensité de la force est maximum : α= 90° donc
F = B. I . l
II- Application : La force de Laplace
1- Le haut parleur électrodynamique
La membrane d’un haut parleur doit vibrer pour produire un son. Sa vibration est de même fréquence que celle du courant alternatif qui alimente le haut parleur.
Eléments principaux d’un haut parleur électrodynamique.
- Un aimant ; Un solénoïde indéformable et une membrane solidaire du solénoïde pouvant effectuer de faibles mouvements axiaux autour de sa position initiale.
Principe de fonctionnement :
Comme indiqué sur le schéma ci-dessus, la bobine de fil parcourue par un courant est à l’intérieur d’un champ magnétique. Elle est donc soumise à une force de Laplace de direction horizontale.
Le courant étant alternatif, il change sans cesse de sens, donc la force de Laplace fait de même et la bobine de fil qui entraine la membrane vibre d’avant en arrière.
La fréquence de vibration de la membrane, donc celle du son produit, est la même que celle du courant électrique.
2- moteur à courant continu :
Un moteur est constitué d’un Rotor, partie tournante recouverte de fils conducteurs et d’un stator, aimant ou électroaimant statique.
Le courant circule dans la spire mais dans deux sens opposés de chaque côté de la spire. Ainsi par interaction avec le champ magnétique crée par le stator, il se créé deux forces de Laplace qui tendent toutes deux à faire tourner la spire dans le même sens (création d’un couple).
Pour que la spire puisse effectuer un tour complet, il faut inverser le courant dans la spire à chaque demi-tour.
Cette inversion est réalisée par le collecteur.
Les balais servent au transport du courant de la partie fixe à la partir mobile.
Remarque : Autre application
La roue de Barlow
La balance de Cotton
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