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Juste pour vérifier mes réponses : Champ magnétique

Posté par
caprem
28-04-11 à 21:39

Voila j'ai réussi à faire l'exercice seul mais j'aimerais bien que quelqu'un vérifie mes réponses. L'exercice est rapide.

La figure ci-dessous reproduit des bobines de Helmholtz. Ce sont deux bobines identiques de rayon R, d'axe (x'x) commun et séparées d'une distance d égale à leur rayon.

dessin : bobine de Helmholtz Juste pour vérifier mes réponses : Champ magnétique


1. Sens du courant dans les bobines.
Lescourant qui traversent les deux bobines ont même intentisté, I = 3.0 A. Pour chaque bobine, R = 6.5 cm et le nombre de spires est N = 98. D'autre part, chaque bobine, prise séparément, créé en O un champ magnétique de valeur 2.1 mT.
a) Quel appareil permet de mesurer la valeur d'un champs magnétique B (vecteur) ?

ma réponse :
Il faut utiliser un teslamètre pour faire cela.

b) Reproduire la figure ci-dessus et tracer les vecteurs champ magnétique B1 et B2 créés par chaque bobine au point O.

Réponse :
voir dessin Juste pour vérifier mes réponses : Champ magnétique

c) Comment sont modifiés les vecteurs champ magnétique B1 et B2 précédents si on inverse le sens du courant dans une des deux bobines ?

Réponse :
Les deux vecteurs seront opposés et de même longueur. Ils s'annuleront donc.

d) Le courant doit_il circuler dans le même sens ou dans des sens opposés dans les deux bobines pour obtenir un champ magnétique résultant en O de valeur B supérieure à 2.1 mT ?

Réponse :
Si le courant circule dans des sens opposés dans les deux bobines alors l'adition des 2 vecteurs B1 et B2 donne un vecteur nul : B. donc de norme 0 T
Il faut donc que les courants circulent dans le même sens dans les deux bobines pour que la norme de B soit supérieure à 2.1 mT. Son maximum sera alors 4.2 mT car chaque bobine a un champs magnétique de 2,1 mT.

2. Variation du champ magnétique au voisinage de O
Le choix du sens du courant étant fait comme en 1.b, on remarque qu'une aiguille aimantée garde la même direction et le même sens lorsqu'elle est déplacée entre les bobines.
On fixe la valeur de l'intensité du courant à I = 3.0 A maintenue constante. On mesure la valeur B du champ magnétique entre les deux bobines au voisinages de l'axe (x'x) pour différentes valeurs de x, distance entre le point de mesure et O1. La courbe donnant l'évolution de B en fonction de x est donnée ci-dessous.
voir graphique 1

Juste pour vérifier mes réponses : Champ magnétique

a) Quelle est la valeur de BO du champ magnétique au voisinage de O ? est-elle compatible avec celle que l'on peut prévoir à l'issue de l'étude menée en dans la partie 1.

Réponse :
La valeur de BO du champ magnétique au voisinage de O est 4.2 mT.
Oui cela est compatible car le sens du courant dans les 2 bobines est le même et donc la valeur de B doit être supérieure à celle de 2.1 mT. Les vecteur B1 et B2 s'ajoutent donc leur norme aussi et cela fait bien 4.2 mT au voisinage de O.

b) Donner un encadrement des valeurs de x pour lesquelles la valeur B du champ magnétique est comprise entre BO 0.9 et BO c'est à dire pour laquelle B a pour valeur BO 0 10ù PR2S.

Réponse :
BO = 4.2 mT
BO 0.9 = 4.2 0.9 = 3.8 mT
L'encadrement est : 0.2x3

c) Comment peut-on qualifier le champ magnétique au voisinage de O et pourquoi ?

Réponse :
On peut qualifier le champ magnétique au voisinage de O d'un champ magnétique uniforme. Il est uniforme car le sens et la direction du vecteur ne hangeront pas car le courant circule dans le même sens dans les 2 bobines et car au voisinage de O la norme du vecteur B est constante.

3. Influence de I
On décide d'étudier l'évolution de la valeur B du champ magnétique au voisinage de O en fonction de l'intensité I du courant qui traverse les bobines.
La courbe obtenue est la suivante

voir graphyque du prochain post

On propose alors plusieurs relations :
BO = k (N/R) I
BO = k (N/I) R
BO = k N I R

a) Choisir la bonne réponse sachant que k s'exprime en T.m.A-1.

Réponse :

BO = k (N/R) I

b) Justifier que la relation est compatible avec la courbe obtenue

Réponse :
La courbe est une droite passant par l'origine du repère. Il s'agit donc d'une droite ayant pour équation : f(x) = a x
x = I car I varie
f(x) = BO car BO est proportionnelle à I.
a = k (N/R) parce que c'est une valeur fixe (le coefficient directeur)

c) Déterminer, à partir du graphique, la valeur expérimentale kexp de k en précisant son unité.

Réponse :
Quand BO = 5.00 mT = 5.00 10-3 T
I = 4.00 A
donc kexp (N/R) = BO/I = (5.00 10-3 / 4.00)
kexp = 1.25 10-3

N = 98
R = 6.5 cm = 6.5 10-2 m
kexp (N/R) = 1.25 10-3
kexp = (1.25 10-3)/(N/R) = (1.25 10-3 R)/N

AN :
kexp = (1.25 10-3 6.5 10-2)/98
kexp= 8.2 10-7 T.m.A-1

La valeur de kexp est 8.2 10-7 T.m.A-1 d'après ce graphique.

d) Comparer à la valeur théorique kth = 9.0 10-7 SI

Réponse :
La valeur trouvée de kexp se trouve dans le même ordre de grandeur que la valeur théorique. elle est presque la même.



Voilà, j'espere que ça servira à d'autre aussi et qu'il n'y a pas de fautes e graphique pour la partie 3 est dans la réponse qui suit.

Edit Coll : simple déplacement des figures dans le texte

Posté par
caprem
re : Juste pour vérifier mes réponses : Champ magnétique 28-04-11 à 21:40

Voila le graphique pour la partie 3)

Juste pour vérifier mes réponses : Champ magnétique

Posté par
TiT126
re : Juste pour vérifier mes réponses : Champ magnétique 28-04-11 à 23:40

Ca m'a l'air bon,

1c) attention les 2 vecteur s'annuleront en O seulement et pas ailleurs, car la norme du vecteur B va varier en fonction de sa distance à la bobine. En haut ils sont équidistant donc ils auront la même norme.

Moment culture général : Le système de bobine de Helmost est censé simuler une seule bobine avec 2 bobines. Tu vois que le champs magnétique est constant entre les deux bobine et le systeme se comporteras de la même manière que si l'on avait mis une bobine simple entre O1 et O2.
Cela peut servir à faire des mesures car on à accès directement au centre de la bobine.

Posté par
Coll Moderateur
re : Juste pour vérifier mes réponses : Champ magnétique 29-04-11 à 07:59

Bonjour caprem

Deux petites erreurs. Toutes les deux en relation avec les graphes.
__________

Pour la première, tu as été trompé par une erreur de l'énoncé (eh oui, nouvelle preuve qu'il y a parfois des erreurs dans les énoncés ! )

Dans le graphique de l'énoncé qui donne la variation de B (mT) en fonction de x (cm), le chiffre 1 sur l'axe des abscisses est faux. À la place il faudrait un 2
En effet la distance d entre les deux bobines est égale au rayon des bobines, c'est-à-dire à 6,5 cm

Tu trouveras un nouvel encadrement pour le champ presque uniforme :

0,4 cm x 6,1 cm
__________

Pour la seconde, c'est toi qui as mal lu le graphique BO (mT) en fonction de I (A)
En effet pour un champ de 5 mT (bon choix de ta part) l'intensité du courant n'est pas de 4 ampères mais de 3,5 ampères.

Je te laisse reprendre le calcul du k expérimental kexp et la comparaison avec le k théorique kth

Posté par
caprem
re : Juste pour vérifier mes réponses : Champ magnétique 29-04-11 à 09:38

c) kexp = 9.5 10-7 T.m.A-1

et la d) ne change pas

encore merci à vous pour votre réponse

Posté par
Coll Moderateur
re : Juste pour vérifier mes réponses : Champ magnétique 29-04-11 à 09:43

D'accord avec ta valeur (et avec ton arrondi).

Note : il est de tradition dans le forum que tout le monde se tutoie (mais ce n'est évidemment pas une obligation, car cela peut être difficile pour certains).

Je t'en prie et à une prochaine fois !



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