Travaux dirigés Terminale S
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p7- La loi de laplace  Travaux dirigés Terminale S Les rails de Laplace Soit une tige métallique MN, homogène, de masse m, pouvant glisser sans frottement sur deux rails
Les résistances électriques des rails, de la tige MN et des contacts en M et N entre la tige et les rails sont négligeables par rapport à R. Le milieu G de la tige est lié à l'extrémité isolée électriquement d'un ressort, de masse négligeable, à spires non jointives, de raideur k = 6,25 N.m-1 ; l'autre extrémité A est fixée à un support fixe. 1) Calculer l’intensité I du courant qui traverse la tige. 2) Calculer la variation de longueur b du ressort. Le conducteur-pendule Un conducteur rectiligne et homogène OA, de masse m = 20 g et de longueur L = OA = 30 cm, est
La balance de Cotton
On règle la balance de façon que l'équilibre soit réalisé lorsque aucun courant, ne passe dans le fil conducteur. Si l’on plonge le secteur S dans un champ magnétique uniforme orthogonal au plan de la figure et dirigé vers l'avant, l'équilibre de la balance est rompu lorsqu’un courant circule dans le fil. Pour rétablir l'équilibre, il suffit de placer une masse m sur le plateau. 1) Préciser sur la figure les forces agissant sur la balance, ainsi que le sens du courant circulant dans le fil conducteur. 2) Etablir la condition d'équilibre de la balance. 3) Afin de déterminer la valeur du champ , on fait les mesures suivantes pour les différentes valeurs de l’intensité du courant :
Tracer la représentation graphique de la fonction m = f(I) en choisissant une échelle convenable. En déduire la valeur de . La roue de Barlow La roue est placée dans un champ magnétique uniforme B = 0,2 T perpendiculaire au plan de la roue. Le contact
Barre métallique parcourue par un courant et placée dans un champ magnétique uniforme
1) Quelles sont les caractéristiques, de la force qui s’exerce sur MN lorsqu’elle est parcourue par un courant d'intensité I = 15 A ? 2) Montrer que le cadre s'écarte de sa position d’équilibre initiale. 3) Déterminer l'angle que font les côtés OM et O’N avec la verticale lorsque le cadre se trouve dans sa nouvelle position d’équilibre. Interaction entre courant rectiligne-Définition légale de l’ampère On considère deux fils rectilignes très longs distants de M1M2 = 2a.
(donner les composantes Bx et By au point M en fonction de x et a) 2) Donner les caractéristiques des champs magnétiques et respectivement créés aux points M2 et M1 par les courants I1 et I2. 3) Exprimer en fonction de x, a, I1 et I2 les normes des forces électromagnétiques et respectivement créées par les courants I1 au point M2 et I2 au point M1. 4) Donner la définition légale de l’ampère. Expérience d’Oersted- Force de Laplace sur un cadre indéformable
1.b- Donner l'expression du champ magnétique Bc. 1.c- L'aiguille tourne alors d'un angle . A l'aide d'un schéma clair déterminer la relation liant , I et la composante horizontale BH du champ magnétique terrestre. Afin de déterminer B, on fixe l’intensité du courant à la valeur de I = 6,00 A. La mesure de donne = 50,0°. Calculer BH.
Action d’un champ magnétique sur un cadre parcouru par un courant
perpendiculaires à celui du cadre au repos. Chaque bobine est parcourue par un courant Ib. Représenter le champ magnétique dans la région où est placé le cadre. 2) Le cadre est parcouru par un courant d'intensité I = 3A dans le sens que vous indiquerez sur le schéma pour que le cadre tourne dans le sens positif indiqué sur le schéma. 2.a -Donner les caractéristiques des forces qui s'exercent sur les différents côtés du cadre et montrer qu’il effectue un mouvement de rotation. 2.b- Soit l’angle dont a tourné le plan du cadre lorsqu'il s'immobilise dans sa position d’équilibre. - Faire le bilan des forces s'exerçant sur le cadre. - Etablir la relation entre et les autres grandeurs. Le Champ ayant pour intensité B = 4.10-3 T, déterminer une valeur approchée de . (On effectuera une résolution graphique) Effet HALL
d’électrons libres se déplaçant à la vitesse , suivant la direction de l’axe . Le conducteur étant placé dans un champ magnétique uniforme de vecteur ayant la direction et le sens de , montrer qu’au début de l’installation du courant i la face arrière (AR) doit se charger négativement ce qui entraîne simultanément l’apparition d’une charge positive sur la face avant (AV). Une fois les faces (AR) et (AV) chargées comme indiqué précédemment, il existe alors entre elles un champ électrique uniforme, caractérisé en tout point par le vecteur de sorte que chaque électron se trouve désormais soumis à une force électrique exactement opposée à la force magnétique due à 2) Préciser la direction et le sens de . Montrer que sa norme E = B.v. 3) Montrer qu’il existe entre (AV) et (AR) une tension électrique d’expression UH = B.L.v. 4) Si n désigne le nombre d’électrons libres contenus dans chaque unité de volume du conducteur, montrer que la tension précédente peut s’exprimer par : UH = Avec un conducteur en cuivre d’épaisseur d = 50 m placé dans un champ magnétique d’intensité B = 1 T et traversé par un courant I = 4 A. La tension mesurée entre (AV) et (AR) vaut U = 5 V. En déduire :
Balance électrodynamique. Un cadre rectangulaire horizontal formé .de N spires ayant chacune une surface S est fixé à
au fléau dont le sens est indiqué sur la figure. En l’absence de courant dans le cadre, le fléau est donc horizontal. On néglige l’action du champ magnétique terrestre. Un courant électrique continu d’intensité I parcoure le cadre. N = 20 spires ; OA = d = 10,0 cm ; S = 100 cm ; g = 9,81 m.s-1 ; m = 1,28g ; B = 4.10-3 T 1) indiquer sur un schéma le sens que doit avoir ce courant pour que le cadre soit entraîné vers le bas ; 2) sachant que le fléau de la balance est ramené à sa position initiale grâce à une masse m placée dans le plateau, calculer l’intensité I. Balance électrodynamique. On considère une bobine Plate rectangulaire MNPQ, de longueur a = 8,0 cm et de largeur b = 5, 0 cm
Données : OH = d = 9,0 cm ; OA = d’ = 12,0 cm ; g = 10 m.s-2 1) Représenter sur un schéma clair la force électromagnétique qui s’exerce sur la portion PQ du cadre. 2) Déterminer les caractéristiques du vecteur champ magnétique (sens et valeur). 3) Que se passe-t-il si le cadre est entièrement plongé dans le champ magnétique et si on maintient le courant électrique I précédent, le plateau restant vide ? Document D. NDONG/PRF/SL |
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