Chapitre 8 Le champ magntique

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Chapitre 8 Le champ magnétique

• Le champ magnétique
• La force magnétique
• Le moteur électrique
• Le mouvement des particules dans un champ
  magnétique
• Appareils

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Les aimants

• Un aimant est un objet capable dattirer certains
  métaux et dautres aimants.
• Laimant a deux pôles (Nord et Sud).
• Les pôles de même type des aimants se repoussent
  alors que les pôles de types contraires
  sattirent.

• Les lignes de champ magnétique sortent du pôle
  Nord de laimant pour entrer dans le pôle Sud.

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Les aimants

• Il est impossible disoler un pôle dun aimant.
  Si on casse laimant en deux morceaux, chacun
  aura un pôle Nord et un pôle Sud.
• Le champ magnétique est mesuré en Tesla (T). Le
  Tesla est une unité assez élevée les
  électroaimants les plus puissants ont un champ
  magnétique denviron 30T.
• On utilise aussi le Gauss (G) 1G10-4T.

N S
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Champ magnétique terrestre

• Le pôle Nord dun aimant cherche à pointer vers
  le pôle Nord géographique.
• Puisque le pôle Nord de laimant est attiré par
  un pôle Sud magnétique

• Le pôle Nord géographique est un pôle Sud
  magnétique (et vice versa).
• Le champ magnétique terrestre a une grandeur
  denviron 0,5G ou 50µT.

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Magnétisme et électricité

• Parce quil est impossible disoler un pôle
  magnétique, il est très difficile détudier le
  magnétisme.
• Létude du magnétisme a commencé lorsquon a
  découvert que les champs magnétiques avaient un
  effet sur les courants électriques.
• Et vice-versa.
• Découverte de Hans
• Christian Oersted.

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Force magnétique sur un fil parcouru par un
courant

• Lorsquun fil parcouru par un courant est placé
  dans un champ magnétique, une force magnétique
  apparaît

• Où I est le courant, l est la longueur du fil
  placé dans le champ magnétique B (en Tesla,
  1T1Ns/Cm) et ? est langle entre le courant et
  le champ magnétique.

Courant
N
S
Force
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Force magnétique sur un fil parcouru par un
courant

• Il faut noter que la force est toujours
  perpendiculaire au courant et au champ
  magnétique.
• On trouve la direction de la force avec la règle
  de la main droite.

Courant

• On écrit aussi léquation de la force de façon
  vectorielle

N
S
Force
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Problème 1

• Trouver la force magnétique (grandeur et
  direction) due au champ magnétique terrestre
  (0,5G dirigé vers le Nord) exercée sur un mètre
  de fil parcouru par un courant
• Dun ampère dirigé vers lEst?
• De 2 ampères dirigé vers le Sud?
• De 3 ampères dirigé vers le Nord-Ouest?
• De 4 ampères dirigé vers lOuest avec un angle de
  30 vers le haut?

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Moteur Électrique

• Une façon de produire un moteur électrique est de
  placer une boucle de courant dans un champ
  magnétique.

• Une force magnétique agit donc sur chaque côté de
  la boucle de courant.
• La force totale sur la boucle est nulle.

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Moteur Électrique

• Les forces feront tourner la boucle de courant
  elles créent donc un moment de force.

• Où N est le nombre de tours de fil, I le courant,
  A laire de la boucle, B le champ magnétique et ?
  langle entre la boucle et le champ magnétique.

?
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Problème 2

• On enroule 20 tours de fils parcouru par un
  courant de 2A sur un cadre carré de 5cm de côté.
  Ce cadre est placé dans un champ magnétique de
  0,2T et sa normale fait un angle de 30 avec le
  champ.
• Quelles sont les forces agissant sur chacun des
  côtés?
• Quelle est le moment de force agissant sur le
  cadre?

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Force magnétiquesur une particule chargée

• La force magnétique qui agit sur les fils
  parcourus par un courant agit en réalité sur les
  charges qui sy déplacent.

vitesse
N
S

• La direction de la force sur une charge positive
  est donnée par la règle de la main droite.

-
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Problème 3

• À quelle vitesse (grandeur et direction)
  devez-vous lancer une balle de polystyrène (m1g)
  portant une charge de -5mC pour que la force
  magnétique due au champ magnétique terrestre
  (0,5G vers le Nord) compense son poids?
• Est-ce la seule réponse possible?

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Mouvement des particules

• Puisque la force magnétique sexerçant sur une
  particule est toujours perpendiculaire à la
  vitesse, il y a deux types de mouvements
  possibles

S

• Dans le cas où la vitesse de la particule est
  perpendiculaire au champ magnétique, la
  trajectoire est circulaire.

N
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Mouvement des particules

• Dans le cas où la vitesse de la particule nest
  pas perpendiculaire au champ magnétique, la
  trajectoire est hélicoïdale.

S

N
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Problème 4

• Vous voulez quun proton ayant une énergie de
  10MeV parcoure une trajectoire circulaire de 5m
  de rayon quelle est lintensité du champ
  magnétique nécessaire?

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Cyclotron

• Le cyclotron est un accélérateur de particules
  utilisant un champ magnétique pour faire tourner
  les particules et un champ électrique pour les
  accélérer.

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Cyclotron

• Le cyclotron utilise le fait quil faut toujours
  le même temps à la particule pour faire un tour
  (peu importe sa vitesse) puisque lorsque la
  vitesse augmente le rayon de la trajectoire
  augmente proportionnellement.

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Sélecteur de vitesse

• Lorsquon a un champ électrique et un champ
  magnétique simultanément, la force exercée sur
  une particule est

• Le sélecteur de vitesse utilise des champs
  perpendiculaires de façon à ce que seulement les
  particules ayant la vitesse désirée puissent le
  traverser.

- - - -
vE/B
vltE/B
vgtE/B
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Spectromètre de masse

• Le spectromètre de masse est un appareil qui sert
  à déterminer la masse des composants dun gaz.
• Il utilise le fait que le rayon de la trajectoire
  dune particule chargée est proportionnelle à sa
  masse.

- - - -
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Problème 5

• Vous lancez des atomes doxygène ionisés une
  seule fois dans le spectromètre de masse suivant.
  Vous savez que la différence de potentiel entre
  les deux plaques (séparées de 10cm) est de 200V
  et que les ions doxygène frappent lécran à 22cm
  de lentrée.

• Trouvez la grandeur et la direction des champs
  électrique et magnétique?

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Sonde de Hall

• La sonde de Hall a permis de découvrir que le
  courant électrique était dû à un mouvement de
  charges négatives plutôt quun mouvement de
  charges positives.

Courant

Courant
-
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Sonde de Hall

• La sonde de Hall sers aujourdhui à mesurer le
  champ magnétique. On mesure la différence de
  potentiel entre le haut et le bas de la plaque et
  on calcule lintensité du champ magnétique à
  partir de cette valeur.

l
- - - - -

FB
Courant
-
L
FE
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Problème 6

• Une sonde de Hall est faite dune mince feuille
  dor (19,3g/cm³ et 4 électrons libres par atome)
  de 2cm de haut par 5cm de long et 0,02mm
  dépaisseur. Lorsque vous faites circuler un
  courant de 10 ampères dans le sens de la
  longueur, vous mesurez une différence de
  potentiel de 0,6µV entre le haut et le bas de la
  feuille. Quel est le champ magnétique?