Etude expérimentale du champ magnétique d’un solénoïde

OBJECTIFS

  • Déterminer les caractéristiques du champ magnétique créé par un courant constant traversant un solénoïde.

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  • Utiliser un teslamètre.

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  1. Bobines et solénoïdes
    2.

    Un solénoïde est une bobine constituée de l’enroulement d’un fil conducteur en hélice sur un cylindre. Il est caractérisé par sa longueur L (distance entre ses 2 extrémités), son diamètre D et son nombre de spires N.Un solénoïde est dit " long " si sa longueur est au moins 2 fois supérieure à son diamètre.

  2. Champ magnétique d’un solénoïde
    3.

    Décrire les lignes de champ à l’intérieur du solénoïde parcouru par un courant continu.

    Représenter l’orientation de quelques aiguilles aimantées à l’intérieur et à l’extérieur  de ce solénoïde. (Le sens du courant est indiqué par la flèche sur l’un des fils).

    Quelle est l’influence du sens du courant électrique sur celui du champ?

    A l’extérieur du solénoïde, les lignes de champ sont semblables à celles d’un aimant droit, indiquer sur le schéma ci-dessous les polarités de cet aimant.

    Le champ magnétique persiste-t-il en l’absence de courant ?

    Spectre magnétique d’un solénoïde parcouru par un courant électrique continu

  3. Mesure de la valeur du champ magnétique en un point de l’espace 
    4.

    La valeur d’un champ magnétique s’exprime en Tesla (T). L’appareil qui permet de le mesurer s’appelle un teslamètre.

    La sonde teslamétrique permet de mesurer la valeur du champ selon la direction de son axe (Bx). Brancher le teslamètre,

    Sélectionner le calibre 10 mT.

    Vérifier de façon quantitative la propriété ƒ du I.

     
    En déduire une règle d'utilisation du teslamètre pour déterminer le sens d’un champ magnétique mesuré.
  4. Mesure du champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde
    5.

- Réaliser le montage ci-contre pour lequel le nombre de spires du solénoïde

N1 = 200 spires (connexion entre les 2 bornes noires extrêmes)

 

- l’interrupteur étant ouvert (pas de courant dans le solénoïde) et la sonde étant à l’intérieur du solénoïde, régler le zéro.

Pour quelle raison le teslamètre n’affiche-il pas strictement zéro en l’absence de courant ?

- La sonde, engagée dans le guide et le repère sur la graduation zéro, est au centre du solénoïde. Vérifier que la valeur de Bx est positive rectifier sinon. Mesurer la valeur de Bx en plusieurs points de l'axe (pas trop près des extrémités et pour une valeur fixée de l’intensité I du courant électrique).

Quelle conclusion peut-on tirer de cette expérience ?

 
- Placer la sonde au centre. Réaliser environ 8 mesures de Bx pour différentes valeurs de I. A l’aide d’un tableur, représenter le graphique Bx = f(I). Déterminer l’équation de la droite obtenue.- Recommencer l’expérience et l’exploitation avec un solénoïde de même longueur L mais ayant un nombre différent de spires : N2 = 400 spires (connexion entre la borne rouge et la borne noire extrêmes et opposées, les bornes noire et rouge complémentaires étant reliées entre elles)Dans le système international d'unités la valeur du champ magnétique B à l’intérieur d’un solénoïde (égale à Bx puisque les lignes de champ sont parallèles à l’axe) a pour expression : B = µ0. NI/L. Montrer que les résultats obtenus sont compatibles avec cette expression. A partir de la valeur de L indiquée sur la bobine, vérifier que µ0 = 4p.10-7 uSI.