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Champ magnétique

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T°STI2D-ITEC
PHYSIQUE
COMPETENCE EXIGIBLE OFFICIELLE
 Mettre en évidence expérimentalement
l’existence d’un champ magnétique et
déterminer ses caractéristiques.
TROISIEME PARTIE : « SANTE »
TP SUR LE CHAPITRE 15 « CHAMP MAGNETIQUE »
COMPETENCES DE LA DEMARCHE SCIENTIFIQUE MISES EN JEU AVEC LES PRINCIPALES CAPACITES ET ATTITUDES ASSOCIEES
APP
Mobiliser ses connaissances.
ANA
Justifier des réponses.
Suivre, respecter, réaliser une suite de consignes données au cours d’un protocole expérimental.
REA
Utiliser les outils informatique et mathématique.
Interpréter des mesures expérimentales.
VAL
Discuter la validité des résultats.
Faire preuve d’esprit critique.
COM
Rédiger à l’écrit un compte-rendu.
Travailler efficacement seul ou en équipe avec discernement et responsabilité.
AUT
Prendre des initiatives.
Mobiliser sa curiosité et / ou sa créativité.
ETUDE EXPERIMENTALE DU CHAMP MAGNETIQUE CREE PAR UN SOLENOÏDE PARCOURU PAR UN COURANT
CONTEXTE :
 L’organisme humain est constitué d’assemblages d’atomes
(molécules). L’imagerie par résonance magnétique (IRM) fait
appel aux propriétés magnétiques de certains noyaux
atomiques des molécules. Cette technique d’analyse médicale
utilise :
-
un champ magnétique élevé et uniforme, obtenu grâce
à un solénoïde parcouru par un courant (le patient est
placé immobile dans l’axe du solénoïde appelé le
tunnel ;
-
2015 / 2016
un équipement électronique et informatique spécialisé.
 L’objectif de ce TP est d’étudier quelques facteurs dont
dépend la valeur du champ magnétique créé à l’intérieur d’un
solénoïde.
TRAVAIL A EFFECTUER :
 Réaliser le montage ci-dessous :
 Caractéristiques du solénoïde :
 Nombre de spires : N = ………
 Longueur du solénoïde en mètres : L = ……… m
 Influence de l’intensité I du courant :
   Mettre la sonde du teslamètre au centre d’abscisse x = 0 du solénoïde. Faire le zéro du teslamètre lorsque I = 0 A. Faire
varier l’intensité I du courant circulant dans le solénoïde à l’aide du rhéostat et saisir sur REGRESSI® les valeurs de l’intensité I du
courant et du champ magnétique B0 créé au centre du solénoïde parcouru par le courant.
  Afficher la représentation graphique de B0 = f (I) puis la modéliser par une fonction linéaire de coefficient directeur k.
Imprimer cette représentation graphique.
1)  Relever la valeur du coefficient directeur k. Préciser son unité.
2) La valeur B0 du champ magnétique créé au centre d’un solénoïde parcouru par un courant est donnée par l’expression
théorique B0 = μ 0  N  I où µ0 est la perméabilité magnétique du vide en H.m 1.
L
2a)  L’allure de la représentation graphique B0 = f(I) corrobore-t-elle l’expression théorique de B0 ?
2b)  Déterminer, à partir de k, N et L, l’expression littérale de µ 0. Calculer la valeur de µ0.
2c)  Calculer l’écart relatif ε de la mesure réalisée de µ0 sachant que la valeur théorique est µ0 = 1,25.106 H.m1.
 Influence de la position x de la sonde du teslamètre dans le solénoïde :
   Mettre la sonde du teslamètre au centre d’abscisse x = 0 du solénoïde. Faire le zéro du teslamètre lorsque I = 0 A. Faire
circuler un courant d’intensité I = 4,0 A. Faire varier l’abscisse x de la position de la sonde et saisir sur REGRESSI® les valeurs de
l’abscisse x et champ magnétique B créé par le solénoïde parcouru par le courant en ces différentes abscisses x.
  Afficher la représentation graphique de B = f (x). Imprimer cette représentation graphique.
3)  Déterminer l’intervalle d’abscisses x sur lequel le champ magnétique B est compris entre B 0 et 0,9.B0 où B0 est la valeur
du champ magnétique créé au centre du solénoïde, c’est-à-dire créé en x = 0.
4)  En déduire, en %, la portion de longueur du solénoïde sur laquelle le champ magnétique est compris entre B 0 et 0,9.B0.
 Influence de la longueur L du solénoïde :
 On utilise plusieurs solénoïdes de longueurs L et de nombres de spires N différents mais de même rapport N . Les spires ont
L
toutes un diamètre D = 0,06 m et sont parcourues par un courant d’intensité I = 4,0 A. On a alors :
-
mesuré, à l’aide du teslamètre, les valeurs B0 réel des champs magnétiques créés aux centres de ces solénoïdes ;
-
calculé, à l’aide de l’expression théorique B0 théorique = μ 0  N I , les valeurs B0 théorique des champs magnétiques créés aux
L
centres de ces solénoïdes.
L (m)
0,440
0,396
0,308
0,220
0,132
0,044
N (spires)
200
180
140
100
60
20
455
455
455
455
455
455
7,3
6,6
5,1
3,6
2,2
0,73
B0 réel (mT)
2,29
2,29
2,29
2,21
2,09
1,42
B0 théorique (mT)
2,29
2,29
2,29
2,29
2,29
2,29
N
(spires.m1)
L
L
()
D
  A l’aide de REGRESSI®, afficher les représentations graphiques superposées de B0 réel = f(L) et de B0 théorique = f(L). Imprimer
ces représentations graphiques.
5)  A partir de quelle longueur L du solénoïde peut-on estimer que B0 réel ne diffère pas de B0 théorique à 3 % près. Quelle est
alors la valeur du rapport L ?
D
6)  On appelle solénoïde « long », un solénoïde tel que la valeur du champ magnétique B0 en son centre ne dépende pas de sa
longueur L. Quel critère doit vérifier un solénoïde pour pouvoir être qualifié de « long » ?
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