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3. Notions théoriques
La bobine plate est tournée dans un champ magné-
tique externe, de sorte qu'il est possible de mesurer
une tension induite aux extrémités des bobines.
Pour pouvoir préciser la tension induite, il faut
connaître les variables dont elle dépend. Il s'agit de
l'intensité du champ magnétique externe, de la
vitesse à laquelle les lignes de champ magnétiques
sont traversées et de la charge des particules char-
gées qui traversent le champ magnétique. Ces trois
variables sont corrélées par la force dite de Lorenz :
r
r
r
=
⋅
×
F
q
v
B
Cette force agit perpendiculairement au champ B et
au sens de déplacement des particules chargées.
La forme de la bobine et la nature du fluide dans
lequel se déplacent les particules engendrent aux
extrémités de la boucle en cuivre une tension in-
duite qui est amplifiée par le nombre de spires et
qui peut être mesurée à l'aide d'un instrument
normal.
Pour générer un mouvement régulier, la bobine est
branchée à un moteur tournant lentement. Un
agencement des bobines de Helmholtz permet de
produire dans une grande étendue un champ ma-
gnétique externe d'intensité et de direction constan-
tes.
Les porteurs de charges sont les électrons libres de
la boucle en cuivre dont la charge est également
constante.
Le mouvement de rotation de la bobine dans le
champ engendre une tension alternative sinusoïdale
:
=
⋅
ω
U
U
sin
t
avec
U
m
m
n = nombre de spires de la bobine
B = intensité du champ magnétique
A = surface de la bobine
f = fréquence de rotation de la bobine dans le
champ
A et n peuvent être déterminés directement. B peut
être déterminé indirectement à partir de l'agence-
ment Helmholtz. La fréquence de rotation f de la
bobine peut être réglée avec la fréquence de rota-
tion du moteur et mesurée au moyen d'un barrage
photoélectrique.
La tension induite peut être déterminée avec un
oscilloscope ou un voltmètre à point zéro central.
Un amplificateur de mesure peut s'avérer utile pour
les mouvements de rotation très lents de la bobine
plate.
4. Manipulation
•
Vissez le cadre rotatif avec la bobine plate et ses
supports aux fixations transversales des bobines
=
⋅
⋅
⋅
ω
ω 2
=
π ⋅
n
A
B
et
de Helmholtz, de manière à ce que la bobine
plate puisse être tournée au centre du champ
homogène des bobines Helmholtz.
•
Effectuez d'abord un essai préliminaire et, en
mode manuel, évaluez la tension d'induction.
•
Ensuite, reliez la bobine de fil au moteur au
moyen d'un cordon.
•
Effectuez les expériences dans cet agencement.
Pour réaliser les expériences, vous nécessitez le
matériel supplémentaire suivant :
1 alimentation CA/CC 0–20 V, 5 A
2 multimètres Escola 10
1 paire de bobines de Helmholtz
5.1 Induction de tension dans le champ magné-
tique
•
Placez les bobines de Helmholtz sur la plaque et
montez-les en série avec l'alimentation en ten-
sion continue en vous servant d'un ampèremè-
tre.
•
Vissez le cadre rotatif avec la bobine plate et ses
supports aux fixations transversales des bobines
de Helmholtz, de manière à ce que la bobine
plate puisse être tournée au centre du champ
homogène des bobines Helmholtz.
•
Branchez le voltmètre à point zéro central direc-
tement à la bobine plate.
•
Réglez un courant d'alimentation d'environ 1,5
A pour les bobines.
f ⋅
•
Actionnez la manivelle et observez la déviation
sur le voltmètre.
•
Modifiez la vitesse de rotation, jusqu'à ce que
vous obteniez une forte déviation. La vitesse de
rotation doit être faible.
Pour obtenir une vitesse de rotation constante, il est
recommandé d'entraîner le cadre tournant avec un
moteur lent (par ex. moteur à courant continu 12 V,
U8552330).
L'allure de la tension peut être observée et mesurée
avec précision à l'aide d'un oscilloscope.
5.2. Détermination du champ terrestre à partir
de la tension d'induction
Le même montage permet de mesurer le champ
magnétique terrestre.
•
Ajustez les bobines Helmholtz de manière à ce
que les champs magnétiques de la bobine
soient parallèles à la terre.
•
Tournez la bobine plate et observez la tension.
•
Augmentez le courant au niveau de la bobine
de Helmholtz, jusqu'à ce que les sorties de la
bobine plate soient exemptes de tension d'in-
2
5. Exemples d'expériences
U8521131
U8531160
U8481500
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