Physique

L’électromagnétisme
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L’électromagnétisme

1. a. Qu’est-ce qui distingue les substances magnétiques des substances non magné- tiques ?

Les substances magnétiques sont constituées d’éléments ferromagnétiques et peuvent attirer ou repousser d’autres aimants. Les substances non magnétiques ne contiennent pas d’éléments ferromagnétiques et ne subissent aucun effet lorsqu’elles sont placées à proximité d’un aimant.

b. Donnez des exemples d’éléments ferromagnétiques.

Le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni) et le gadolinium (Gd)

c. Comment nomme-t-on les substances qui possèdent un ferromagnétisme permanent ?

Les aimants.

2. a. Résumer la loi des pôles magnétiques.

Selon la loi des pôles magnétiques, les pôles de même type se repoussent tandis que les pôles de types différents s’attirent.

b. Quelle couleur utilise-t-on par convention pour indiquer le pôle nord d’un aimant ?

La couleur rouge.

3. Indiquer le ou les comportements possibles (attraction, répulsion ou aucun effet) lorsqu’on approche: a. un aimant d’un autre aimant: Attraction ou répulsion selon le type des pôles approchés.

b. un aimant d’un métal ferromagnétique:

Attraction.

c. un aimant d’un morceau d’aluminium :

Aucun effet.

d. deux morceaux de fer l’un de l’autre :

Aucun effet.

e. un morceau de fer en contact avec un aimant d’un autre morceau de fer.

Attraction.

4. a. À l’aide de quel instrument de navigation peut-on connaître la nature des pôles d’un aimant ?

La boussole.

b. Comment utilise-t-on cet instrument pour déterminer le pôle sud d’un aimant ?

Le pôle sud d’un aimant attire la pointe rouge de l’aiguille de la boussole (celle qui indique le nord).

5. a. Expliquez, à l’aide de la théorie des domaines magnétiques, l’origine de la magnétisation de métaux comme le fer.

Les atomes des métaux ferromagnétiques se comportent comme de minuscules aimants droits ayant chacun leurs pôles sud et nord. Normalement, les pôles de ces atomes sont orientés au hasard et leurs forces d’attraction et de répulsion s’annulent.

On peut magnétiser des matériaux comme le fer en présence d’un aimant: les pôles de tous les atomes s’orientent dans une même direction, ce qui renforce leurs effets.

b. Comment un aimant cassé en deux formet-il deux aimants ayant chacun un pôle nord et un pôle sud ?

Dans les deux morceaux, les aimants des atomes ont conservé leur orientation. Dans chaque morceau, ils sont donc tous orientés de la même manière; ainsi, les deux morceaux sont des aimants avec un pôle nord et un pôle sud.

6. a. Comment peut-on magnétiser de façon plus ou moins prolongée certaines substances ferromagnétiques ?

En frottant ces substances toujours dans le même sens avec un aimant : cela oriente les pôles des atomes dans une même direction.

b. Une fois magnétisées, comment ces substances se comportent-elles ?

Comme des aimants.

7. a. Qu’est-ce qu’un champ magnétique ?

Un champ magnétique est un espace invisible qui entoure un aimant et à l’intérieur duquel les forces magnétiques peuvent s’exercer sur d’autres aimants ou sur des substances ferromagnétiques.

b. Quelle substance peut-on utiliser pour visualiser les lignes de champ ?

De la limaille de fer.

c. Quel instrument peut-on utiliser pour connaître le sens et l’orientation d’un champ magnétique ?

Une boussole.

8. a. Dans quel sens les lignes de champ passent-elles entre les deux pôles d’un aimant droit ?

Les lignes de champ sortent du pôle nord et entrent dans le pôle sud de l’aimant.

b. Qu’indique la densité des lignes de champ autour d’un aimant ?

La densité des lignes de champ indique l’intensité du champ magnétique : plus les lignes sont rapprochées, plus l’intensité du champ magnétique est fort; moins les lignes sont rapprochées, plus l’intensité du champ magnétique est faible.

1. a. Exprimer dans des mots ce qu’est la première règle de la main droite.

Le pouce de la main droite représente le fil et est pointé dans le sens du courant conventionnel (I). Les autres doigts s’enroulent dans le sens des lignes du champ magnétique.

b. Que permet-elle de connaître ?

L’orientation des lignes du champ magnétique créé par un fil rectiligne parcouru par un courant.

2. Laquelle des trois figures suivantes comporte une erreur ? Expliquez votre réponse.



La figure a est fausse, car selon la première règle de la main droite, les lignes de champ devraient être orientées dans l’autre sens. Les deux autres figures sont en accord avec les premières règles de la main droite ou de la main gauche.

3. a. Qu’est-ce qu’un solénoïde ?

Un solénoïde est un bobinage de fil conducteur formé par une succession de spires enroulées à la manière d’un ressort.

b. Quel phénomène observe-t-on lorsqu’un courant passe dans un solénoïde ?

Quand il est parcouru par un courant, un solénoïde se comporte comme un aimant. À l’intérieur, les lignes de champ sont parallèles, à l’extérieur elles sont similaires à celles d’un aimant droit.

4. a. Laquelle des trois figures suivantes comporte une erreur ? Expliquez votre réponse.



La figure a est incorrecte, car selon la seconde règle de la main droite (utilisée pour les solénoïdes) les lignes de champ devraient être orientées en sens contraire.

b. Pour chacune des deux figures ne comportant pas d’erreur, indiquez si le pôle nord se trouve à gauche ou à droite du solénoïde.

Pour la figure b le pôle nord est à gauche, car les lignes de champ sortent de ce pôle. Pour la figure c le pôle nord est à droite, car les lignes de champ sortent de ce pôle.

5. a. Comment nomme-t-on un solénoïde dans lequel on a introduit une tige faite d’une substance ferromagnétique ?

Un électroaimant.

b. Quel avantage présente ce type de solénoïde par rapport à un aimant droit ?

D’abord, il est possible de l’activer ou de le désactiver en faisant passer ou non un courant dans le solénoïde. Ensuite, on peut modifier la force du champ magnétique qu’il produit en changeant certains facteurs : l’intensité du courant qui le traverse, la densité des spires (leur nombre et leur espacement) qui le composent et la taille de l’électroaimant. Enfin, on peut augmenter la force du champ magnétique d’un solénoïde en ajoutant en son centre une tige d’une substance possédant un ferromagnétisme non permanent, comme du fer doux.

6. Dans chacune des quatre paires de figures suivantes, laquelle des figures produit le plus fort champ magnétique ? Justifiez chacune de vos réponses.



Pour la figure a, le solénoïde de droite, car il comporte un noyau en fer doux alors que l’intensité du courant qui le traverse est la même que pour le solénoïde de gauche.

Pour la figure b, le solénoïde de gauche, car il est identique à celui de droite mais est traversé par un courant beaucoup plus intense.

Pour la figure c, le solénoïde de gauche génère le champ magnétique le plus fort, car il compte plus de spires que celui de droite et qu’il s’agit-là de la seule différence entre les deux solénoïdes.

Pour la figure d, le solénoïde de gauche génère le champ magnétique le plus fort, car ses spires ont un diamètre plus petit et qu’il s’agit-là de la seule différence entre les deux solénoïdes.

1. a. Expliquez en quoi consiste la version simplifiée de l’expérience de Michael Faraday et de Joseph Henry.

Cette expérience consiste à bouger un aimant droit à l’intérieur d’un solénoïde dont les bornes sont reliées à celles d’une ampoule. Quand l’aimant est en mouvement par rapport au solénoïde, l’ampoule s’allume, ce qui prouve qu’un courant électrique est induit dans le fil du solénoïde. Quand l’aimant est immobile par rapport au solénoïde, l’ampoule demeure éteinte.

b. Qu’ont-ils démontré par cette expérience ?

Cette expérience démontre qu’un champ magné- tique peut, dans certaines conditions, générer un courant électrique.

c. En quoi cette découverte est-elle utile de nos jours ?

La principale application de cette découverte est la génératrice électrique, qui permet de produire efficacement du courant électrique.

2. Expliquez en quoi l’électromagnétisme et l’induction électromagnétique sont deux principes réciproques.

L’électromagnétisme et l’induction électromagnétique sont deux relations réciproques qui ont pour points communs le courant électrique et le champ magnétique. L’électromagnétisme est la création d’un champ magnétique par un conducteur parcouru par un courant électrique, tandis que l’induction électromagnétique est la création d’un courant électrique dans un conducteur soumis à un champ magnétique en mouvement.