Vidéos d’expériences : électromagnétisme 1

 
 
  1. Electrostatique


  1. 1. Exposé d’électrostatique du Palais de la Découverte (19’)



  2.                                                    



  3. 2. Expériences d’électrostatiques faciles à réaliser chez soi



  4.                                                    



  5. 3.   Champ E créé par une sphère et un plan infini chargés (exos 2 et 4 - TD2)



  6.                                    
               



    1. La vidéo et les schémas.

    2. Le ballon en aluminium (Mylar balloon) se charge au contact de la sphère, puis il est repoussé par celle-ci (car de même charge).

    3. Au voisinage de la sphère chargée, l’angle de déviation du ballon est (à peu près) le même à r constant et diminue quand on l’éloigne de la sphère : E est radial et décroît avec r.

    4. Au voisinage du plan chargé, l’angle de déviation du ballon reste le même, même quand on l’éloigne du plan (tant que les effets de bord ne se font pas sentir) : le champ E créé par un plan infini est constant.




  7. 4. Le carillon électrostatique



  8.                                    
               



  9.           
    1. La vidéo et les schémas.

    2. Phénomène de charges et décharges d’une boule entre 2 cloches conductrices, l’une chargée (aux bords) et l’autre reliée à la Terre (au centre) : la boule se charge au contact de la cloche extérieur, puis est repoussée par celle-ci (car de mêmes charges), elle se décharge alors au contact de la cloche du centre puis est attirée par la cloche extérieure (car de charges contraires).




  10. 5. Visualisations des lignes du champ E



  11.                                                    


    1. Les grains de semoule se polarisent sous l’effet du champ électrique : ils acquièrent un moment dipolaire électrique et s’orientent dans le sens du champ.

    2. Lorsque les grains touchent le conducteur, ils se chargent puis sont repoussés (car de même charge), comme dans l’expérience du carillon électrostatique.




  12. 6.  Dévier un filet d ‘eau à distance




  13.                                    
               



    1. La vidéo et l’explication.

    2. L’eau est attirée par la paille électrisée car l’eau est conductrice (et non parce que les molécules sont polaires, comme on le lit souvent). Les charges se séparent par un déplacement des ions dans le liquide, le robinet jouant le rôle de terre : le liquide acquiert alors une charge globale opposée à celle de la paille frottée.




  14. 7. La cage de Faraday



  15.                                                    



    1. Le champ électrique est nul à l’intérieur de la cage conductrice. Les voitures et avions forment des cages de Faraday protégeant ainsi  passagers et équipements électriques de la foudre.



  16. 8. Claquage et effet de pointe



  17.                                                    



    1. Lorsque la différence de potentiel devient supérieure à la tension de claquage de l’air, les conducteurs se déchargent par ionisation de l’air.

    2. Le champ électrique étant plus intense au voisinage des pointes, la décharge se fera par les pointes : c’est l’effet de pointe !



  18. 9. Les orages



  19.                                                    



  1. 10. Exemples d’applications de l’électrostatique : la photocopieuse et l’accéléromètre




  2.                                    
               




  1. Mouvement d’une particule chargée dans un champ électromagnétique


  1. 11. Déviation des électrons par un champ E et par un champ B (force de Lorentz)




  2.                                    
               



  1. 12. Déformation de l’image d’un écran cathodique



  2.                        

  3.                                                 



    1. L’aimant déforme l’image en déviant la trajectoire des électrons du tube cathodique (force de Lorentz).





  1. Magnétostatique


  1. 13. Visualisation de lignes de champ magnétique




  2.                                                




  3. 14. L’expérience d’Oersted




  4.                                                




    1. Un courant électrique créé un champ magnétique.



  5. 15.   Le fil qui saute - les fils qui se repoussent ou s’attirent



  6.                                    
               




    1. Force de Laplace :

    2. - un fil parcouru par un courant saute quand on lui applique un champ B perpendiculaire.

    3. - 2 fils montés en série (parallèle) se repoussent (s’attirent).




  7. 16.  Le rail de Laplace, la roue de Barlow (exo 2 - TD5)




  8.                                                




    1. Produire un mouvement avec un courant électrique via la force de Laplace.



  9. 17. Des moteurs électriques très simples




  10.      
            
              
             





  11. 18. Principe des galvanomètres (exo 5 -TD5)



  12.                                                    



    1. Une spire parcourue par un courant et placée perpendiculairement à un champ magnétique se met à tourner sous l’effet de la force de Laplace. C’est cet effet qu’utilisent les galvanomètres pour mesurer le courant.



  13. 19. Le haut-parleur



  14.                                                    



  15. Une bobine mobile est placée dans un champ B. Lorsqu’elle est parcourue par un courant, la bobine se met en mouvement sous l’effet des forces de Laplace. Ce mouvement entraîne la membrane (ici les ressorts) qui vibre dans l’air, créant ainsi des ondes sonores.



  1. 20. Le champ magnétique terrestre



  2.                                                    





  3. Induction


  1. 21. L’aimant qu’on approche



  2.                                                    



    1. Quand on approche ou éloigne un aimant d’une spire, on induit un courant dans la spire (induction de Neumann).

    2. Remarque : si on approche ou écarte la spire de l’aimant maintenu immobile, on induit aussi un courant dans la spire (induction de Lorentz).



  3. 22. La spire qui saute (exo 1 - TD8)



  4.                                                    



    1. L’exo de TD est la 1ère expérience !

    2. Quand on ferme l’interrupteur, le champ B au niveau de la spire augmente : on induit des courants dans la spire.

    3. D’après la loi de Lenz, l’induction s’oppose à sa cause, càd ici à l’augmentation de B, en s’éloignant de la bobine, afin de diminuer B.



  5. 23. Le principe de l’alternateur (exo 3 - TD8)



  6.                                                    



  7. La rotation de l’aimant (cas de la dynamo de vélo) ou de la bobine (cas de l’exo de TD)  induit une fem variable. L’alternateur est un générateur de courant alternatif qui convertit une énergie mécanique en énergie électrique.

    C’est le principe qu’utilisent les centrales électriques (thermiques, hydrauliques).



  8. 24. L’aimant qui flotte (exo5 - TD8)



  9.                                                    



  10. L’aluminium est un matériau conducteur tandis que le verre est un matériau isolant. Lorsque l’aimant tombe dans le tube en aluminium, des courants de Foucault (“Eddy currents” en anglais) sont induits dans le tube qui freinent sa chute d’après la loi de Lenz (le courant induit s’oppose à sa cause, càd ici à la chute de l’aimant).

    On rappelle que l’aluminium et le verre sont des matériaux non magnétiques (ils ne sont pas attirés par un aimant !).



  1. 25. Freinage par induction (exo5 - TD8)



  2.                                                    



  3. Les oscillations de la plaque de cuivre dans le champ magnétique induisent des courants de Foucault dans la plaque qui freinent son mouvement d’après la loi de Lenz. Si on incise la plaque (sorte de peigne métallique), le courant induit est plus faible (boucles de courant plus petites) et le freinage aussi.

    On peut montrer que ce type de freinage est d ‘autant plus efficace que la vitesse est élevée, mais qu’il ne permet pas d’immobiliser le véhicule. Ce système de freinage (appelé ralentisseurs) est donc utilisé en complément d’un système de freinage classique sur les poids lourds et les TGV.



  1. 26. Chauffage par induction



  2.                                                    



  3. Un courant alternatif dans la bobine induit des courants dans la barre métallique qui chauffent la barre par effet Joule.

    C’est le principe des plaques à induction.



  4. 27. Comment faire tourner une feuille d’aluminium avec un aimant ?



  5.                                                    



  6. En faisant tourner un aimant au-dessus d’une feuille d’aluminium (conductrice), on fait varier le champ B local : on induit des courants de Foucault dans la feuille.

    D’après la loi de Lenz, l’induction s’oppose à sa cause, càd ici au mouvement de l’aimant, en suivant le mouvement de l’aimant.

    On rappelle que l’aluminium est un matériau non magnétique (il n’est pas attiré par un aimant !).




 

Quelques vidéos/sites d’expériences illustrant le cours et les TD glanés sur le net.


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