Champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde
1 · Prédire
Un solénoïde (une bobine étroitement enroulée) transporte le courant sur ses nombreux tours. Si vous augmentez le courant, l'intensité du champ intérieur évolue-t-elle en proportion directe ?
- Le champ croît plus vite que le courant, puisque la contribution de chaque tour s'accroît.
- Oui, le champ intérieur est directement proportionnel au courant.
- Le champ intérieur ne dépend pas du courant.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage du champ solénoïde et appuyez sur Réinitialiser. Le solénoïde a 400 tours sur une longueur 0.45 m.
- Activez la lecture de l’intensité du champ intérieur.
- Réglez le courant de la bobine pour chaque essai et enregistrez l’intensité du champ intérieur.
3 · Collecter les Données
| Courant de bobine I (A) | Champ intérieur B (mT) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 2.00 | |
| 3.00 |
Tracez l'intensité du champ B (axe y) par rapport au courant I (axe x) pour vos trois essais. La droite passe-t-elle directement par l’origine ?
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez B = μ₀NI/L en utilisant μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, N = 400, L = 0.45 m. Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi le champ intérieur dépend du nombre de tours par unité de longueur (N/L), et non des tours et de la longueur séparément — un solénoïde plus long avec proportionnellement plus de tours donne le même champ.
5 · Approfondir
- Un électro-aimant (comme dans une grue de casse) est essentiellement un solénoïde enroulé autour d'un noyau de fer, qui peut multiplier le champ par un facteur de centaines ou de milliers (la haute perméabilité du noyau). Expliquez pourquoi un solénoïde à noyau d'air comme celui-ci produit un champ beaucoup plus faible pour le même courant et les mêmes tours.
- En dehors d'un solénoïde idéal, le champ magnétique est proche de zéro, contrairement au champ d'un seul fil qui s'étend vers l'extérieur. Expliquez, à l'aide des champs des nombreuses spires individuelles, pourquoi les champs des côtés opposés de la bobine s'annulent en grande partie à l'extérieur mais se renforcent à l'intérieur.
La physique derrière cette expérience
Champ intérieur du solénoïde
Un solénoïde long et étroitement enroulé produit un champ magnétique intérieur presque uniforme défini par la densité de ses spires et son courant : B = μ₀NI/L, où N est le nombre total de spires et L est la longueur du solénoïde.