Loi de Laplace

L'objectif de cette seconde expérience est de vérifier quantitativement la loi de Laplace.

Soit un cadre métallique pouvant tourner autour d'un axe de rotation ( ).

Son centre de masse G est situé au-dessous de ( ), comme illustré sur la figure ci-dessous.

Une longueur de la partie inférieure du cadre métallique placée entre les deux branches d'un aimant en U est soumise à un champ magnétique uniforme (cf figure 4a).

En l'absence de courant, le cadre est à l'équilibre en position verticale (cf figure 4b).

En présence d'un courant, le cadre est à l'équilibre en faisant un angle avec la verticale (cf figure 4c).

Faire un schéma de la situation (c) en y positionnant les forces en présence.

En particulier, on précisera la direction, le sens et la norme de la force de Laplace.

En déduire le sens du courant pour qu'un tel équilibre de la figure 4-c soit possible.

En présence du courant, on admettra que l'équilibre du mobile est atteint lorsque :

Avec la norme de la force de Laplace, une constante du montage (on prendra ici ) et l'angle de déviation.

Quel est l'unité de K ?

En vous inspirant de la question précédente, dites à quoi peut être due l'égalité (2) et de quelle grandeur peut provenir K ?

Pour le cas de l'expérience en réel :

On branchera le cadre métallique à l'alimentation.

On ajustera si nécessaire la position du contrepoids pour n'avoir aucune déviation à courant nul.

On positionnera l'aimant, comme sur le schéma de la figure 4, c'est-à-dire tel que

• le cadre métallique soit dévié vers la droite sachant que les points blancs sur l'aimant indiquent le pôle Nord

• le cadre métallique soit situé à 2 cm du point A de l'aimant.

Avant d'allumer l'alimentation,

on vérifiera comme précédemment que tous les potentiomètres (tensions (fine et coarse) et intensité) soient initialement à zéro.

Puis on ajustera la tension (coarse) au symbole défini.

ATTENTION : ne pas toucher le cadre métallique tant que l'alimentation est allumée.

Influence de l'intensité du courant sur la force de Laplace

Une fois le protocole d'avant allumage réalisé, on allumera l'alimentation et on fera varier doucement l'intensité du courant entre 0 et 2A par pas de 0,1A.

Lire alors la valeur de l'angle de déviation et la reporter dans le tableau ci-dessous

Compléter le tableau puis tracer le graphe en fonction de l'intensité du courant.

Compte tenu de la norme de , quelle forme de courbe doit-on obtenir ?

En déduire la valeur du champ magnétique de cet aimant (Rappel: ).

Pour le cas de la manipulation virtuelle :

procéder de la même manière que pour la manipulation réelle grâce à l'animation située dans le paragraphe "Manipulation virtuelle"