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Électricité et magnétisme > Théorie exam final > Flashcards

Théorie exam final Flashcards

1
Q

Définir et caractériser un champ magnétique.

A
  • -> un champ magnétique permanent comporte un aimant
  • -> alors qu’un champ magnétique non permanent a un solénoïde (le courant ne passe que si l’interrupteur est fermé, il n’y a alors un champ magnétique que si l’interrupteur est fermé)

Le champ magnétique B en un point est dirigé selon la tangente à une ligne du champ.
▪ L’intensité du champ est proportionnelle au nombre de lignes traversant une surface unitaire perpendiculaire.
▪ Le champ magnétique est mesuré en Tesla. (1Tesla =104 Gauss) donc (1T =104 G et 1G =10-4 T)
▪ Le champ magnétique terrestre est d’environ 0,5 G.
▪ Le pôle nord géographique est un pôle sud magnétique.

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2
Q

Énoncer les différences entre champ électrique et champ magnétique (6).
(IMPORTANT)

A
  • La force électrique est orientée dans la direction du champ électrique alors que la force magnétique est perpendiculaire au champ magnétique.
  • La force électrique agit sur une charge quelle que soit sa vitesse alors que la force magnétique agit seulement sur une charge en mouvement.
  • La force électrique effectue un travail sur une charge en mouvement alors que la force magnétique n’effectue aucun travail car elle est perpendiculaire à la vitesse .
  • Le champ magnétique ne modifie pas la grandeur de la vitesse d’une particule mais modifie son orientation.
  • Les lignes du champ électrique sont ouvertes alors que celles du champ magnétique sont fermées.
  • Il est impossible d’isoler un pôle magnétique mais on peut facilement isoler une charge électrique.
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3
Q

Déterminer la force magnétique (sens et grandeur) sur une charge (+) mobile

A

Se fier à la règle de la main droite; pouce indique V (vecteur vitesse), index indique B (vecteur champ magnétique) et majeur indique F (vecteur force magnétique).

Le vecteur force magnétique :
Fm =qv*B
Le module de la force magnétique :
Fm =|q|vBSinø

▪ Fm : force magnétique (N)
▪ q :valeur de la charge en mouvement (C)
▪ v : vitesse de la charge en mouvement (m/s) ▪ B : valeur du champ magnétique (T)
▪ Donc des teslas (T) sont des N·s/C·m

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4
Q

Déterminer la force magnétique (sens et grandeur) sur une charge (-) mobile

A

Inverser le sens de F (si majeur pointe vers droite, alors F est dirigée vers la gauche).

Mêmes formules que pour particule positive.

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5
Q

Déterminer la force magnétique (sens et grandeur) sur un conducteur parcouru par un courant (dans les 2 sens).

A

-> -> ->
Le fil dévie pcq si on applique Fb = I L x B ; sens de Fb change selon le sens de I et B; appliquer la règle de la main droite pour trouver dans quel sens la déviation se fait s’il y en a une.

|| | \ / |
|| | \ / |
|| | | | |
|| | / \ |
|| | / \ |

B entrant B entrant B entrant
I = 0 I -> bas I -> haut
Fm = 0 Fm -> droite Fm -> gauche

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6
Q

Énoncer la règle de la main droite donnant
->
l’orientation du vecteur A.

A

Enrouler les doigts de la main droite dans le sens du courant.
->
➢ Le pouce indique le sens de A.

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7
Q

Décrire le comportement d’une particule chargée en mouvement dans un champ magnétique.
(IMPORTANT; fera partie d’un des exercices analytiques et peut-être d’une question théorique)

A

Cas 1:
Si v est perpendiculaire à B (uniforme)  trajectoire circulaire
(la force centripète qui maintient la particule sur sa trajectoire est la force magnétique)
➢ v|| = 0
➢ v⊥ produit un mouvement
circulaire uniforme
-> La force centripète qui maintient la particule sur sa trajectoire est la force magnétique.

Cas 2:
Si v n’est pas perpendiculaire à B (uniforme)  trajectoire hélicoïdale
➢ v|| produit un mouvement rectiligne uniforme
➢ v⊥ produit un mouvement
circulaire uniforme
-> v = v⊥ + v//
-> La trajectoire de la particule est la superposition d’un mouvement rectiligne (v//) et d’un mouvement circulaire (v⊥).
-> La particule tourne autour des lignes de champ en avançant parallèlement au champ magnétique B.

➢ Cas 3: (- important)
Si B est non uniforme; trajectoire complexe
- Les particules chargées en mouvement, dans un tel champ magnétique, sont soumises à des forces orientées vers les régions où le champ magnétique est plus faible.
- Ces particules vont osciller entre deux extrémités (Principe de la bouteille magnétique).
- Ce cas est utile pour confiner un plasma à haute température.

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8
Q

Définir:

  • période cyclotron
  • fréquence cyclotron
  • mouvement hélicoïdal
  • pas d’hélice

(*cyclotron = accélérateur de particules utilisant un champ électrique pour accélérer les particules et un champ magnétique pour les faire tourner)

A
  • période cyclotron:
    temps pour faire une fois le tour de l’accélérateur
  • fréquence cyclotron:
    l’inverse de la période du cyclotron; le nb de tours pour un temps donné
  • mouvement hélicoïdal:
    superposition d’une trajectoire rectiligne et d’une trajectoire circulaire
  • pas d’hélice:
    (amplitude) c’est la distance séparant deux cercles dans une trajectoire hélicoïdale
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9
Q

Énoncer la force de Lorentz.

A

-> -> -> ->
F = q E + q v x B

      ->                                         ->     -> où  q E  =  force électrique; et  q v  x  B  =  force magnétique

La force de Lorentz est ainsi la somme de la force électrique et de la force magnétique. Elle permet a une particule, par exemple, d’avoir une vitesse constante, ce qui a comme application directe de permettre l’existence des sélecteurs de vitesse.

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10
Q

Quel est le fonctionnement et l’utilité d’un sélecteur de vitesse?

A

➢ Lorsqu’on a un champ électrique et un champ magnétique simultanément, la force exercée sur une particule est la force de Lorentz.
➢ Le sélecteur de vitesse utilise des champs perpendiculaires de façon à ce que seulement les particules ayant la vitesse désirée puissent le traverser

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11
Q

Quel est le fonctionnement et l’utilité d’un spectromètre de masse?

A

➢ Le spectromètre de masse est un appareil qui sert à déterminer la masse des composants d’un gaz.
➢ Il utilise le fait que le rayon de la trajectoire d’une particule chargée est proportionnel à sa masse.

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12
Q

Expliquer l’effet Hall.

A

▪ Quand un conducteur portant un courant est placé dans un champ magnétique, une différence de potentiel est engendrée dans une direction ⊥ à la fois à I et à B.

▪ FB fait dévier les porteurs de charges vers le haut.

▪ Donc séparation de charges -> production du champ Eh causant l’apparition d’une d.d.p entre les plaques supérieure et inférieure du conducteur.

▪ La mesure de cette d.d.p (tension de Hall) à l’aide d’un voltmètre permet de déterminer le signe des porteurs de charges.

➢ L’effet Hall a permis de découvrir que le courant électrique était dû à un mouvement de charges négatives plutôt qu’un mouvement de charges positives.

➢ L’effet Hall sert à mesurer le champ magnétique. On mesure la différence de potentiel entre le haut et le bas de la plaque et on calcule l’intensité du champ magnétique à partir de cette valeur.

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13
Q

Énoncer l’expression du champ magnétique à une distance R d’un long fil (fil infini) rectiligne.

A

Module du champ magnétique B produit par un courant I circulant dans un fil rectiligne infini à une distance r :

B= (mu 0) * I
_______
2 (pi) r

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14
Q

Énoncer la règle de la main droite donnant le sens de B en un point voisin d’un fil parcouru par I.

A
  • > on saisit le fil avec la main droite
  • > le pouce est dirigé dans le sens du courant I
  • > les doigts s’enroulent dans le sens du champ B
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15
Q

Déterminer la force entre 2 conducteurs parcourus par des courants (2 cas).

A

Le conducteur I1 produit un champ B1 qui exerce une force F21 sur le conducteur I2.
La force est attractive si les deux courants sont de même sens et répulsive s’ils sont de sens contraire.

Cas1: I même sens

   X   |   X         º     |     º
        |                     |
   X   |--->         
       |                     |
   X  |    X       X    |     X
       V
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16
Q

Énoncer la loi de Biot-Savart avec la signification des symboles utilisés.

A

Le champ magnétique dB produit par un élément de courant diminue comme 1/r2, tout comme le champ électrique produit par une charge ponctuelle.

La loi de Biot-Savart sert à calculer le champ produit par un conducteur de forme quelconque.

    ->                    ->     -> --> dB= (mu 0) * Id L  x  ur
         \_\_\_\_\_  \_\_\_\_\_\_\_
           4(pi)       r carré

–> dB= (mu 0) * Id L * sinø
_____ _________
4(pi) r carré

–> B = intégrale(dB)

(VOIR SCHÉMA FEUILLE RÉSUMÉ)

17
Q

Énoncer l’expression du champ magnétique au centre d’une boucle.

A

B = f (mu 0) N*I
_________
2R

f = fraction de la boucle (ex: 1/4; 1/2; 3/4; 1/1)
N = nb de spires

-> le prolongement du fil 1 et du fil 2 passent par le point de calcul

18
Q

Énoncer la loi d’Ampère avec les significations des symboles utilisés.
(IMPORTANT)

A

▪ Le théorème d’Ampère sert aussi à calculer le champ magnétique produit par un courant électrique.
▪ Choisir un parcours fermé autour du courant.
▪ La circulation du champ magnétique le long d’un parcours fermé égale à la somme des intensités des courants qui traversent cette surface multipliée par μ0.

–> B(2 pi R) = (mu 0)*I

  • -> intérieur premier cylindre: R3 < R1
  • > pas de I

–> entre 1er et 2e cylindres: R1 < R4 < R2
-> i = I - pi (R3 au carré - R1 au carré)
________________________
pi (R2 au carré - R1 au carré)
-> i => pi * r au carré ; I = pi * R au carré
-> ??? B = (mu 0) * I
_______
2 pi * R3

–> extérieur complètement des cylindres: R5 > R2
-> B = (mu 0) * I
_______
2 pi * R5

19
Q

Énoncer l’expression du champ magnétique existant à l’intérieur d’un solénoïde idéal.

A

Le champ magnétique résultant est la somme vectorielle des champs de toutes les spires.
Champ d’un solénoïde
➢Quand le solénoïde est parcouru par un courant, un champ magnétique est engendré.
➢Le sens du champ magnétique est indiqué par la 6ème règle de la main droite.
(Les doigts s’enroulent suivant le sens du courant et le pouce indique le sens de B)

Champ d’un solénoïde
➢Le champ magnétique à l’intérieur d’un long solénoïde est : B= (mu 0)nI
➢Aux extrémités : B= 1/2(mu 0)n*I
(n=N/L)
➢Et il est négligeable à l’extérieur (B = 0)

20
Q

Décrire deux expériences pour mettre en évidence l’induction électromagnétique.
(IMPORTANT)

A

VOIR NOTES DE COURS POUR SCHÉMAS ET EXPLICATIONS

21
Q

Décrire trois façons de produire un courant induit. (+voir exemples de calculs)

A

Trois façons de produire un courant induit
➢ Champ magnétique variable:
- Lorsqu’un barreau aimanté se déplace par rapport à une boucle de fil conducteur, un courant induit circule dans la boucle.
- Variation du champ B dans la boucle => Courant induit I dans la boucle

➢ Aire variable:

  • Le plan de la spire est perpendiculaire aux lignes de champ. On observe un courant induit lorsque l’aire de la spire varie.
  • Variation de l’aire A de la boucle => Courant induit I dans la boucle

➢ Orientation variable:

  • Un courant induit apparaît lorsqu’une spire tourne dans un champ extérieur.
  • Variation de l’angle θ avec la boucle => Courant induit I dans la boucle
22
Q

Définition et quantification du flux magnétique.

A

Le flux magnétique représente le nombre de lignes de champ magnétique traversant une surface.
-> Si B est uniforme => phi b = B•A=BACosø
-> Si B est non uniforme => phi b = intégrale(B•dA B)
(B et A sont des vecteurs)

-> θ est l’angle entre B et la normale à la surface L’unité du flux est le Weber : 1Wb = 1 T.m2
-> B⊥Surface -> B//A => θ=0 => phi = BA = phi max
0 B//Surface -> B⊥A => θ=90 phi = 0

23
Q

Énoncer la loi de Faraday.

A
  • N * dphi
    _______ = 𝜀 ind
    dt

Le calcul de la force électromotrice induite 𝜀 est donnée par la loi de Faraday :
N est le nombre de spires de la boucle induite.
➢ L’intensité du courant induit est calculée par la loi d’Ohm : Iind= 𝜀/𝑅
R est la résistance de la boucle induite.

–> La f.é.m. induite dans une boucle est égale au taux de variation temporelle du flux magnétique dans cette boucle.

24
Q

Énoncer la loi de Lenz.

A

Elle permet de trouver le sens du courant induit dans une boucle (bobine….)
➢ Le courant induit a un sens tel que le champ magnétique induit par le courant s’oppose à la variation du flux qui produit ce courant.
➢ Accroissement du flux => vecteurs B et Bi sens opposés
➢ Diminution du flux => vecteurs B et Bi même sens

Donc en utilisant la loi de Lenz, on doit tenir compte des deux champs magnétiques suivants :
➢Le champ magnétique externe dont la variation de flux produit un courant induit dans la boucle.
➢Le champ magnétique induit produit par le courant induit.

25
Q

Expliquer comment obtenir une induction électromagnétique lors du déplacement d’une tige conductrice sur des rails parallèles placés dans un champ B.

A

Voir trois façons de produire un courant induit.

26
Q

Définir les courants de Foucault.

A

➢Si on remplace la boucle par une plaque conductrice,
➢ en retirant la plaque du champ magnétique (comme pour la
boucle), un courant induit apparait dans la plaque, c’est le courant de Foucault.
➢ En réalité, il y a apparition de plusieurs courants de Foucault car les électrons dans la plaque se déplacent dans plusieurs directions.
➢ La force magnétique nette sur les courants de Foucault induits est opposée au sens du mouvement.
➢ Applications: Dans le système de freinage des trains à grande
vitesse ou des outils électriques comme des scies….

27
Q

Décrire le principe de fonctionnement d’un générateur.

A

Une boucle parcourue par un courant électrique et placée dans un champ magnétique va tourner, c’est le principe de fonctionnement d’un générateur.

28
Q

Énumérer les différentes règles de la main droite.

A

6 en tout, seulement 4 à l’étude.

Se fier à résumé papier.

Électricité et magnétisme (1 decks)

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