2013 :

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Catégorie : Exercices du BAC

Pour créer un champ magnétique uniforme on utilise les bobines de Helmholtz. Ce sont deux bobines plates identiques, coaxiales, séparées par une distance égale à leur rayon R et parcourues par des courants de même intensité I et de même sens. Dans l’espace entre les bobines règne un champ
magnétique uniforme horizontal (figures a et b)

4.1. Sur la figure b est représenté le vecteur champ magnétique créé par les bobines. Recopier
cette figure, indiquer le sens des courants dans les bobines et représenter trois lignes de champ. (0,5 point)

4.2. Pour étudier le mouvement d’une particule chargée dans , on place entre les deux bobines une ampoule contenant un canon à électrons. En faisant pivoter l’ampoule on peut donner une orientation
au vecteur vitesse des électrons sortant du canon. On négligera dans la suite le poids de l’électron.

4.2.1. Donner l’expression vectorielle de la force subie par un électron animé d’une vitesse
dans le champ magnétique. (0,25 point)

4.2.2. L’ampoule est orientée de sorte que la vitesse des électrons soit parallèle à .
Déterminer la nature du mouvement de ces électrons. Justifier. (0,25 point)

4.2.3. L’ampoule est maintenant orientée de sorte que soit orthogonale à . Déterminer dans ce cas la nature du mouvement des électrons. (0,75 point)

4.3. On place maintenant entre les deux bobines de Helmholtz une bobine plate rectangulaire de
cotés et comportant tours de fil conducteur.   Elle est suspendue par un fil de constante de torsion C, vertical, passant par le milieu de (figure c).
La bobine plate est en équilibre de telle sorte que soit parallèle aux cotés horizontaux.
On fait passer dans la bobine plate un courant d’intensité constante .

4.3.1. Préciser la nature et le nom des forces exercées par le champ magnétique sur les côtés de la bobine. Donner les caractéristiques de la force agissant sur chaque côté en faisant un schéma clair où figureront les sens du courant I’, de et de la force éventuellement.
(01 point).
On prendra .

4.3.2. La bobine plate quittera-t-elle sa position d’équilibre initiale ? Justifier. (0,25 point).

4.3.3. Sachant que la bobine plate tourne d’un angle de rad et s’immobilise à nouveau,

exprimer la somme des moments des forces par rapport à l’axe du fil de suspension.
En déduire la constante de torsion C du fil. (0,75 point)

4.4. La bobine plate est en équilibre et placée de telle sorte son plan soit orthogonal au vecteur
champ magnétique
; on y fait passer un courant d’intensité .

4.4.1. Donner les caractéristiques de la force agissant sur chaque côté en faisant un schéma

clair où figureront les sens du courant I’, de et de la force. (01 point).

4.4.2. La bobine quittera –t- elle sa position d’équilibre ? Justifier la réponse. (0,5 point).

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