TP n°11: balance de Cotton
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TP n°11: balance de Cotton
Première STI année scolaire 2010-2011 TP n°11: balance de Cotton Objectif: - déterminer l'intensité du champ magnétique d'un aimant en U. Présentation de la balance de Cotton La balance de Cotton est l'ancètre du teslamètre: elle permet de mesurer la valeur d'un champ magnétique. Cette balance est constituée de deux fléaux (barres qui supportent les plateaux d'une balance). A l'extrémité de l'un des fléaux est accroché un plateau sur lequel on peut placer des masses marquées. Le second fléau est entouré d'un fil conducteur. Une portion rectiligne de ce fil est disposé perpendiculairement au champ magnétique uniforme dont on veut mesurer la valeur. d A C I I I C' I Manipulations d' D' D B O a 1- Mesurez sur la balance de Cotton les longueurs suivantes: a = ............... , d = ............... et d' = ............... 2- Quand aucun courant ne traverse le fil conducteur et qu'aucune masse marquée n'est posée sur le plateau, la balance doit I être en équilibre: agissez sur les Balance de Cotton contrepoids de la balance pour qu'il en soit ainsi. 3- Réalisez le montage suivant: U est une tension continue, égale à 12V; Rh est un rhéostat de 10 Ω Le fléau entouré par le fil conducteur est placé entre les branches de l'aimant en U dont on veut déterminer le champ B. Appelez le professeur pour vérification. I com K A A DC Rh U 4- Mettez sous tension et ajustez l'intensité du courant I par action sur le curseur à 3A: que se passe-t-il ? …......................................................................................................................................................................... Permutez les pôles de l'aimant. Que se passe-t-il ? …...................................................................................... Comment peut-on obtenir le même résultat, sans toucher à l'aimant ? …......................................................... …......................................................................................................................................................................... 5- Placez une masse m (voir tableau) sur le plateau de la balance et ajustez l'intensité I du courant pour obtenir l'équilibre. Pour ces mesures, on placera l'aimant de manière à ce que les fléaux tournent dans le sens trigonométrique. m (dg) 1 2 3 I (A) 1 Première STI année scolaire 2010-2011 II Exploitations 1- Tracez la caractéristique m = f(I). Échelles: 1 cm pour 1 A et 3 cm pour 0,1 g. 2- Que pouvez-vous en dire ? …........................................................................................................................ 3- Choisissez un point de la droite ainsi tracée, notez pour ce point : m = …............... et I= ….................. 4- Indiquez sur les schémas suivants, le vecteur force dans le champ magnétique : agissant sur la portion de conducteur C'D placé F B C' I B D C' I D 5- Exprimez la norme de cette force F en fonction de B, I et a: ….................................................................. 6- Exprimez la norme du poids P de la masse m du plateau en fonction de m et g (constante de gravitation) : …................................................................................................................................................... 7- La condition d'équilibre de la balance, condition sur les moments des couples, peut s'écrire : F.d = P.d' En déduire l'expression du champ magnétique B : …....................................................................................... …......................................................................................................................................................................... 8- Calculez l'intensité B du champ magnétique créé par l'aimant en U entre ses branches si g = 9,81 N.kg-1 Vous veillerez à exprimer les différentes grandeurs dans leurs unités légales. …......................................................................................................................................................................... …......................................................................................................................................................................... 2