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
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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.
….........................................................................................................................................................................
….........................................................................................................................................................................
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