Activite-champs-vectoriels-en pdf

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CHAMP MAGNÉTIQUE, ÉLECTRIQUE ET ELECTROMAGNETIQUE
Nous avons vu qu’il était utile de définir le vecteur champ de pesanteur g r à la surface de la Terre.
La notion de champ est cependant plus générale ; elle est apparue en premier lieu dans un autre
domaine de la physique : l’électromagnétisme. Nous allons voir qu’un champ vectoriel n’est pas qu’une
représentation utile en physique mais qu’il rend compte des propriétés de l’espace pour certains objets
qui s'y trouvent.
Les activités ci-après vont permettre de travailler la représentation d'un champ vectoriel dans
l'espace
1. CHAMP MAGNÉTIQUE
Aimant droit, aimant en U
Observer, en absence d’un aimant, une plaque contenant des petits barreaux en acier libres de pivoter
sur eux-mêmes. Décrivez vos observations
Placer un aimant droit sous le support contenant les barreaux. Décrivez vos observations
On peut rendre compte de l’effet de l’aimant droit sur chacun des petits barreaux par la présence d’un
champ vectoriel que l'on nomme champ magnétique B r .
Rechercher la définition d'un champ vectoriel uniforme
Le champ magnétique créé par l'aimant droit est-il uniforme ? Argumentez votre réponse.
Tracer sur le doc 1, les lignes de champ, que l’on orientera arbitrairement du pôle Nord vers le pôle
Sud de l’aimant. Représenter par une flèche sur le même document la direction et le sens du vecteur
champ magnétique B r aux points A, B et C sans se soucier de la longueur de la flèche.
Doc 1
Une expérience similaire peut se faire avec de la limaille de fer : chaque petit grain de limaille se
comporte comme les petits barreaux de l’expérience précédente. Faire l’expérience.
Sur le doc 2 et 3, tracer les lignes de champ et le vecteur champ magnétique aux points A, B et C.
Doc 2 Doc 3
On précise qu'en tout point de l’espace, le vecteur champ magnétique B r est tangent aux lignes de
champs et orienté du pôle Nord vers le pôle Sud de l’aimant.
La figure que donne les lignes de champ est appelée spectre magnétique de l’aimant.

2. CHAMP ELECTRIQUE
Doc 4 Doc 5
Comment s’orientent les grains de semoule sous l’action de la tension électrique entre les deux
plaques ? Sachant que les lignes de champ sont orientées de la plaque chargée positivement vers celle
chargée négativement, représenter le champ électrique E r aux points M et P.
3. CHAMP ELECTROMAGNETIQUE
Traiter l'activité C du document suivant :
http://spcfa.ac-creteil.fr/IMG/pdf/1s_14-notion_de_champ.pdf
Vous pouvez consulter éventuellement les documents
disponibles à la source :
http://www.anfr.fr/fileadmin/mediatheque/documents/expace/
Guide%20DR17-3.pdf
Remarque : les antennes émettent un champ
électromagnétique.
Ce champ comporte deux composantes qui sont constituées
d'un champ électrique et d'un champ magnétique qui
varient sinusoïdalement dans l'espace et dans le temps, la variation de l'un donnant naissance à l'autre
et réciproquement.
Pour connaitre l'amplitude du champ électromagnétique en un point, il suffit de mesurer
l'amplitude du champ électrique en ce point.
Une activité de modélisation de courbe peut être réalisée en travail personnel
Voir le document :
http://www.arcep.fr/uploads/tx_gspublication/synth-etudesupelec-wifi-dec06.pdf
page 20 : La valeur du champ électromagnétique décroît rapidement
lorsque la distance à l’antenne augmente. La décroissance en
environnement intérieur est proche de celle de la loi de propagation en
espace libre jusqu’à quelques mètres, et dépend au delà de
l’environnement.
On constate que l'amplitude du champ décroit avec la distance.
À l'aide du tableau de mesure p. 21 (ci-contre) et d'un tableur grapheur,
essayez de déterminer une relation mathématique qui décrit cette
décroissance de manière approchée.
La densité d'énergie transportée (Dsp) est théoriquement proportionnelle au
carré de l'amplitude du champ électrique. Ce tableau de mesure permet-il
de le vérifier ? Quelle relation mathématique décrit la décroissance de
l'énergie transportée avec la distance ? (facultatif : Pourquoi la conservation
de l'énergie impose ce type de décroissance ?)
B. PERROT, Lyc La Mennais – Papeete - 2013
D
(cm)
E
(V/m)
Dsp
(W/mイ)
12 10,2 0,276
20 6,1 0,099
30 4,1 0,044
40 3,1 0,025
50 2,4 0,016
100 1,2 0,004
150 0,8 0,002
200 0,6 0,001