bobine

Sous la direction :

M’HAMED EL GADDAB & MONGI SLIM

Préparation et élaboration : AMOR YOUSSEF Présentation et animation : MAHMOUD EL GAZAH MOHSEN BEN LAMINE AMOR YOUSSEF

Année scolaire : 2007-2008

RECUEIL D’EXPERIENCES I-

EXP XPE ERIE RIENCES CES DE DE MI MIS EN EVIDEN DENCE DU DU PH PHENO ENOMEN MENE D’INDUCTION ELECTROMAGNETI ELECTROMAGNETIQUE. QUE. I-1 Production du courant induit et de la f.é.m induite. Expérience n°1 n°1 Matériel :

-1 bobine de grande inductance (L>500mH) ; -1 aimant (barreau aimanté) ; -1 microampèremètre ou un galvanomètre galvanomètre ; -2 cordons. Manipulation :

Approcher puis éloigner l’un des pôles de l’aimant de l’une des faces de la bobine . Noter les observations. observations.

N

S

µA

……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Expérience n°2 n°2 Matériel :

-2 bobines de grande inductance (L>500mH) ; -1 aimant (barreau aimanté) ; -1 microampèremètre ou un galvanomètre galvanomètre ; -1 générateur ; -1 interrupteur ; -1 rhéostat ; -2 cordons. Manipulations :

Elaboration : AMOR YOUSSEF

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Ö Manip

1:

Après avoir fermé l’interrupteur, approcher puis éloigner la face de la bobine (b 1) de la face de la bobine (b2) . Noter les observations. observations. Attention : Régler le rhéostat pour n’est pas court-circuiter le générateur Bobine (b1)

Bobine (b2)

E

K

µA

……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ö Manip

2:

Rapprocher les faces des deux bobines l’une contre l’autre puis ouvrer et fermer plusieurs fois l’interrupteur l’interrupteur (K) . Noter les observations. observations. Expérience n°3 n°3 Matériel :

-1 bobine de grande inductance ; -1 aimant (barreau aimanté) ; -1 ressort suspendu à une potence ; -1 oscilloscope ; -2 cordons. Manipulation :

Ressort

N

……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Elaboration : AMOR YOUSSEF

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I-2 Sens du courant induit : Loi de Lenz Expérience Matériel :

-1 bobine de grande inductance (L>1H) ; -1 aimant (barreau aimanté) ; -1 aiguille aimantée ; -1 microampèremètre ou un galvanomètre galvanomètre ; -2 cordons. Manipulation :

-

Repére Repérerr le sens sens de l’en l’enroul rouleme ement nt du fil fil de cuivre cuivre de la bobi bobine ne ; Branc Brancher her le le micro micro-am -ampè pèremè remètre tre en en repér repéran antt sa pola polari rité té ; Repérer Repérer le le pole pole nord de l’aima l’aimant nt ( par par exempl exemplee à l’aid l’aidee d’une d’une aiguille aiguille aimantée aimantée ou une boussole) ; Déplacer Déplacer l’aima l’aimant nt vers vers la la face face de la bobine bobine et noter noter le le sens sens du du déplac déplacemen ementt de l’aiguille du micro-ampèremètre. Retrouver Retrouver le sens du cham champp magnétiqu magnétiquee indui induitt par suite suite les les pôles pôles de de la bobine bobine lorsqu’elle traverser par le courant induit. Répéter Répéter l’expé l’expérienc riencee en inve inversan rsantt à chaque chaque fois , soit soit le sens sens du déplacem déplacement ent de l’aimant ou le pole présenter à la face de la bobine. Sens du déplacement

N

-

S

+ µA

Note : On peut remplacer remplacer le microampèremètre microampèremètre par un oscilloscope oscilloscope et un résistor résistor R de faible résistance et de faible puissance (1/4 W). Sens du déplacement

N

S

R Y1 ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Elaboration : AMOR YOUSSEF

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IIII-

EXPE EXPERI RIEN ENCES CES DE MISE MISE EN EN EVI EVIDE DENC NCE E DU DU PHE PHENO NOMEN MENE E D’A D’AUT UTOOINDUCTION. II-1 Expérience Matériel :

-1 bobine de grande inductance (L>1H) ; -1 lampe 6V 50 mA ; -1 pile de 4,5 V ; -1 interrupteur -2 pince crocodiles ; -1 diode ; -6 cordons. Manipulations :

Ö Manip

1 : Noter l’état

l’on ouvre; K

de la lampe lorsque l’interrupteur (K) est fermé puis lorsque

Ug>0 ig>0

K

U b>0 i b b>0

UL>0 iL>0

……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Remarque : A fin d’obtenir un résultat appréciable (condition d’apparition d’un d’un flash lumineux) on doit choisir la bobine et la lampe lampe de manière que i b>i L .


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Ö Manip

2 : Insérer la diode dans le montage précédant , puis noter l’état de la lampe

lorsque l’interrupteur (K) est fermé puis lorsque l’on ouvre. Flécher les tensions aux bornes de la bobine bobine et de la lampe lampe dans chaque chaque cas.

K

D

K

D

……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… la diode dans dans le montage précédant précédant , puis p uis noter noter l’état de la lampe lorsque l’interrupteur (K) est fermé puis lorsque l’on ouvre. Flécher les tensions aux bornes de la bobine et de la lampe dans chaque cas. Ö Manip

3 : Inverser

………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Remarques : A l’aide de cette série d’expériences on peut mettre en évidence : · La discontinuité de la tension aux bornes de de la bobine et continuité du courant. · Que la durée de l’annulation du courant ne dépend pas de la tension U g , mais elle dépende de l’inductance (L) et de la résistance (r)de la bobine.

II-2 Simulation


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-

À l’aide l’aide d’un logici logiciel el de de simulatio simulationn ( telle telle que que « Electronic Electronicss Workben Workbench ch » , « ISIS » , …) réaliser le montage ci-après . Initialeme Initialement nt l’interr l’interrupteur upteur est fermé. fermé. Cliquer Cliquer sur sur la barre barre d’espa d’espace ce pour pour ouvrir ouvrir l’interrupteur. Après Ap rès quel quelque quess instan instantt clique cliquerr sur le le bouton bouton « Dis Displa playy Graph Graphss » Cliquer Cliquer à l’aide l’aide du bouton bouton droit droit de la la souris souris sur sur le graphe, graphe, lorsque lorsque le le menu menu s’ouvre s’ouvre cliquer sur propriétés et ajuster les échelles. On obtient le graphe ci-après Répéter les manipulations manipulations précédentes on modifiant la valeur L et de R.

L=1,4 H R = 10 W Elaboration : AMOR YOUSSEF

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L=500 mH R= 10 W Constatations : ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… II-3 La f.é.m d’auto-induction Matériel :

-1 bobine de grande inductance (L=1,2H) ; -1 conducteur ohmique de résistance R=10.k W ; -1 un G.B.F ; -1 oscill o scilloscope oscope -6 cordons.


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Manipulations :

-

Réali Réaliser ser le montag montagee de de la la fig figure ure ci-des ci-dessou souss ; Régler le le G.B G.B.F sur : o la fréquence N=200 Hz ; la valeur crête U=2 V ; o le signal triangulaire. o

uL

u

uR

Questions a. Quel signal signal visualis visualise-t-on e-t-on sur sur chacune chacune des des voies voies de l’oscill l’oscilloscope oscope ? ……………………………………………………………………………………….. b. Régler l’oscilloscope l’oscilloscope de manière à visualiser visualiser la tension u L sur la voie Y 1 et la tension uR sur sur la voie Y 2 et recopier l’écran de l’oscilloscope.

.

Calibres : ……………. Elaboration : AMOR YOUSSEF

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c. Un réglage approprié des calibres de l’oscilloscope l’oscilloscope permet permet d’obtenir d’obtenir l’écran ciaprès. Préciser ces calibres et vérifier que la tension u L est compatible compatible avec l’expression : di uL = L dt . ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….

Autre expérience expérience Matériel :

-1 bobine de grande inductance (L=1,2H) ; -1 conducteur ohmique de résistance R=2,2k W ; -1 G.B.F ; -1 oscilloscope ; -1 un amplificateur opérationnel opérationnel (µA (µ A 741) ; - 1 alimentation alimentation symétrique ; -10 cordons. Manipulation :

-

Réalis aliseer le monta ontagge . Polaris Polariser er l’amp l’amplifi lificate cateur ur par par une tensi tension on ±10V Régler Régler le G.B.F G.B.F sur un signal signal carrée carrée de fréq fréquen uence ce 500 500Hz. Hz.

Note : Pour ce montage aucune connaissance connaissance sur l’amplificateur opérationnel n’est nécessaire, il suffit suff it de savoir que ce composant composant permet d’avoir I -=0 et u NM =0, d’où


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l’intensité i du courant c ourant électrique qui traverse la bobine est la même que celle qui traverse le résistor.

Masse de l’oscilloscope

Application :

a. En négligeant la résistance de la bobine , établir la relation entre u L et i. b. Déterminer une une valeur approché de de L. Commenter Commenter le résultat. résultat. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………


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IIIIII-

REPO REPONS NSE E D’U D’UN N DIPO DIPOLE LE RL RL A UN UN ECH ECHEL ELON ON DE TEN TENSI SION ON

Matériel :

-1 bobine d’inductance variable ; -1 conducteur ohmique de résistance R=1.k W ; -1 un G.B.F ; -1 oscill o scilloscope oscope -6 cordons. Activité et Manipulations :

1. Compléter le schéma suivant en e n indiquant les branchements de l’oscilloscope permettant de

visualiser sur la voie 1 la tension u G délivrée par le G.B.F et sur la voie 2 la tension u R aux aux bornes du résistor de résistance R. Représenter ces tensi te nsions ons par des « flèches tensions ». GBF

R

L

2. Réaliser ce montage et les branchements de l’oscilloscope. On réglera la position du noyau

de fer doux de la bobine pour obtenir une self-inductance d’environ 0,4 H. Ö Montrer qu’on observera sur la voie 2 la représentation de i = f(t) à un coefficient près. Quel est ce coefficient coefficient ? 3. Régler le GBF pour obtenir un échelon de tension U 0 =….. V (une tension tension en « créneaux »

variant entre0 V et ….. V) V ) de fréquence 300 Hz. Sur le GBF régler l’offset à O puis Out (amplitude de la sortie) qui permettent d’observer l’établissement puis l'annulation du courant dans la bobine. 4. Représenter l’oscillogramme obtenu.

L’établissement L’établissement et l'annulation du courant sont-ils instantanés ? Ö Quels sont les paramètres qui, à votre avis, peuvent avoir une influence inf luence sur le retard à l’établissement l’établissement ou à l'annulation l'annulation du courant. co urant. Préciser cette influence. Ö

5. Influence des différents paramètres sur la constante de temps du dipôle RL.

Dans ce paragraphe, seule la partie d'établissement du courant sera étudiée.


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On se propose d’étudier la durée  t  nécessaire nécessaire pour que l’intensité atteigne 63% de sa valeur maximale. La durée  t  est est appelée constante de temps du dipôle RL. Dans les mesures suivantes la résistance r de la bobine est très faible par rapport à la résistance R du résistor mis en série. Dans ces conditions la résistance r ésistance totale du dipôle est voisine de R. L’amplitude de la tension en créneaux délivrée par le générateur étant maintenue à …….. V, pour quelle valeur valeur de la tension tension aux bornes du résistor résistor a-t-on i = 0,63 Imax Imax ? a. Influenc Influencee de l'inductance l'inductance L sur la valeur de la constante constante de temps temps

En conservant R = …… k W  mesurer mesurer t pour différentes différentes valeurs de L.

L(H) t (............... ( .................) ..) Conclure.:

b. Influence de la résistance R sur la valeur de .

Ajuster l’inductance de la bobine à la valeur L= ………… puis mesurer  t  pour différentes valeurs de R. R(W) t (............... ( .................) ..) Conclure.

c. Expression de la constante de temps du dipôle RL.

1. Montrer que le rapport L/R est homogène homogène à un temps. te mps. 2. En utilisant les mesures précédentes, compléter le tableau suivant et comparer t et L/R. L(H) R(W) L/R(s) t (s)

3. Conclure.


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