Loi de Biot-Savart
Etude de la loi de Biot-Savart pour une bobine
Nível :
Collège
Autor:
FizziQ
Cette activité permet à l’élève de visualiser le lien entre courant électrique et champ magnétique en mesurant l’effet d’une bobine avec un magnétomètre. Il apprend à manipuler un capteur, analyser des données expérimentales et vérifier une loi physique fondamentale comme la loi de Biot-Savart.
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Notions abordées dans cette activité
✔ Champ magnétique et courant électrique : comprendre comment une bobine parcourue par un courant crée un champ magnétique
✔ Loi de Biot-Savart : relation entre l’intensité du courant et l’intensité du champ magnétique dans une bobine
✔ Utilisation d’un magnétomètre : mesurer et analyser une grandeur physique invisible à l’œil nu
✔ Représentation graphique des données expérimentales : observer la relation entre deux grandeurs physiques et vérifier une loi théorique
Manipulation effectuée par l’élève
Préparer le montage : connecter une bobine à un générateur de courant réglable et positionner le smartphone devant la bobine
Activer le magnétomètre : mesurer la composante Y du champ magnétique créé par la bobine
Varier l’intensité du courant : régler différentes valeurs d’intensité et noter la valeur du champ magnétique mesurée
Construire un tableau de valeurs : reporter les mesures en fonction de l’intensité du courant
Tracer un graphique : représenter le champ magnétique Y en fonction de l’intensité électrique et analyser la tendance
Comparer avec la théorie : vérifier si la relation obtenue est conforme à la loi de Biot-Savart et en tirer des conclusions
Explication scientifique pour l’enseignant
1. Champ magnétique créé par une bobine
Lorsqu’un courant électrique traverse une bobine, il crée un champ magnétique proportionnel à l’intensité du courant et au nombre de spires. Ce phénomène est à la base de nombreux dispositifs comme les électroaimants et transformateurs.
2. Loi de Biot-Savart
La loi de Biot-Savart décrit l’intensité du champ magnétique B créé par un courant électrique. Dans le cas d’une bobine longue, l’approximation du champ magnétique au centre est donnée par :
B=μ0*N*I/L
où :
B est l’intensité du champ magnétique (en teslas)
I est l’intensité du courant électrique (en ampères)
N est le nombre de spires de la bobine
L est la longueur de la bobine
μ0 est la perméabilité magnétique du vide
La relation entre le champ magnétique et l’intensité du courant est donc linéaire, ce que l’élève pourra vérifier expérimentalement.
3. Intérêt du smartphone
Le magnétomètre du smartphone permet de mesurer directement l’intensité du champ magnétique sans instrument externe. La composante Y est particulièrement intéressante car elle permet d’observer la variation du champ magnétique lorsque le courant change.
4. Applications pratiques
Cette expérience permet aux élèves de comprendre le fonctionnement des électroaimants, moteurs électriques, et transformateurs, qui reposent sur le même principe physique.
Cette activité offre donc une approche expérimentale du lien entre électricité et magnétisme, en alliant manipulation, mesure et modélisation mathématique du phénomène.