Magnétisme et électromagnétisme

En classe, on approche le pôle N d'un aimant droit de différents objets, puis on recommence avec le pôle S. Résultats :

1. Classe les objets en deux groupes : ferromagnétiques ou non. Qu'ont en commun les objets attirés ?
2. La pièce de $5$ centimes est recouverte de cuivre et pourtant attirée. Explique.
3. Quel pôle du petit aimant fait face à l'aimant droit dans cette expérience ? Justifie à partir des deux dernières colonnes.
4. Propose un test simple pour distinguer, dans le tableau, un objet en fer d'un aimant.

Un fil de connexion rectiligne est tendu au-dessus d'une boussole, parallèlement à l'aiguille qui indique le nord. Le fil fait partie d'un circuit comportant une pile de $4,5$ V, un interrupteur ouvert et une lampe.

1. Décris ce que fait l'aiguille quand on ferme l'interrupteur, puis quand on le rouvre. Que démontre cette observation ?
2. On remplace la lampe par une résistance qui laisse passer un courant deux fois plus faible. Que devient la déviation ?
3. On remplace la pile de $4,5$ V par une pile de $9$ V et on inverse ses bornes. Décris la déviation obtenue par rapport à la première expérience.
4. Un élève affirme : « la boussole dévie parce que le fil chauffe ». Propose une expérience qui permette de montrer qu'il a tort.

Un électroaimant de $150$ spires soulève des masses marquées. Relevé de l'expérience (une mesure est douteuse) :

1. Quelle relation observe-t-on entre la masse soulevée et l'intensité ? Quelle mesure semble fausse ? Justifie.
2. Prévois la masse soulevée pour $I=1,25$ A.
3. Calcule le poids de la masse soulevée pour $I=1,00$ A ($g=9,8$ N/kg). Que peut-on en dire de la force magnétique exercée ?
4. On remplace le noyau de fer doux par un noyau en acier. L'électroaimant soulève encore une masse à $I=0$ A. Explique pourquoi c'est un défaut pour une grue de casse.

Le champ magnétique terrestre vaut environ $47$ µT à Marseille. On rappelle que le pôle N d'une aiguille de boussole pointe vers le nord géographique.

1. Convertis $47$ µT en mT puis en T.
2. Explique pourquoi le pôle magnétique situé près du pôle Nord géographique est en réalité un pôle sud magnétique.
3. Un aimant de réfrigérateur crée $4,7$ mT à sa surface. Combien de fois le champ terrestre ? Que se passe-t-il si l'on pose une boussole dessus ?
4. Cite l'origine du champ magnétique terrestre et donne une raison pour laquelle une boussole peut se tromper en ville.

Pour chaque affirmation, dis si elle est vraie ou fausse et justifie en une phrase.

1. « Tous les métaux sont attirés par un aimant. »
2. « En coupant un aimant en son milieu, on isole le pôle Nord du pôle Sud. »
3. « Un moteur électrique et un alternateur contiennent tous deux un aimant et une bobine, mais fonctionnent en sens inverse l'un de l'autre. »
4. « Un électroaimant est moins pratique qu'un aimant permanent, car il a besoin d'un courant. »