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Physique · Classe de 4ᵉ

Magnétisme et électromagnétisme

Aimants, champ magnétique, effet d'un courant sur une boussole

À propos de cette page
Cette évaluation sur « Magnétisme et électromagnétisme » en quatrième permet de faire le point sur ses connaissances en physique, comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de quatrième et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : Les aimants et leurs propriétés, Le champ magnétique, La boussole et le champ magnétique terrestre, Effet d'un courant électrique sur une boussole. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de quatrième en physique.
Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 60 min · Noté sur 20
60:00

Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.

Exercice 1 — Aimants et interactions magnétiques

/ 4 pts
  1. Nomme les deux pôles d'un aimant. (1 pt)
  2. Deux aimants sont placés face à face : le pôle Nord du premier fait face au pôle Sud du second. Décris l'interaction qui se produit et explique pourquoi. (1,5 pt)
  3. Un élève affirme qu'en coupant un aimant en deux, il obtient un pôle Nord isolé et un pôle Sud isolé. Cette affirmation est-elle correcte ? Justifie ta réponse. (1,5 pt)

Exercice 2 — Champ magnétique et lignes de champ

/ 4 pts
  1. Qu'est-ce qu'un champ magnétique ? Donne son unité. (1 pt)
  2. Décris les propriétés des lignes de champ magnétique (au moins 3 propriétés). (2 pt)
  3. Comment peut-on visualiser expérimentalement les lignes de champ magnétique ? (1 pt)

Exercice 3 — Expérience d'Œrsted

/ 5 pts
  1. Qui a découvert le lien entre courant électrique et magnétisme ? En quelle année ? (1 pt)
  2. Décris l'expérience d'Œrsted : quel dispositif utilise-t-on et qu'observe-t-on ? (2 pt)
  3. Que se passe-t-il à la déviation de la boussole si on : (a) augmente l'intensité du courant ; (b) inverse le sens du courant ; (c) éloigne la boussole du fil. (1,5 pt)
  4. Pourquoi cette découverte a-t-elle été considérée comme révolutionnaire pour la physique ? (0,5 pt)

Exercice 4 — L'électroaimant

/ 4 pts
  1. Qu'est-ce qu'un électroaimant ? De quoi est-il composé ? (1 pt)
  2. Cite deux avantages d'un électroaimant par rapport à un aimant permanent dans l'industrie. (1 pt)
  3. Un électroaimant est constitué d'une bobine de 150 spires et est alimenté par un courant de 3 A. Pour doubler le champ magnétique, un ingénieur propose d'utiliser 300 spires avec le même courant. Est-ce correct ? Justifie. (2 pt)

Exercice 5 — Application : moteur électrique

/ 3 pts
  1. Quel principe physique est à l'origine du fonctionnement d'un moteur électrique ? (1 pt)
  2. Un moteur électrique est alimenté sous une tension U = 9 V et consomme un courant I = 0,5 A. Calcule la puissance électrique consommée. (1 pt)
  3. Si la puissance mécanique fournie par ce moteur est 3,6 W, calcule son rendement. Que devient l'énergie « perdue » ? (1 pt)
✓Corrigé détaillé

Exercice 1 — Aimants et interactions magnétiques
1. Les deux pôles d'un aimant :
Un aimant possède un pôle Nord (N) et un pôle Sud (S).

2. Interaction pôle Nord face à pôle Sud :
Les deux aimants s'attirent.
Justification : La règle des interactions magnétiques stipule que deux pôles de noms contraires s'attirent (N–S). Ici, le pôle Nord du premier fait face au pôle Sud du second : ce sont des pôles différents, donc ils s'attirent.

3. Peut-on isoler un pôle Nord ou un pôle Sud en coupant un aimant ?
Cette affirmation est incorrecte.
Justification : Si on coupe un aimant-barreau en deux, chaque morceau possède à nouveau ses propres pôles Nord et Sud. Il est impossible d'obtenir un pôle magnétique isolé (monopole magnétique). Chaque fragment se comporte comme un nouvel aimant complet.

Exercice 2 — Champ magnétique et lignes de champ
1. Définition du champ magnétique et unité :
Le champ magnétique est la modification de l'espace créée par un aimant ou un courant électrique. C'est une grandeur physique vectorielle (direction, sens, intensité) qui agit sur d'autres aimants ou courants.
Son unité dans le Système International est le tesla (T).

2. Propriétés des lignes de champ magnétique (au moins 3) :

  • À l'extérieur de l'aimant, elles vont du pôle Nord vers le pôle Sud (et de S vers N à l'intérieur).
  • Elles forment des courbes fermées : elles se referment à l'intérieur de l'aimant.
  • Elles ne se croisent jamais (une seule direction de champ en chaque point).
  • Plus elles sont serrées, plus le champ magnétique est intense (proche des pôles).

3. Visualisation expérimentale des lignes de champ :
On saupoudre de la limaille de fer sur une feuille de papier posée sur un aimant. Les grains de limaille s'orientent le long des lignes de champ et permettent de les visualiser.

Exercice 3 — Expérience d'Œrsted
1. Découvreur et année :
Hans Christian Œrsted, physicien danois, a découvert le lien entre courant électrique et magnétisme en 1820.

2. Description de l'expérience d'Œrsted :
Dispositif : On place une boussole à proximité d'un fil électrique parcouru par un courant continu.
Observation : Lorsque le courant circule dans le fil, l'aiguille de la boussole dévie (elle ne pointe plus vers le Nord géographique). Sans courant, l'aiguille reprend sa position initiale. Cela montre que le courant crée un champ magnétique autour du fil.

3. Effets sur la déviation de la boussole :

  • (a) On augmente l'intensité du courant : la déviation de l'aiguille augmente, car le champ magnétique est proportionnel à l'intensité du courant.
  • (b) On inverse le sens du courant : l'aiguille dévie dans le sens opposé, car le sens du champ magnétique s'inverse.
  • (c) On éloigne la boussole du fil : la déviation diminue, car le champ magnétique diminue avec la distance.

4. Pourquoi cette découverte fut révolutionnaire :
Avant Œrsted, électricité et magnétisme étaient considérés comme deux phénomènes totalement séparés. Sa découverte a montré qu'un phénomène électrique (le courant) produit un effet magnétique, unifiant ainsi les deux domaines. Elle a ouvert la voie à la théorie de l'électromagnétisme de Maxwell.

Exercice 4 — L'électroaimant
1. Définition et composition d'un électroaimant :
Un électroaimant est un dispositif qui se comporte comme un aimant uniquement lorsqu'un courant électrique le traverse.
Il est composé d'un solénoïde (bobine de fil conducteur enroulé en spires) et d'un noyau de fer doux qui amplifie le champ magnétique.

2. Deux avantages d'un électroaimant par rapport à un aimant permanent :

  • On peut allumer et éteindre le magnétisme à volonté en contrôlant le courant (ex. : grue pour déposer une charge en coupant le courant).
  • On peut régler l'intensité du champ magnétique en faisant varier le courant (la force d'attraction est modulable).

3. Doubler le champ en doublant le nombre de spires (150 → 300 spires, même courant) :
La proposition de l'ingénieur est correcte.
Justification : Le champ magnétique d'un solénoïde est proportionnel au produit N × I (nombre de spires × intensité du courant).
Situation initiale : N = 150, I = 3 A → N × I = 450
Situation proposée : N = 300, I = 3 A → N × I = 900
Le produit double, donc le champ magnétique double bien. La proposition est correcte.

Exercice 5 — Application : moteur électrique
1. Principe physique du moteur électrique :
Le moteur électrique repose sur l'interaction entre un champ magnétique (créé par un aimant permanent) et un courant électrique circulant dans une bobine placée dans ce champ. Cette interaction crée une force sur la bobine, la mettant en rotation : l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique.

2. Calcul de la puissance électrique consommée :
On applique la formule : P = U × I
P = 9 V × 0,5 A
P = 4,5 W
La puissance électrique consommée est 4,5 watts.

3. Calcul du rendement :
Formule du rendement : η = Pmécanique / Pélectrique
η = 3,6 W / 4,5 W
η = 0,8 = 80 %
L'énergie « perdue » (4,5 − 3,6 = 0,9 W) correspond à de la chaleur dissipée par effet Joule dans les résistances des fils de la bobine, et à des frottements mécaniques dans le moteur.

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