Physique 4ᵉ
Ressources · 4ᵉ · Physique
Magnétisme et électromagnétisme
Aimants, champ magnétique, effet d'un courant sur une boussole
Approfondissement Ce chapitre va au-delà du programme officiel de 4ᵉ : utile pour aller plus loin ou anticiper.
À propos de cette page
Ces problèmes corrigés sur « Magnétisme et électromagnétisme » en quatrième permettent d'appliquer le cours à des situations concrètes en physique. Ils suivent le programme officiel de quatrième et se résolvent étape par étape. Au programme : Aimants et matériaux magnétiques, Les pôles et leurs interactions, Le champ magnétique, La boussole et le champ terrestre. Cherche au brouillon, saisis ta réponse puis clique sur « Vérifier » pour te corriger. Idéal pour développer le raisonnement, la rigueur et la confiance avant une évaluation. Problèmes gratuits proposés par un professeur particulier à Marseille pour progresser en physique en quatrième.
Résous chaque problème, écris ta réponse puis clique sur « Vérifier ». Pose tes calculs au brouillon.
Facile
Pb. 1Centre de tri. Sur un tapis roulant, des déchets passent sous un puissant aimant : canettes en acier, canettes en aluminium, bouteilles en verre, bouchons en fer, feuilles de cuivre.
Combien de ces cinq types de déchets sont soulevés par l'aimant ?
Canettes en acier et bouchons en fer : l'acier est un alliage de fer.Les canettes en aluminium restent sur le tapis. Pourquoi ? Réponds par un mot : l'aluminium n'est pas .
Métal ≠ ferromagnétique.L'aimant fonctionne avec un courant de 40 A dans une bobine. Quel nom donne-t-on à ce type d'aimant ?
Une bobine parcourue par un courant.Comment l'opérateur fait-il retomber les déchets dans la benne de récupération ? Il le courant.
Sans courant, l'électroaimant relâche tout.Voir le corrigé
- 2 — Canettes en acier et bouchons en fer : l'acier est un alliage de fer.
- ferromagnétique — Métal ≠ ferromagnétique.
- électroaimant — Une bobine parcourue par un courant.
- coupe — Sans courant, l'électroaimant relâche tout.
Pb. 2Boussole en montagne. Un randonneur lit sa carte. À Marseille, l'aiguille de la boussole pointe vers un point situé à 2° à l'est du nord géographique (c'est la déclinaison magnétique).
Quelle extrémité de l'aiguille pointe vers le nord : le pôle nord ou le pôle sud de l'aiguille ?
Attiré par le pôle sud magnétique terrestre.Quel objet de la Terre joue le rôle d'aimant ? Réponds par un mot : le terrestre.
Le fer liquide en mouvement dans le noyau.Un ami au Canada mesure une déclinaison de 15°. Si le pôle magnétique et le pôle géographique étaient au même endroit, quelle déclinaison mesurerait-on partout sur Terre ? °
L'aiguille pointerait alors partout vers le nord géographique : déclinaison nulle. Les 2° de Marseille et les 15° du Canada montrent que les pôles magnétiques ne coïncident pas avec les pôles géographiques.Le randonneur pose sa boussole sur le capot d'une voiture : l'aiguille tourne de 40°. Quel matériau de la voiture explique cette perturbation ?
La carrosserie en acier déforme le champ local.Voir le corrigé
- le pôle nord — Attiré par le pôle sud magnétique terrestre.
- noyau — Le fer liquide en mouvement dans le noyau.
- 0 — L'aiguille pointerait alors partout vers le nord géographique : déclinaison nulle. Les 2° de Marseille et les 15° du Canada montrent que les pôles magnétiques ne coïncident pas avec les pôles géographiques.
- l'acier — La carrosserie en acier déforme le champ local.
Moyen
Pb. 3TP électroaimant. Un groupe fabrique un électroaimant avec 100 spires et mesure le nombre de trombones soulevés : 0,3 A → 6 trombones ; 0,6 A → 12 trombones ; 0,9 A → 18 trombones.
Combien de trombones prévois-tu pour 1,2 A ?
Le nombre de trombones est proportionnel à I : 6 par 0,3 A.Quelle intensité faudrait-il pour soulever 30 trombones ? I = A
30 ÷ 6 = 5 fois 0,3 A.Le groupe rebobine 200 spires au lieu de 100 et remet 0,3 A. Combien de trombones environ ?
Deux fois plus de spires → champ environ deux fois plus intense.Ils remplacent le noyau de fer doux par un cylindre en plastique. Le nombre de trombones soulevés augmente-t-il, diminue-t-il ou reste-t-il le même ?
Le noyau de fer doux renforce beaucoup le champ ; sans lui, l'électroaimant est très faible.Voir le corrigé
- 24 — Le nombre de trombones est proportionnel à I : 6 par 0,3 A.
- 1,5 — 30 ÷ 6 = 5 fois 0,3 A.
- 12 — Deux fois plus de spires → champ environ deux fois plus intense.
- diminue — Le noyau de fer doux renforce beaucoup le champ ; sans lui, l'électroaimant est très faible.
Pb. 4Sonnette électrique. Quand on appuie sur le bouton, un courant traverse un électroaimant qui attire un marteau en fer vers une cloche ; le marteau frappe puis revient grâce à un ressort. La bobine est alimentée sous 8 V et parcourue par 0,25 A.
Quel élément du circuit joue le rôle d'interrupteur ? Le
Le bouton ferme le circuit.Pourquoi le marteau doit-il être en fer et non en cuivre ? Parce que le cuivre n'est pas .
Seul un matériau ferromagnétique est attiré.Puissance électrique reçue par la bobine : P = W
P = U × I = 8 × 0,25 = 2 W.Si l'on remplace le noyau de fer doux par un noyau en acier, la sonnette ne sonne qu'une seule fois puis le marteau reste collé. Explique.
L'acier reste aimanté après la coupure du courant : le marteau reste attiré et ne peut plus revenir frapper. Le fer doux, lui, se désaimante aussitôt.Fer doux : aimantation temporaire ; acier : aimantation durable.Voir le corrigé
- bouton — Le bouton ferme le circuit.
- ferromagnétique — Seul un matériau ferromagnétique est attiré.
- 2 — P = U × I = 8 × 0,25 = 2 W.
- Réponse libre — exemple : L'acier reste aimanté après la coupure du courant : le marteau reste attiré et ne peut plus revenir frapper. Le fer doux, lui, se désaimante aussitôt. — Fer doux : aimantation temporaire ; acier : aimantation durable.
Difficile
Pb. 5Expérience d'Œrsted mesurée. Une boussole est placée sous un fil rectiligne. On mesure l'angle de déviation de l'aiguille pour plusieurs intensités : 0,5 A → 10° ; 1,0 A → 19° ; 2,0 A → 33° ; 4,0 A → 50°.
En partant de la mesure à 0,5 A, quel angle obtiendrait-on à 4,0 A si l'angle était proportionnel à l'intensité ? °
4,0 ÷ 0,5 = 8 ; 8 × 10 = 80°. On mesure seulement 50° : l'angle n'est pas proportionnel à l'intensité, il augmente de moins en moins vite.Que vaut l'angle quand le circuit est ouvert ? °
Pas de courant, pas de champ créé par le fil.On inverse les bornes du générateur, toujours avec I = 1,0 A. De combien de degrés l'aiguille dévie-t-elle ? °
Même intensité → même angle, 19°, mais de l'autre côté : le sens du champ créé par le fil dépend du sens du courant.Pourquoi l'aiguille ne peut-elle jamais dépasser 90° de déviation, même avec un courant énorme ?
L'aiguille s'aligne sur le champ total (champ du fil + champ terrestre). Si le champ du fil domine complètement, elle se place perpendiculairement au fil, c'est-à-dire à 90° du nord : on ne peut pas faire plus.À 90°, l'aiguille est déjà entièrement alignée sur le champ du fil.Voir le corrigé
- 80 — 4,0 ÷ 0,5 = 8 ; 8 × 10 = 80°. On mesure seulement 50° : l'angle n'est pas proportionnel à l'intensité, il augmente de moins en moins vite.
- 0 — Pas de courant, pas de champ créé par le fil.
- 19 — Même intensité → même angle, 19°, mais de l'autre côté : le sens du champ créé par le fil dépend du sens du courant.
- Réponse libre — exemple : L'aiguille s'aligne sur le champ total (champ du fil + champ terrestre). Si le champ du fil domine complètement, elle se place perpendiculairement au fil, c'est-à-dire à 90° du nord : on ne peut pas faire plus. — À 90°, l'aiguille est déjà entièrement alignée sur le champ du fil.
Bloqué sur ce chapitre ?
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
Prof de physique-chimie à Marseille · Cours particuliers au collège · Aide aux devoirs