Aurélie 11/05/08
 

 

Concours kiné Berck : 9 années de QCM

Solénoïdes, force de Laplace

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On considère deux solénoïde S1 et S2 identiques d'axes D1 et D 2 perpendiculaires, traversés respectivement par des courants I1 et I2 =1,5 I1. Soit le point O d'intersection des axes D1 et D 2. On place en O une petite aiguille aimantée dirigée suivant l'axe D 2 lorsque aucun courant ne circule dans les solénoïdes. On négligera l'influence du champ magnétique terrestre.

De quel angle en degré va pivoter la petite aiguille aimantée lorsque l'on établit simultanément I1 et I2 ?

L'intensité du courant dans le solénoïde et le champ magnétique sont proportionnels.

tan a = B1/B2 = I1/I2 =1/1,5 = 0,67 ; a =33,7°.



On place une aiguille aimantée au centre d'un solénoïde d'axe horizontal comprenant 450 spires par mètre. L'axe du solénoïde est perpendiculaire à la direction nord-sud que prend l'aiguille aimantée dans le champ magnétique terrestre. L'aiguille tourne d'un angle a lorsqu'on fait passer dans les spires un courant d'intensité I=18mA. La valeur de la composante horizontale du champ magnétique terrestre vaut : BH= 2 10-5 T ; m 0 = 4 p 10-7 SI.
Déterminer la valeur de l'angle a (en degré) dont l'aiguille a tourné.

 B= m0nI =4p 10-7 *450*18 10-3 = 1,02 10-5 T.

tan a1 = B/Bh = 1,02 10-5 / 2 10-5 = 0,51 et a1 =27°.

 


Une tige de cuivre homogène FG, de masse m et de longueur L peut glisser sans frottement sur deux rails en cuivre AC et DE. La tige reste toujours perpendiculaire aux rails et maintient entre eux le contact électrique. L'ensemble est plongé dans un champ magnétique uniforme orthogonal au plan formé par les rails AC et DE, dirigé vers le haut, de valeur B. On relie les rails à un générateur de tension qui débite un courant continu d'intensité I.
Données : L= 12 cm ; B= 0,4 T; m=150g ;
a = 15°.

  1. Combien d'affirmations sont exactes ?

    a- La force de Laplace s'exerçant sur la tige FG s'applique au milieu de cette tige.
    b- La direction de la force de Laplace est parallèle aux rails AC et DE
    c- Le sens de la force de Laplace est vers le haut du schéma
    d- La valeur de la force de Laplace se calcule par la relation F=I B L
    e- Dans cette expérience il y a conversion d'énergie mécanique en énergie électrique

e- est fausse, l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique

Déterminer la valeur de l'intensité I (en A) du courant pour que la tige soit en équilibre.
7,9 ; 10,5 ; 14,8 ; 20,6 ; 27,2 ; aucune réponse correcte.


à l'équilibre la tige est pseudo-isolée:
La somme des vecteurs forces s'écrit en projection sur un axe parallèle au plan orienté vers le haut.
F=I L B= m g sin
a.
I= m g sin
a / (B L)= 0,15*9,8*sin15/(0,4*0,12)= 7,9 A.

 





 

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Un solénoïde de 500 spires, de longueur L= 60 cm est parcouru par un courant I= 5A.

Parmi les affirmations suivantes, combien y-en-a-t-il d'exacte ?

1- A l'extérieur du solénoïde le spectre magnétique est très semblable à celui d'un aimant droit.

2- La face 1 du solénoïde est une face nord.

3- A l'intérieur du solénoïde, les lignes de champ sont parallèles.

4- A l'intérieur du solénoïde , la valeur du champ magnétique est inversement proportionnelle à la longueur L de la bobine.

5- A l'intérieur du solénoïde, la valeur du champ magnétique est environ 5 mT.


Le champ magnétique est pratiquement nul à l'extérieur du solénoïde : le spectre magnétique du solénoïde ne peut pas être semblable à celui d'un aimant droit.

La ressemblance est importante néanmoins, l'aimant droit ne possède que des plans de symétrie car c'est un parallélépipède rectangle tandis que le solénoïde possède un axe de révolution. Les lignes de champ résultante sont donc différentes en étant rigoureux.

Si l'aimantation de l'aimant est uniforme et que l'aimant est cylindrique, l'équivalence (à l'extérieur !) est rigoureusement exacte.

B= 4*3,14 10-7*500*5/0,6 = 5,2 10-3 T voisin 5 mT

3 affirmations exactes : 3, 4 et 5.




On place une aiguille aimantée en un point O à l'intérieur d'un solénoïde de longueur L=50 cm et comportant N=200 spires. En l'absence de courant, l'aiguille prend la direction de la composante horizontale BH du champ magnétique terrestre. Cette direction forme un angle de 45 ° avec l'axe du solénoïde. Lorsqu'on fait circuler un courant d'intensité I, on constate que l'aiguille tourne et forme un angle droit avec l'axe du solénoïde.

m 0=4p 10-7 S.I ; BH= 20 mT.

Calculer l'intensité du courant (mA) qui circule dans le solénoïde. (28 ; 56 ; 122 ; 188 ; 250 ; aucune réponse exacte)

B= Btotal = BH sin 45 = 2 10-5 cos45 = 1,41 10-5 T

de plus B= m 0N/L I soit I = BL/(m 0N)=1,41 10-5*0,5/(12,56 10-7*200)=2,81 10-2 A = 28 mA.

 





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