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E.T.S.L 1CL TP 7 Etude des bobines de Helmholtz Utilisation d’un teslamètre à s

E.T.S.L 1CL TP 7 Etude des bobines de Helmholtz Utilisation d’un teslamètre à sonde à effet Hall Objectifs : - Étude du dispositif des bobines de Helmholtz à l’aide d’une sonde à effet Hall reliée à un teslamètre. - Montrer que le champ B, créé au centre d’une bobine parcourue par un courant d’intensité I, est de la forme B = kI. - Montrer qu’une disposition particulière des deux bobines, l’une par rapport à l’autre, permet d’obtenir une région de champ uniforme. Matériel : - Un teslamètre utilisant une sonde à effet Hall. - Deux bobines de Helmholtz supportant au maximum 5 A. - Une alimentation continue Jeulin (6, 12 V) 5 A. - Un rhéostat 8,5 A. - Un ampèremètre. - Un interrupteur. - Un petit tournevis pour ajuster le zéro de la sonde à effet Hall. - Une centrale d’acquisition ORPHY GTS2. I - Bobine plate - Bobine de Helmholtz : I-1: Bobine plate : I-1-1 : Description : La bobine plate a un rayon moyen R = 6,5 cm et une largeur 2L = 2,5 cm. Le bobinage comporte N = 95 spires, réparties en 5 couches de 19 spires de fil émaillé. Les dimensions de la bobine sont telles qu’elle peut être assimilée à une bobine « infiniment plate ». 7 Le champ magnétique au centre de la bobine a pour caractéristiques : Direction : celle de l’axe de la bobine. Sens : indiqué par la règle de la main droite. Valeur du champ B au centre de la bobine : B = 740 0.I avec µ0 : perméabilité magnétique du vide : 4..10-7 S.I. I-2 : Bobines de Helmhotz : I-2-1 : Description : 8 L’ensemble est composé de deux bobines coaxiales B1 et B2, identiques à la bobine décrite précédemment. La bobine B1 est fixe. La bobine B2 est mobile. Les index I1 et I2, correspondant au milieu des bobines, et la graduation G, gravée sur le support de l’ensemble, permettent de mesurer la distance D entre les centres des deux bobines. Le guide F supporte le manche porte-sonde du teslamètre. La sonde S est alors positionnée sur l’axe des bobines. La graduation du manche porte-sonde permet la mesure directe de la distance d entre la sonde S et le centre de la bobine fixe B1. À chaque bobine sont associées deux bornes repérées E et S, permettant l’alimentation en courant des bobines. II - Expérimentation II-1 : Vérification de la formule B = kI II-1-1 : Montage :  Réaliser le montage de la figure ci-dessous en utilisant uniquement la bobine fixe:  Placer la sonde de Hall au centre de la bobine. C’est la région ou le champ est le plus intense.  Sélectionner la composante Bx sur le boîtier du teslamètre.  Brancher l’entrée Bx du boîtier du teslamètre sur la prise EA0 (borne rouge) d’ORPHY et la masse du boîtier du teslamètre sur l’entrée EA0 (borne noire). faire vérifier votre montage avant de mettre l’alimentation en fonctionnement. 9 bobine  Mettre sous tension l’imprimante, l’écran puis l’unité centrale. Lorsque C:\> apparaît, taper WIN et valider. Attendre quelques instants afin que le bureau du PC apparaisse et cliquer deux fois sur l’icône représentant le logiciel GTS2. Une fenêtre s’ouvre, réaliser les opérations suivantes (sauf si visiblement elles ont déjà été faites) :  Cliquer dans la case « Mode » : o Dans Mode de fonctionnement, cocher « entrée clavier » ; o Une fenêtre s’ouvre alors pour spécifier quelle est la grandeur à placer en abscisse. Taper I pour l’intensité et taper A pour son unité. Valeur min : 0 ; valeur max : 5. Cliquer dans le cadre bleu, - indiquer l’Entrée analogique « EA0 prise A » dans le menu déroulant. - Nom de la Grandeur physique : U. - Unité : V - Minimum : 0 et Maximum : 0.1. - Enfin cliquer sur Activer. Cliquer dans le cadre vert. Choisir « désactiver » dans le menu déroulant. (En effet, on ne mesure qu’une tension). II-1-2 : Manipulation  L’interrupteur K étant toujours ouvert, régler le zéro du teslamètre. Pour cela, vous agirez sur la vis située sur la tige de la sonde et notée Bx. Il faudra venir afficher la valeur 0.00 sur l'écran du teslamètre. Entrer ensuite au clavier la valeur correspondante de l’intensité c’est-à-dire 0 A, puis taper sur la touche Entrée.  Fermer K et donner la plus petite valeur d’intensité possible au courant à l’aide du rhéostat, puis entrer au clavier la nouvelle valeur de I. Taper alors sur la touche Entrée. (remarque : Si la valeur donnée par le teslamètre est négative, il est impératif d’inverser les branchements des bornes noires du solénoïde).  Faire varier l’intensité de 1 à 5 A tous les 0,5 A toujours et faire l’acquisition de la tension du teslamètre à chaque fois. Attention : à chaque valeur de I, vous n’omettrez pas de régler ou de vérifier le zéro du teslamètre. Lorsque vous avez fini, ouvrez le circuit électrique. II-1-3 : Tracé de la courbe B = f (I)  Quand toutes les mesures ont été réalisées, transférer votre acquisition vers le logiciel Régressi en cliquant sur son icône.  Une boîte de dialogue apparaît. 10 Dans commentaire : entrer : courbe B = f (I) pour une bobine Dans Données vers Régressi : cocher Nouveau fichier Cliquer sur OK. La courbe U = f (I) apparaît alors dans le logiciel Régressi.  Cliquer sur l’onglet « Grandeurs », puis dans Expression, préciser l’étalonnage fourni par le constructeur du teslamètre (à moins que cela ne soit déjà fait), 10 mV/mT en tapant l’expression suivante : B = U/10, puis cliquer sur le bouton validation :  Dans Variables, double cliquer sur B et indiquer l’unité convenable c’est-à-dire mT au lieu de mV, puis cliquer sur OK.  Cliquer sur l’onglet « Graphe », puis cliquer sur le bouton Coordonnées : et dans Ordonnée, indiquer B à la place de U.  Cliquer sur le bouton modélisation :  Dans la fenêtre de modélisation qui s’ouvre à gauche du graphe, rentrer la relation : B = k*I  Dans la fenêtre « Graphe » : cliquer sur l’icône en forme de flèche puis sélectionner « texte ». Taper le titre de la courbe.  Enregistrer dans « mes documents » avant d’imprimer. Cocher dans la boîte de dialogue « Expressions », « tableau », « Graphe », « Modélisation » et « la date ». II-1-4 : Exploitation  Quel type de courbe obtenez-vous ?  Donner la formule théorique de la valeur du champ magnétique au centre d’une bobine infiniment plate en explicitant chaque terme (cf. pages précédentes).  Donner la relation de k en fonction de la perméabilité magnétique du vide 0.  La valeur trouvée expérimentalement est-elle conforme à la valeur théorique ? 11  Donner l’écart relatif entre les deux valeurs.  En déduire une première valeur de la perméabilité magnétique du vide 0 et comparer à la valeur théorique en faisant un calcul d’écart relatif : = % Remarque : La valeur mesurée de 0 ne doit pas différer de plus de 2 % de la valeur théorique. II-2 : Obtention d’un champ uniforme II-2-1 : Montage  Basculer vers le programme d’acquisition de données en cliquant sur le bouton :  Cliquer dans la case « Mode » : o Dans Mode de fonctionnement, cocher « entrée clavier » ; Une fenêtre s’ouvre alors pour spécifier quelle est la grandeur à placer en abscisse. Taper d pour la position de la sonde et taper cm pour son unité. Valeur min : 0 ; valeur max : 20.  Les deux bobines sont alimentées en série, de sorte que les champs magnétiques créés par chacune d’elles s’additionnent en valeur. 12  Régler la distance D entre les deux bobines pour la disposition suivante :D = sachant que le rayon des bobines R est de 6,5cm  Faire vérifier le montage II-2-2 : Étude de B le long de l’axe horizontal du dispositif : acquisition de B et d :  Fermer l’interrupteur : Régler l’intensité du courant à I = 3 A en déplaçant le curseur du rhéostat. (remarque : Si la valeur donnée par le teslamètre est négative, il est impératif d’inverser les branchements des bornes de la seconde bobine).  Ouvrir l’interrupteur : vérifier le zéro du teslamètre, au besoin l’ajuster à l’aide du petit tournevis prévu à cet effet.  Fermer l’interrupteur puis faire une acquisition de la tension du teslamètre tous les cm de 0 à 16 cm en décalant la sonde cm par cm et en entrant au clavier la valeur de d fixée. S’assurer du zéro du teslamètre etque I est toujours égal à 3 A.  Lorsque vous avez fini, ouvrez le circuit. II-2-2 : Tracé de la courbe B1 = f(d)  Transférer l’acquisition vers le logiciel Régressi en cliquant sur son icône.  Une boîte de dialogue apparaît. Dans paramètre : entrer uploads/s3/ tp7-helmholtz.pdf