Aimant et bobine

Le cours

Aimant et bobine

I. L'aimant droit

A. Description

Aimant : Objet capable d'attirer certains métaux (fer, acier, nickel, cobalt).

Forme courante : Barreau rectangulaire ou cylindrique.

  ╔═══════════════════╗
  ║   N           S   ║  Aimant droit
  ╚═══════════════════╝
  ↑               ↑
Pôle Nord     Pôle Sud

Couleur conventionnelle : - Pôle Nord : Peint en rouge - Pôle Sud : Peint en bleu ou blanc

B. Les pôles d'un aimant

Définition : Zones aux extrémités de l'aimant où les effets magnétiques sont les plus intenses.

Identification : 1. Aimant suspendu librement → pointe Nord-Sud géographique - Pôle Nord de l'aimant → vers le Nord terrestre - Pôle Sud de l'aimant → vers le Sud terrestre

2. Boussole : Petite aiguille aimantée qui s'oriente Nord-Sud

Application en Côte d'Ivoire : Les navigateurs sur le fleuve Bandama ou la lagune Ébrié utilisent des boussoles (aimants) pour s'orienter.

C. Propriétés magnétiques

Matériaux magnétiques (attirés par l'aimant) : - Fer : épingles, clous - Acier : pinces, ciseaux - Nickel, Cobalt

Matériaux NON magnétiques (non attirés) : - Laiton (alliage cuivre-zinc) : aiguilles en laiton - Plastique : boutons - Bois, Cuivre, Aluminium, Verre

Retour à la situation : Le professeur a récupéré les épingles en fer et les pinces en acier, mais pas les aiguilles en laiton ni les boutons en plastique.

II. Interactions entre aimants

A. Loi des pôles

Règle fondamentale : - Pôles de même nom : se repoussent - Pôles de noms contraires : s'attirent

B. Expériences

Expérience 1 : Nord-Nord

 N─S        N─S
  ↔ ↔ ↔ ↔ ↔
  RÉPULSION

Expérience 2 : Sud-Sud

 N─S        N─S
     ↔ ↔ ↔
   RÉPULSION

Expérience 3 : Nord-Sud

 N─S    S─N
  → ← → ←
  ATTRACTION

Expérience 4 : Sud-Nord

 S─N    N─S
  → ← → ←
  ATTRACTION

Tableau récapitulatif :

III. La bobine

A. Description

Bobine : Fil conducteur enroulé en spirale (hélice).

Composants : - Fil de cuivre isolé (vernis) - Support (cylindrique) - Bornes de connexion

      Fil enroulé
    ════════════════
   ║ ↻↻↻↻↻↻↻↻↻↻↻↻↻ ║
    ════════════════
    ↑           ↑
  Borne A     Borne B

Symbole électrique :

  ──⊏∿∿∿∿∿∿∿∿⊐──

B. Faces de la bobine

Quand un courant électrique traverse la bobine, elle se comporte comme un aimant.

Expérience : Bobine + pile + limaille de fer

   +  ─────  -
  Pile      
    |       |
    ↓       ↓
  ══════════════
  ║ ↻↻↻↻↻↻↻ ║ + limaille de fer
  ══════════════

Résultat : La limaille est attirée aux extrémités (faces)

Identification des faces : - Face Nord : Pôle Nord magnétique - Face Sud : Pôle Sud magnétique

Règle du bonhomme d'Ampère : Si le courant entre par les pieds et sort par la tête, la face regardée par le bonhomme est le pôle Nord.

Ou plus simplement : - Le courant tourne dans le sens des aiguilles d'une montre → Face Sud - Le courant tourne dans le sens inverse → Face Nord

IV. L'électro-aimant

A. Définition et description

Électro-aimant : Bobine avec un noyau de fer doux à l'intérieur.

Composition : 1. Bobine (fil de cuivre enroulé) 2. Noyau de fer doux (au centre) 3. Source de courant (pile, générateur)

   + ──────── -
  Pile
   │         │
   ↓         ↓
  ════════════════
  ║ ↻↻↻↻↻↻↻ ║
  ║  [Fer]  ║  ← Noyau de fer doux
  ║ ↺↺↺↺↺↺↺ ║
  ════════════════
       S     N

Schéma normalisé :

  + ─────  -
      |   |
      ↓   ↓
  ──⊏∿∿∿∿∿⊐──
      [█]  ← Noyau de fer

B. Propriétés

Avantage sur l'aimant permanent : 1. Contrôlable : On peut l'allumer/éteindre (en ouvrant/fermant le circuit) 2. Intensité réglable : Plus le courant est fort, plus il attire 3. Pôles inversibles : En inversant le sens du courant

Fer doux vs Acier : - Fer doux : Perd rapidement son magnétisme (circuit ouvert) - Acier : Garde son magnétisme (aimant permanent)

C. Applications de l'électro-aimant

En Côte d'Ivoire et dans le monde :

1. Grue de levage (port d'Abidjan) - Soulève des tonnes de ferraille - Relâche en coupant le courant

2. Sonnette électrique - Électro-aimant attire un marteau - Frappe une cloche

3. Relais et disjoncteur - Protection électrique (comme dans les maisons à Abidjan)

4. Haut-parleur - Électro-aimant fait vibrer une membrane - Produit du son

5. Moteur électrique - Ventilateurs, mixeurs dans les cuisines ivoiriennes

6. Verrouillage magnétique - Portes de banques, hôtels

Exemple concret au port d'Abidjan : Les grues utilisent d'énormes électro-aimants pour charger/décharger des containers métalliques ou de la ferraille.