Fiche enseignant · 15–16 ans · environ 45–50 minutes
Le magnétisme : domaines, électroaimants et champ terrestre
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Objectifs
- Expliquer le ferromagnétisme à l'aide des domaines et de la température de Curie.
- Savoir que les pôles magnétiques vont par paires et que le courant produit des champs magnétiques.
- Étudier les facteurs qui influencent la force d'un électroaimant.
- Décrire le champ terrestre : géodynamo, déclinaison, déplacement du pôle, inversions et magnétosphère.
Déroulement
| Durée | Activité |
|---|---|
| 5 min | Accroche : frotter un clou avec un aimant, puis le laisser tomber plusieurs fois par terre. Le tester à chaque fois. |
| 10 min | Lire le texte ; discuter des domaines. |
| 25 min | Investigation sur l'électroaimant par deux. |
| 5 min | Partager les graphiques ; discuter de la saturation. |
| 5 min | Quiz, ou Vrai ou faux ? comme devoir. |
Matériel pour l'expérience
- Une tige de fer ou un grand clou comme noyau
- Du fil de cuivre isolé (environ 3 m)
- Une alimentation continue basse tension (6 V max.) ou un bloc de piles
- Un ampèremètre et une résistance variable (rhéostat)
- Un tas de petits trombones identiques (ou une petite masse en acier et un dynamomètre)
Sécurité: Basse tension uniquement (6 V max.). Les bobines et les résistances chauffent : coupez le courant entre les mesures et ne laissez jamais le circuit branché. Ne court-circuitez pas l'alimentation.
Idées fausses fréquentes
| Les élèves peuvent penser… | En réalité… |
|---|---|
| Le Nord géographique est un pôle nord magnétique. | C'est un pôle sud magnétique : il attire l'extrémité nord de la boussole. |
| Le champ terrestre vient d'un gigantesque aimant permanent à l'intérieur. | Le noyau est bien plus chaud que la température de Curie ; le champ est produit par des courants dans le noyau externe en fusion. |
| Plus de courant donne toujours un électroaimant proportionnellement plus fort. | Avec un noyau, la saturation fait plafonner l'augmentation. |
Corrigé de la fiche
- Les domaines (petites régions magnétiques) sont d'abord orientés au hasard ; un champ extérieur les aligne et leurs champs s'additionnent. Le chauffage donne aux atomes l'énergie de désordonner à nouveau les domaines ; au-dessus de la température de Curie, ils ne peuvent pas rester alignés.
- Plus d'intensité et plus de spires ont toutes deux permis de soulever plus de trombones ; à forte intensité, la hausse peut ralentir car le noyau sature.
- Parce que les pôles contraires s'attirent : l'extrémité nord de la boussole est attirée vers lui, c'est donc un pôle sud magnétique.
- Le pôle magnétique se déplace (environ 55 km par an actuellement), donc la déclinaison en un lieu change avec le temps.
Corrigé du quiz
- Au-dessus de la température de Curie, le fer… ne peut pas être aimanté. La chaleur désordonne les domaines ; pour le fer, la température de Curie est de 1043 K.[2]
- Le pôle nord d'une boussole pointe vers le Nord géographique. Magnétiquement, ce pôle de la Terre est… un pôle sud. Les pôles contraires s'attirent.[1]
- Selon le manuel, quelle est la source de tout magnétisme ? Les charges électriques en mouvement (le courant). Même les aimants permanents doivent leur magnétisme au mouvement des charges dans les atomes.[2]
- Qu'est-ce que la déclinaison magnétique ? L'angle entre le nord magnétique et le nord géographique. Elle varie d'un endroit à l'autre.[4]
- Quand le champ magnétique terrestre s'est-il inversé pour la dernière fois ? Il y a environ 750 000–780 000 ans. Les inversions se produisent de façon irrégulière.[4]
- Pourquoi un noyau de fer rend-il un électroaimant beaucoup plus puissant ? Ses domaines s'alignent sur le champ de la bobine et ajoutent leur propre champ. Le noyau devient lui-même un aimant.[2]
Pour aller plus loin
Avec une petite boussole, trace les lignes de champ autour d'un aimant droit, puis autour de deux aimants avec des pôles de même nom face à face, puis de noms contraires. Où se trouve un point neutre ?
Sources utilisées dans cette leçon
- [1] College Physics 2e, 22.1 Magnets (OpenStax, Rice University): fiabilité Élevée
- [2] College Physics 2e, 22.2 Ferromagnets and Electromagnets (OpenStax, Rice University): fiabilité Élevée
- [3] Earth's Magnetosphere: Protecting Our Planet from Harmful Space Energy (NASA Science): fiabilité Élevée
- [4] Geomagnetism Frequently Asked Questions (NOAA National Centers for Environmental Information): fiabilité Élevée
Liste complète avec liens et une note sur la fiabilité de chaque source: echoesof.science/school/fr/magnetism/sources/
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