Plan de leçon | Plan de leçon Tradisional | Champ Magnétique : Bobine

Objectifs

Durée: 10 - 15 minutes

L'objectif de cette étape est de s'assurer que les élèves comprennent bien les visées de la leçon. En définissant clairement les objectifs principaux, ils sauront exactement quelles compétences et connaissances ils devront acquérir à la fin de la leçon. Cela permet de garder l’attention des élèves focalisée sur les concepts et techniques qu'ils vont apprendre.

Objectifs Utama:

1. Calculer le champ magnétique produit par les bobines.

2. Résoudre des problèmes liés au calcul des champs magnétiques générés par les bobines.

Introduction

Durée: 10 - 15 minutes

L'objectif de cette étape est de piquer l'intérêt des élèves pour le sujet et de leur montrer la pertinence pratique des contenus abordés. En reliant le sujet à des exemples du monde réel et à leur propre vécu, ils seront plus motivés et curieux d'apprendre comment fonctionnent et se calculent les champs magnétiques des bobines.

Le saviez-vous ?

Pour capter l'attention des élèves, mentionnez que les bobines sont des éléments essentiels au fonctionnement des haut-parleurs. Sans elles, la conversion des signaux électriques en sons serait impossible, et ainsi nous ne pourrions pas profiter de notre musique préférée sur nos écouteurs ou systèmes audio.

Contextualisation

Pour débuter la leçon sur le champ magnétique produit par les bobines, il est primordial de soulever l'importance de ce phénomène, tant en physique que dans notre quotidien. Une bobine est un dispositif omniprésent dans divers appareils électriques et électroniques, comme les moteurs, les transformateurs et même dans les appareils d'imagerie par résonance magnétique (IRM). Elle joue un rôle clé dans la génération de champs magnétiques contrôlés, indispensables pour le bon fonctionnement d'innombrables appareils que nous utilisons tous les jours.

Concepts

Durée: 60 - 70 minutes

L'objectif de cette étape est de donner une compréhension approfondie des concepts fondamentaux liés au champ magnétique produit par les bobines. En abordant des sujets spécifiques et en résolvant des problèmes pratiques, les élèves auront l'opportunité d'appliquer leurs connaissances théoriques à des situations concrètes, renforçant ainsi leur apprentissage et leur capacité à calculer les champs magnétiques dans divers contextes.

Sujets pertinents

1. Définition et Structure d'une Bobine : Expliquez ce qu'est une bobine ainsi que sa structure, qui consiste en un fil conducteur enroulé en plusieurs tours. Précisez que le champ magnétique généré dépend du nombre de tours, du courant qui circule et du matériau du noyau.

2. Loi d'Ampère : Introduisez la Loi d'Ampère, essentielle pour calculer le champ magnétique produit par un courant électrique. Démontrez la formule de base ainsi que l'importance de cette loi dans le contexte des bobines.

3. Champ Magnétique à l'Intérieur d'une Bobine Longue : Utilisez la Loi d'Ampère pour dériver l'expression du champ magnétique à l'intérieur d'une bobine longue (solénoïde). Abordez la formule B = μ₀ * (N/L) * I, où B est le champ magnétique, μ₀ est la perméabilité du vide, N est le nombre de tours, L est la longueur de la bobine et I est le courant.

4. Applications Pratiques : Parlez de quelques usages concrets des bobines dans le monde réel, tels que dans les moteurs électriques, les transformateurs, les inducteurs et les appareils médicaux comme l'IRM. Donnez des exemples concrets pour illustrer l'importance des bobines dans diverses technologies.

Pour renforcer l'apprentissage

1. Calculez le champ magnétique à l'intérieur d'une bobine longue avec 500 tours, mesurant 0,5 mètre de long et transportant un courant de 2 A. (Utilisez μ₀ = 4π x 10⁻⁷ Tm/A)

2. Une bobine a 200 tours et mesure 0,25 mètre de long. Quel courant doit y circuler pour générer un champ magnétique de 2 x 10⁻³ T ?

3. Expliquez comment la variation du nombre de tours d'une bobine influence le champ magnétique produit, en gardant constant le courant et la longueur de la bobine.

Retour

Durée: 10 - 15 minutes

L'objectif de cette étape est de revoir et de renforcer l'apprentissage, permettant aux élèves de vérifier leurs réponses et de mieux comprendre les concepts derrière le calcul des champs magnétiques dans les bobines. Une discussion approfondie des questions traitées favorise une compréhension plus profonde et offre l'occasion de clarifier les doutes et d'approfondir les connaissances acquises durant la leçon.

Diskusi Concepts

1. Question 1 : Pour déterminer le champ magnétique à l'intérieur d'une bobine longue de 500 tours, de 0,5 mètre de long, traversée par un courant de 2 A, nous utilisons la formule B = μ₀ * (N/L) * I. En substituant les valeurs, nous obtenons B = (4π x 10⁻⁷ Tm/A) * (500 / 0,5 m) * 2 A = 4π x 10⁻⁴ T ≈ 1,256 x 10⁻³ T. 2. Question 2 : Pour calculer le courant nécessaire pour générer un champ magnétique de 2 x 10⁻³ T dans une bobine de 200 tours et de 0,25 mètre de long, nous réarrangeons la formule B = μ₀ * (N/L) * I en I = B * (L/(μ₀ * N)). En substituant les valeurs, nous trouvons I = (2 x 10⁻³ T) * (0,25 m / (4π x 10⁻⁷ Tm/A * 200)) ≈ 1,59 A. 3. Question 3 : En ce qui concerne la variation du nombre de tours d'une bobine, tout en gardant le courant et la longueur constants, le champ magnétique est directement proportionnel au nombre de tours (N). Ainsi, si le nombre de tours augmente, le champ magnétique augmente aussi proportionnellement, et vice versa.

Engager les étudiants

1. Comment le champ magnétique produit par une bobine est-il influencé par le courant qui la traverse ? 2. Quelle est l'importance pratique de comprendre et de calculer le champ magnétique produit par les bobines dans les dispositifs électroniques ? 3. Expliquez comment la Loi d'Ampère facilite le calcul du champ magnétique dans différents configurations de courants électriques. 4. Discutez des différences dans le champ magnétique produit par les bobines avec et sans noyau magnétique.

Conclusion

Durée: 10 - 15 minutes

L'objectif de cette étape est de résumer et de consolider les points clés abordés au cours de la leçon, renforçant ainsi la compréhension des élèves. En récapitulant le contenu et en discutant de sa pertinence pratique, les élèves peuvent mieux intégrer les connaissances acquises et comprendre l'importance du sujet tant pour leur vie quotidienne que pour leurs futures applications académiques et professionnelles.

Résumé

["Définition des bobines et de leur structure composée d'un fil conducteur enroulé en plusieurs tours.", "Introduction à la Loi d'Ampère et à sa formule de base.", "Dérivation de l'expression du champ magnétique à l'intérieur d'une bobine longue (solénoïde).", 'Discussion des applications pratiques des bobines dans les moteurs électriques, les transformateurs, les inducteurs et les dispositifs médicaux.', 'Résolution de problèmes pratiques impliquant le calcul du champ magnétique produit par les bobines.']

Connexion

Cette leçon a établi un lien entre la théorie et la pratique en illustrant comment les concepts fondamentaux des champs magnétiques générés par les bobines s'appliquent dans des dispositifs réels, tels que les moteurs électriques et les machines d'IRM. Grâce à des exemples concrets et des problèmes pratiques, les élèves ont pu voir la pertinence des calculs théoriques dans des situations réelles.

Pertinence du thème

Étudier le champ magnétique produit par les bobines est crucial pour comprendre le fonctionnement de nombreux dispositifs électroniques et électriques que nous utilisons au quotidien. Des haut-parleurs qui diffusent notre musique préférée aux moteurs qui alimentent les véhicules électriques, les bobines sont essentielles. Maîtriser ce sujet permet aux élèves de saisir la science qui sous-tend les technologies facilitant notre quotidien.