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

Objectifs

Durée: 10 - 15 minutes

Cette étape a pour but de clarifier aux élèves les objectifs de la séance. En définissant précisément les compétences et connaissances à acquérir, les élèves sauront exactement ce qu'on attend d'eux à la fin de la leçon. Cela permet de maintenir leur attention et de les orienter vers les notions et techniques qui seront abordées.

Objectifs Utama:

1. Calculer le champ magnétique produit par les bobines.

2. Résoudre des exercices impliquant le calcul du champ magnétique généré par les bobines.

Introduction

Durée: 10 - 15 minutes

Le but de cette introduction est de susciter l'intérêt des élèves et de démontrer la pertinence concrète du sujet. En reliant les concepts à des exemples concrets du quotidien, les élèves seront plus motivés et curieux de découvrir le fonctionnement et les calculs relatifs au champ magnétique produit par les bobines.

Le saviez-vous ?

Pour capter l'attention des élèves, vous pouvez mentionner que les bobines jouent un rôle fondamental dans le fonctionnement des haut-parleurs. Sans elles, la conversion des signaux électriques en sons ne serait pas possible, et notre musique préférée ne pourrait pas être diffusée.

Contextualisation

Pour introduire la leçon sur le champ magnétique induit par les bobines, il est essentiel de montrer l'importance de ce phénomène en physique et dans notre quotidien. Expliquez qu'une bobine est un élément clé utilisé dans de nombreux équipements électriques et électroniques, comme les moteurs, les transformateurs et même dans des appareils d'imagerie par résonance magnétique. Elle permet de générer des champs magnétiques contrôlés, indispensables au fonctionnement de multiples dispositifs que nous utilisons tous les jours.

Concepts

Durée: 60 - 70 minutes

Cette phase vise à approfondir la compréhension des concepts essentiels liés au champ magnétique produit par les bobines. En examinant des notions précises et en résolvant des problèmes concrets, les élèves pourront mettre en pratique leurs connaissances théoriques et renforcer leur capacité à effectuer des calculs de champ magnétique dans divers contextes.

Sujets pertinents

1. Définition et Structure d'une Bobine : Exposez ce qu'est une bobine et comment elle est constituée d'un fil conducteur enroulé en plusieurs spires. Précisez que le champ magnétique généré dépend du nombre de spires, de l'intensité du courant et du matériau du noyau.

2. Loi d'Ampère : Présentez la Loi d'Ampère, indispensable pour calculer le champ magnétique créé par un courant électrique. Expliquez la formule de base et son utilité dans l'étude des bobines.

3. Champ Magnétique à l'Intérieur d'une Bobine Longue : Utilisez la formulation de la Loi d'Ampère pour déduire l'expression du champ magnétique à l'intérieur d'une bobine longue (solénoïde). Mettez en avant la formule B = μ₀ * (N/L) * I, avec B le champ magnétique, μ₀ la perméabilité du vide, N le nombre de spires, L la longueur de la bobine et I l'intensité du courant.

4. Applications Pratiques : Abordez quelques exemples d'application des bobines dans la vie réelle, notamment dans les moteurs électriques, les transformateurs, les inducteurs et certains appareils médicaux comme l'IRM. N'hésitez pas à illustrer ces points par des cas concrets afin de montrer l'importance des bobines dans diverses technologies.

Pour renforcer l'apprentissage

1. Calculez le champ magnétique à l'intérieur d'une bobine longue comportant 500 spires, sur 0,5 mètre de longueur, parcourue par un courant de 2 A. (Utilisez μ₀ = 4π x 10⁻⁷ Tm/A)

2. Pour une bobine de 200 spires et 0,25 mètre de longueur, quel courant est nécessaire pour obtenir un champ magnétique de 2 x 10⁻³ T ?

3. Expliquez en quoi l’augmentation ou la diminution du nombre de spires, tout en maintenant constant le courant et la longueur de la bobine, influence le champ magnétique généré.

Retour

Durée: 10 - 15 minutes

Cette étape permet de récapituler et de consolider les connaissances acquises pendant la leçon, en offrant aux élèves l'opportunité de valider leurs réponses et de mieux comprendre les principes qui sous-tendent le calcul du champ magnétique dans les bobines. Un débat approfondi sur les questions résolues favorise une meilleure assimilation des concepts et clarifie les éventuels points d'ombre.

Diskusi Concepts

1. Question 1 : Pour calculer le champ magnétique à l'intérieur d'une bobine longue avec 500 spires, 0,5 mètre de longueur, parcourue par un courant de 2 A, on applique la formule B = μ₀ * (N/L) * I. En remplaçant par les valeurs, on obtient B = (4π x 10⁻⁷ Tm/A) * (500 / 0,5 m) * 2 A = 4π x 10⁻⁴ T, soit environ 1,256 x 10⁻³ T. 2. Question 2 : Pour trouver le courant nécessaire afin d'obtenir un champ magnétique de 2 x 10⁻³ T dans une bobine de 200 spires et 0,25 mètre de longueur, nous dérivons la formule B = μ₀ * (N/L) * I pour obtenir I = B * (L/(μ₀ * N)). En remplaçant les valeurs, on trouve 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 l’influence du nombre de spires d'une bobine, si le courant et la longueur restent constants, le champ magnétique est proportionnel au nombre de spires. Ainsi, plus il y a de spires, plus le champ magnétique est intense, et inversement.

Engager les étudiants

1. De quelle manière le courant qui traverse une bobine influence-t-il le champ magnétique créé ? 2. Pourquoi est-il important de comprendre et de calculer le champ magnétique généré par les bobines dans les dispositifs électroniques actuels ? 3. Comment la Loi d'Ampère simplifie-t-elle le calcul du champ magnétique dans diverses configurations de circuits électriques ? 4. Comparez le champ magnétique généré par des bobines avec et sans noyau magnétique.

Conclusion

Durée: 10 - 15 minutes

Cette dernière étape a pour but de résumer et de consolider les points principaux abordés durant la leçon, renforçant ainsi la compréhension des élèves. En récapitulant le contenu et en discutant de son application pratique, les élèves intègrent mieux leurs acquis et saisissent toute l'importance de cette thématique pour leur vie quotidienne et leurs futures études et carrières.

Résumé

["Définition des bobines et description de leur structure composée d'un fil conducteur enroulé en plusieurs spires.", "Présentation de la Loi d'Ampère et de sa formule de base.", "Dérivation de l'expression du champ magnétique à l'intérieur d'une bobine longue (solénoïde).", 'Examen des applications pratiques des bobines dans des domaines variés tels que les moteurs électriques, les transformateurs, les inducteurs et les dispositifs médicaux.', "Résolution d'exercices pratiques pour appliquer le calcul du champ magnétique généré par les bobines."]

Connexion

La leçon a su faire le lien entre la théorie et la pratique en montrant concrètement comment les concepts de champ magnétique généré par les bobines sont appliqués dans des appareils tels que les moteurs électriques ou les systèmes d'IRM. Grâce à des exemples concrets et des exercices pratiques, les élèves ont pu constater la pertinence des notions étudiées dans des situations réelles.

Pertinence du thème

Étudier le champ magnétique généré par les bobines est indispensable pour comprendre le fonctionnement de nombreux dispositifs électroniques et électriques que nous utilisons au quotidien. Des haut-parleurs diffusant notre musique préférée aux moteurs alimentant les véhicules électriques, les bobines occupent une place centrale. Maîtriser ce sujet permet aux élèves d'apprécier la science qui se cache derrière les technologies facilitant notre vie.