Le champ magnétique — Première Bac Pro – Groupement 2
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026, 12:10
Durée : 10-15 min | Calculatrice autorisée
Barème : 20 points
Un électricien trie des chutes de métaux à l'atelier. Parmi : cuivre, fer, aluminium, acier, indiquer ceux qui sont attirés par un aimant.
Sont attirés : le fer et l'acier.
Ne sont pas attirés : le cuivre et l'aluminium.
On approche deux aimants l'un de l'autre.
a) Un pôle Nord et un pôle Sud : s'attirent ou se repoussent ?
b) Deux pôles Sud : s'attirent ou se repoussent ?
a) Un pôle Nord et un pôle Sud s'attirent.
b) Deux pôles Sud se repoussent.
a) Quelle est l'unité du champ magnétique ?
b) Convertir : \(5\) mT = ... T (écrire en écriture décimale).
a) L'unité du champ magnétique est le tesla (T).
b) \(5\) mT \(= 5 \times 10^{-3}\) T \(= \mathbf{0{,}005}\) T.
Un technicien de maintenance utilise un électroaimant (bobine + noyau de fer) pour soulever des pièces en acier.
a) Que se passe-t-il quand on coupe le courant dans la bobine ?
b) Citer un avantage de ce comportement pour le tri de pièces métalliques.
a) Quand on coupe le courant, le champ magnétique disparaît : l'électroaimant n'attire plus rien et lâche les pièces.
b) On peut saisir puis relâcher les pièces à volonté en branchant/coupant le courant, contrairement à un aimant permanent.
Une bobine sans noyau a une constante \(k = 0{,}002\) T/A.
a) Calculer \(B\) pour \(I = 3\) A : \(B = 0{,}002 \times 3 = ...\) T.
b) Si on double le courant, que devient le champ \(B\) ?
a) \(B = 0{,}002 \times 3 = \mathbf{0{,}006}\) T \(= 6\) mT.
b) Comme \(B\) est proportionnel à \(I\), si le courant double, le champ double aussi (il passe à 12 mT).
Barème : 20 points
Un électricien trie des chutes de métaux à l'atelier. Parmi : nickel, zinc, cobalt, cuivre, indiquer ceux qui sont attirés par un aimant.
Sont attirés : le nickel et le cobalt.
Ne sont pas attirés : le zinc et le cuivre.
On approche deux aimants l'un de l'autre.
a) Deux pôles Nord : s'attirent ou se repoussent ?
b) Un pôle Sud et un pôle Nord : s'attirent ou se repoussent ?
a) Deux pôles Nord se repoussent.
b) Un pôle Sud et un pôle Nord s'attirent.
a) Quel physicien a donné son nom à l'unité du champ magnétique ?
b) Convertir : \(8\) mT = ... T (écrire en écriture décimale).
a) Le physicien Nikola Tesla (unité : le tesla, symbole T).
b) \(8\) mT \(= 8 \times 10^{-3}\) T \(= \mathbf{0{,}008}\) T.
Un électricien commande un relais : une bobine attire un contact mobile pour fermer un circuit.
a) Que se passe-t-il quand on coupe le courant dans la bobine du relais ?
b) En quoi un électroaimant diffère-t-il d'un aimant permanent ?
a) Le champ disparaît : le contact mobile est relâché et le circuit s'ouvre.
b) L'électroaimant ne produit un champ que lorsque le courant circule, alors qu'un aimant permanent est toujours magnétique.
Une bobine sans noyau a une constante \(k = 0{,}003\) T/A.
a) Calculer \(B\) pour \(I = 2\) A : \(B = 0{,}003 \times 2 = ...\) T.
b) Si le courant devient nul, que vaut le champ \(B\) ?
a) \(B = 0{,}003 \times 2 = \mathbf{0{,}006}\) T \(= 6\) mT.
b) Si \(I = 0\), alors \(B = 0\) : le champ est nul.
Barème : 20 points
Un électricien doit identifier les matériaux d'un lot de pièces : un boîtier en aluminium, une vis en acier, un fil en cuivre et un support en fer.
a) Quels objets seront attirés par un aimant ? Justifier.
b) Comment l'électricien peut-il utiliser un aimant pour trier rapidement ces pièces ?
a) Sont attirés : la vis en acier et le support en fer (matériaux ferromagnétiques). Le boîtier en aluminium et le fil en cuivre ne le sont pas.
b) En passant un aimant au-dessus du lot, seules les pièces en fer et acier sont attirées : on les sépare des autres en un seul geste.
Sur le schéma d'un aimant droit, les lignes de champ doivent être tracées.
a) De quel pôle sortent les lignes de champ à l'extérieur de l'aimant ?
b) Citer deux propriétés des lignes de champ magnétique.
a) À l'extérieur, les lignes de champ sortent du pôle Nord et entrent par le pôle Sud.
b) Deux propriétés (parmi) : elles sont fermées ; elles ne se croisent jamais ; elles sont plus resserrées là où le champ est intense.
Une bobine est parcourue par un courant continu. Un technicien veut déterminer son pôle Nord.
a) Quelle règle utilise-t-on pour trouver le sens du champ dans une bobine ?
b) Décrire en une phrase comment placer la main pour trouver le pôle Nord.
a) On utilise la règle de la main droite.
b) On enroule les doigts de la main droite dans le sens du courant dans les spires : le pouce pointe alors vers le pôle Nord (sens de \(\vec{B}\)).
Une bobine sans noyau de fer a une constante \(k = 0{,}0015\) T/A.
a) Calculer le champ \(B\) (en mT) pour un courant \(I = 4\) A.
b) Quel courant faut-il pour obtenir \(B = 9\) mT ?
a) \(B = k \times I = 0{,}0015 \times 4 = 0{,}006\) T \(= \mathbf{6}\) mT.
b) \(I = \dfrac{B}{k} = \dfrac{0{,}009}{0{,}0015} = \mathbf{6}\) A.
Classer ces sources par ordre croissant de champ magnétique : champ terrestre (\(50\;\mu\)T), aimant néodyme (\(0{,}8\) T), aimant de réfrigérateur (\(5\) mT), IRM (\(2\) T).
Ordre croissant : champ terrestre (\(50\;\mu\)T = \(0{,}00005\) T) \(\lt\) aimant de réfrigérateur (\(5\) mT = \(0{,}005\) T) \(\lt\) aimant néodyme (\(0{,}8\) T) \(\lt\) IRM (\(2\) T).
Barème : 20 points
Un électricien doit identifier les matériaux d'un lot de pièces : un radiateur en fonte (fer), une douille en laiton (cuivre/zinc), une équerre en acier et une plaque en aluminium.
a) Quels objets seront attirés par un aimant ? Justifier.
b) Comment l'électricien peut-il utiliser un aimant pour trier rapidement ces pièces ?
a) Sont attirés : le radiateur en fonte et l'équerre en acier (ferromagnétiques). La douille en laiton et la plaque en aluminium ne le sont pas.
b) En approchant un aimant, seules les pièces en fer/acier sont attirées : elles se séparent en un seul geste des pièces en laiton et aluminium.
On observe la limaille de fer autour d'un aimant droit.
a) Par quel pôle entrent les lignes de champ à l'extérieur de l'aimant ?
b) Citer deux propriétés des lignes de champ magnétique.
a) À l'extérieur, les lignes de champ entrent par le pôle Sud (et sortent du pôle Nord).
b) Deux propriétés (parmi) : elles sont fermées ; elles ne se croisent jamais ; elles sont plus resserrées là où le champ est intense.
Une bobine est parcourue par un courant continu.
a) Quelle règle utilise-t-on pour trouver le sens du champ \(\vec{B}\) dans une bobine ?
b) Si on inverse le sens du courant, qu'arrive-t-il aux pôles Nord et Sud de la bobine ?
a) On utilise la règle de la main droite (doigts dans le sens du courant, pouce vers le pôle Nord).
b) Inverser le courant inverse le sens de \(\vec{B}\) : les pôles Nord et Sud sont échangés.
Une bobine sans noyau de fer a une constante \(k = 0{,}0025\) T/A.
a) Calculer le champ \(B\) (en mT) pour un courant \(I = 2\) A.
b) Quel courant faut-il pour obtenir \(B = 10\) mT ?
a) \(B = k \times I = 0{,}0025 \times 2 = 0{,}005\) T \(= \mathbf{5}\) mT.
b) \(I = \dfrac{B}{k} = \dfrac{0{,}010}{0{,}0025} = \mathbf{4}\) A.
Classer ces sources par ordre croissant de champ magnétique : électroaimant industriel (\(1{,}5\) T), champ terrestre (\(50\;\mu\)T), aimant de réfrigérateur (\(5\) mT), aimant néodyme (\(0{,}3\) T).
Ordre croissant : champ terrestre (\(0{,}00005\) T) \(\lt\) aimant de réfrigérateur (\(0{,}005\) T) \(\lt\) aimant néodyme (\(0{,}3\) T) \(\lt\) électroaimant industriel (\(1{,}5\) T).
Barème : 20 points
Un bobinier teste une bobine sans noyau de fer. Il relève le champ \(B\) à l'intérieur pour plusieurs valeurs du courant \(I\) :
| \(I\) (A) | 1 | 2 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|
| \(B\) (mT) | 3 | 6 | 12 | 15 |
a) Montrer que \(B\) est proportionnel à \(I\), puis déterminer la constante \(k\) (en T/A).
b) Quel serait le champ \(B\) pour \(I = 8\) A ?
c) Quelle allure a la courbe \(B = f(I)\) ?
a) Le rapport \(\dfrac{B}{I}\) est constant : \(\dfrac{3}{1} = \dfrac{6}{2} = \dfrac{12}{4} = \dfrac{15}{5} = 3\) mT/A. Donc \(B\) est proportionnel à \(I\), avec \(k = 3\) mT/A \(= \mathbf{0{,}003}\) T/A.
b) \(B = k \times I = 0{,}003 \times 8 = 0{,}024\) T \(= \mathbf{24}\) mT.
c) C'est une droite passant par l'origine (proportionnalité).
Un technicien insère un noyau de fer dans la bobine précédente, puis y fait passer \(I = 2\) A. Il mesure alors \(B = 0{,}9\) T au lieu de 6 mT.
a) Par quel facteur le champ a-t-il été multiplié grâce au noyau de fer ?
b) La relation \(B = k \times I\) reste-t-elle valable avec le noyau de fer ? Justifier.
a) \(\dfrac{0{,}9}{0{,}006} = \mathbf{150}\) : le champ a été multiplié par 150 environ.
b) Non : avec un noyau de fer, la proportionnalité \(B = k \times I\) n'est plus valable. Le fer amplifie fortement le champ puis sature au-delà d'une certaine intensité.
Un électricien câble une bobine (sans noyau, \(k = 0{,}004\) T/A) dans un dispositif de contrôle. Il doit obtenir un champ d'au moins \(20\) mT, mais le câble ne supporte pas plus de \(6\) A.
a) Calculer le champ obtenu pour \(I = 6\) A. L'objectif est-il atteint ?
b) Sans changer la bobine ni dépasser 6 A, comment augmenter fortement le champ ? Expliquer.
c) Citer une application professionnelle de cet effet.
a) \(B = 0{,}004 \times 6 = 0{,}024\) T \(= \mathbf{24}\) mT \(\geq 20\) mT : l'objectif est atteint.
b) On peut insérer un noyau de fer dans la bobine : il amplifie le champ d'un facteur très important sans augmenter le courant.
c) Applications (parmi) : électroaimant de levage, relais, contacteur, électrovanne, tri magnétique des métaux ferreux.
Barème : 20 points
Un bobinier teste une bobine sans noyau de fer. Il relève le champ \(B\) à l'intérieur pour plusieurs valeurs du courant \(I\) :
| \(I\) (A) | 1 | 2 | 3 | 5 |
|---|---|---|---|---|
| \(B\) (mT) | 4 | 8 | 12 | 20 |
a) Montrer que \(B\) est proportionnel à \(I\), puis déterminer la constante \(k\) (en T/A).
b) Quel serait le champ \(B\) pour \(I = 6\) A ?
c) Quelle allure a la courbe \(B = f(I)\) ?
a) \(\dfrac{4}{1} = \dfrac{8}{2} = \dfrac{12}{3} = \dfrac{20}{5} = 4\) mT/A : \(B\) est proportionnel à \(I\), avec \(k = 4\) mT/A \(= \mathbf{0{,}004}\) T/A.
b) \(B = 0{,}004 \times 6 = 0{,}024\) T \(= \mathbf{24}\) mT.
c) C'est une droite passant par l'origine (proportionnalité).
Un technicien insère un noyau de fer dans la bobine précédente, puis y fait passer \(I = 3\) A. Il mesure alors \(B = 1{,}2\) T au lieu de 12 mT.
a) Par quel facteur le champ a-t-il été multiplié grâce au noyau de fer ?
b) La relation \(B = k \times I\) reste-t-elle valable avec le noyau de fer ? Justifier.
a) \(\dfrac{1{,}2}{0{,}012} = \mathbf{100}\) : le champ a été multiplié par 100 environ.
b) Non : avec un noyau de fer, la proportionnalité n'est plus valable. Le fer amplifie le champ puis sature au-delà d'une certaine intensité.
Un électricien câble une bobine (sans noyau, \(k = 0{,}005\) T/A) dans un capteur. Il doit obtenir un champ d'au moins \(30\) mT, mais le câble ne supporte pas plus de \(5\) A.
a) Calculer le champ obtenu pour \(I = 5\) A. L'objectif est-il atteint ?
b) Sans changer la bobine ni dépasser 5 A, comment augmenter fortement le champ ? Expliquer.
c) Citer une application professionnelle de cet effet.
a) \(B = 0{,}005 \times 5 = 0{,}025\) T \(= 25\) mT \(\lt 30\) mT : l'objectif n'est pas atteint.
b) On peut insérer un noyau de fer dans la bobine : il amplifie fortement le champ sans augmenter le courant, ce qui permet de dépasser largement 30 mT.
c) Applications (parmi) : électroaimant de levage, relais, contacteur, électrovanne, tri magnétique des métaux ferreux.