Les forces électromagnétiques – La loi de Laplace – Exercices

Résumé et Points Clés

Titre : Les forces électromagnétiques – La loi de Laplace – Exercices

Ce document propose une série d’exercices de niveau 1ère BAC Physique-Chimie sur la loi de Laplace, qui décrit la force exercée sur un conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique.

Concepts et définitions clés :

• Force de Laplace : Force F = I * L ∧ B (intensité I, longueur L du conducteur dans le champ, champ magnétique B). Sa direction est donnée par la règle des trois doigts de la main droite.
• Équilibre mécanique : Condition où la somme des forces et des moments des forces appliqués à un système est nulle.
• Mouvement dans un champ magnétique : La force de Laplace peut mettre un conducteur mobile en mouvement, son étude nécessite l’application des lois de la dynamique (Newton).

Focus sur les exercices :

• Exercice 1 : Étude d’un “conducteur pendule”. Il faut déterminer le sens de déviation, calculer la force de Laplace, représenter les forces à l’équilibre et établir la condition d’équilibre pour trouver l’angle d’inclinaison.
• Exercice 2 : Étude d’un conducteur mobile sur des rails. Il faut appliquer la loi de Laplace pour trouver la force, déterminer la masse nécessaire pour l’équilibre, puis analyser un mouvement uniformément accéléré (nature, équations horaires v(t) et x(t), vitesse, durée).
• Exercice 3 : Application au haut-parleur électromagnétique. Il s’agit de comprendre comment la force de Laplace sur une bobine parcourue par un courant, variable dans ce cas, met en mouvement une membrane pour produire du son.

Conseils pour l’examen :

• Maîtriser la règle des trois doigts pour déterminer la direction de la force de Laplace.
• Pour les problèmes d’équilibre, bien identifier et représenter toutes les forces (Laplace, poids, réaction) avant d’appliquer la condition ΣF = 0 ou ΣM = 0.
• Dans les études de mouvement, la force de Laplace est souvent constante, conduisant à une accélération constante. Il faut alors réutiliser les formules du mouvement rectiligne uniformément varié.
• Pour l’application au haut-parleur, faire le lien entre un courant variable et une force variable qui crée une vibration de la membrane, source de son.