1 TSMP Cours Physique Chap 3 : L`induction électromagnétique

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TSMP Cours Physique
Chap 3 : L’induction électromagnétique
Michael Faraday
Dans le chapitre précédent, nous avons vu qu’un conducteur
électrique plongé dans un champ magnétique pouvait se mettre en
mouvement sous l’effet de la force de Laplace.
Ici nous allons nous intéresser au phénomène contraire : nous
verrons que le mouvement d’un circuit électrique dans un champ
magnétique provoque l’apparition d’un courant induit dans le circuit.
C’est le phénomène d’induction électromagnétique mis en
évidence par Faraday en 1831 et qui est à la base de l’électricité
moderne.
En effet, à la sortie de toute centrale électrique (thermique, hydraulique, nucléaire…) on trouve une turbine en mouvement qui
génère un courant alternatif…
I. Mise en évidence expérimentale :
1) Dispositif
2) Variation de
B
en intensité
Représenter le sens du courant i dans les expériences ci-dessous :
a)
b)
c)
d)
Borne COM = référence permettant de
connaitre le sens du courant i : si le
courant sort par la borne COM,
l’ampèremètre donnera une valeur i > 0 ;
dans le cas contraire (courant entrant par
COM) il donnera une valeur i < 0.
Zone d’action de
B
 La bobine est traversée par le
flux total Φ = N.
B
.
S
(+) : sens > 0 choisi
(+)
A
S
A
N
S
N
S
A
A
N
S
N
S
A

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3) Variation de
B
en direction
4) Variation de
S
en direction
Le dispositif est identique mais c’est la bobine qui tourne devant un aimant fixe.
5) Variation de
S
en intensité
Animation : http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/indcur/index.html
On déforme une bobine (souple) dans un champ magnétique uniforme (animation) : noter pour chaque situation le signe de
l’intensité du courant induit. En déduire son sens (à représenter sur les schémas).
Variation de S :
S …………………..
Signe i ………..
Variation de S :
S …………………..
Signe i ………..
L’aimant tourne
devant la bobine
fixe.
i ………. puis i ………
Donc i ……………………………
Une ………………………………………
apparait aux bornes de la bobine.
A
N
S
0,
2 s
XY
YB
0
V/ cm
M
A
N
S
0,
2 s
XY
YB
0
V/ cm
M
i ………. puis i ………
Donc i ……………………………
Une ………………………………………
apparait aux bornes de la bobine.
B
B
B
B
compression
dilatation

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6) Conclusion
L’aimant, source du champ magnétique est appelé …………………………………… , la bobine qui subit le champ magnétique est
appelée ……………………………………………
Conclusion : toute variation de ……………………………………………………… à travers un circuit fermé entraine l’apparition
d’un ………………………. induit dans ce circuit. Ce courant n’existe que pendant la ……………………………………………….
Rem : ce courant apparait bien que le circuit ne contienne aucun générateur ! C’est le phénomène d’induction où un travail
…………………………………….. est transformé en travail ……………………………………
II. Force électromotrice (fém) d’induction
1) Présentation
Dans les expériences précédentes, on peut imaginer un générateur fictif à l’origine du courant induit. Comme tout générateur, celui-
ci serait caractérisé par une force électromotrice (fém), c’est-à-dire une tension à ses bornes lorsqu’il ne délivre aucun courant.
Cette fém est appelée : fém d’induction ou fém induite.
2) Généralisation des phénomènes d’induction
 Une fém d’induction apparait aux bornes d’un conducteur lorsque le ……………………… du champ magnétique
inducteur varie à travers ce conducteur.
 Si le conducteur est un circuit fermé, cette fém d’induction s’accompagne d’un …………………………………………
dans le circuit.
Rem : le flux magnétique peut varier de différentes façons :
a) Intensité et / ou direction de
B
: déplacements de l’inducteur par rapport à l’induit (voir I. 2) et I.3)).
b) Intensité et / ou direction de
S
: déformation ou déplacements de l’induit par rapport à l’inducteur (voir I. 4) et I.5)).
3) Origine de la fém d’induction et du courant induit
Ex : conducteur électrique CD en mouvement (à la vitesse v) dans
un champ magnétique :
Les électrons libres du conducteur se déplacent à la vitesse v par
rapport au sol. Ils sont donc soumis à la force magnétique (à
représenter) :
m
F
=
).( Bvq 
=
).( Bve 
dirigée de ………………….
Ce mouvement d’e- est à l’origine du …………………………..
……………………… i dans le conducteur (à représenter) dirigé de
…………………..
Ce courant induit crée une accumulation de charges < 0 en ………
et > 0 en ………….. (à représenter) ; donc une différence de
potentiel (tension) entre C et D. Cette tension induite en circuit
ouvert représente la ………………………………………………..
C
D
B
B
v
Sol

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III. Sens du courant induit : loi de Lenz (1833)
Il existe plusieurs façons d’énoncer la loi de Lenz. Selon la situation, il convient d’utiliser l’expression la plus pratique.
1) 1ère expression de la loi : déplacement relatif inducteur / induit
Loi n°1 :
Le sens du courant induit est tel qu’il tend, par ses effets, à ………………………………..………. au déplacement qui lui
donne naissance.
Ex : compléter les trous :
On approche un pôle ………………..
Pour s’opposer au déplacement, il apparait une face ……………..
devant l’aimant (à gauche), donc une face ………………. à droite
de la bobine.
Représenter cette face et en déduire le sens du courant induit.
On éloigne un pôle ………………..
Pour s’opposer au déplacement, il apparait une face ……………..
devant l’aimant (à gauche), donc une face ………………. à droite
de la bobine.
Représenter cette face et en déduire le sens du courant induit.
Exo1 : trouver le sens du courant induit dans les 2 cas suivants :
2) 2ème expression de la loi : pas de déplacement relatif inducteur / induit
Loi n°2 :
Le champ magnétique induit créé par le courant induit, tend à ………………………………. à la variation du flux
magnétique inducteur qui lui donne naissance.
Ex : compléter les trous :
a)
On suppose que Binducteur  en intensité.
Pour s’opposer à cette augmentation, le courant induit crée un
champ magnétique induit
'B
en sens ……………..…………. de
inducteur
B
.
Représenter
'B
et en déduire le sens du courant induit (règle de la
main droite).
A
N
S
A
N
S
A
N
S
Aimant fixe
A
N
S
Aimant fixe
A
inducteur
B
créé par un
système
extérieur non
représenté.

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b)
On suppose que Binducteur  en intensité.
Pour s’opposer à cette diminution, le courant induit crée un
champ magnétique induit
'B
de …………... sens que
inducteur
B
.
Représenter
'B
et en déduire le sens du courant induit (règle de la
main droite).
Exo2 : a) Quelle(s) situation(s) a) , b), c) ou d) du I. 2) correspond au 1er cas du III. 2) a) ?
b) Quelle(s) situation(s) a) , b), c) ou d) du I. 2) correspond au 2ème cas du III. 2) b) ?
3) Expression générale de la loi
Loi n°3 :
Le phénomène d’induction électromagnétique est tel que, par ses effets (courant induit, champ magnétique induit,
tension induite ou force de Laplace induite), il …………………………….. à la cause qui lui donne naissance.
Rem : c’est une loi de modération qui évite les effets « boule de neige » et permet une physique « raisonnable » (non chaotique) en
permettant un retour à l’équilibre général des choses. Essayez d’imaginer une loi qui amplifierait la cause qui lui donne naissance,
cela risque d’être assez drôle…et chaotique ! Dans le cas contraire, les physiciens parlent dans ce cas d’ « effet larsen » ou
« rétroaction positive »).
Ex : compléter les trous :
a) La tension induite créée par le déplacement des e- libres
s’accompagne d’un champ électrique induit
induit
E
(à représenter)
dont le sens est de : ……………….
Ce champ électrique induit provoque alors une force électrique
induite
induite
e
F
(à représenter) de sens ……………… qui tend à
ramener les e- libres à leur place d’origine.
b)
Le sens du courant
induit i est tel qu’il
apparait des forces de
Laplace élémentaires
induites
).( BldiFd 
(à représenter) qui
………………………
à la compression ou à
la dilatation.
A
inducteur
B
créé par un
système
extérieur non
représenté.
C
+ + +
D
- - -
B
B
v
Sol
B
B
B
B
compression
dilatation