ACTIVITES EXPERIMENTALES

GRIL Philip Page 1 17/04/2017
ACTIVITES EXPERIMENTALES
Fiche professeur
Domaine : ELECTROMAGNETISME
Chapitre : Auto-induction
Titre : Mise en évidence ; Loi
Objectifs :
 Montrer qu’une bobine peut réaliser des
transformations entre énergie électrique
et énergie magnétique.
 Vérifier la loi de l’auto induction
Matériel par poste de travail :
- Interrupteur
- Oscilloscope
- Générateur BF
- 2 Piles de 4,5 V
- Alimentation CC : 6-12-24 V
- Lime, scie à métaux
- (Bobine d’allumage pour automobile)
- Transformateur démontable avec bobines
250/500/1000 spires
- Bobine ajustable de 0,1 H à 1H
- DEL rouge et DEL verte avec résistances
de protection
- Résistances 1000 3300 
- Diode 1N4007 ou équivalente
- [Petit moteur 6 V, fil, masse 1 g]
- [éventuellement : résistance 11/2 W ou
rhéostat + 2 ampoules de 3,5 V]
Supports didactiques :
Pré Requis :
 Loi d’ohm généralisée sous la forme algébrique : uAB = ri – e
 Selon la tension d’alimentation utilisée U, une DEL doit être protégée par une résistance
d’environ :
A020V2U
R,
elle brillera alors intensément mais en toute sécurité.
Organisation du travail :
 Pour l’activité 1, utiliser obligatoirement une pile de 4,5V et en cas d’utilisation d’un
rhéostat, ajuster celui-ci avant la manip à une valeur égale à la résistance de la bobine
mais surtout pas supérieure car alors le courant dans L1 ne serait pas suffisant pour
provoquer rapidement son éclairement avant celui de L2 (résultat observé alors contraire
à celui attendu).
 Dans l’activité 2,
- pour avoir de belles observations, il faut utiliser une fréquence voisine de : {résistance
totale dans le circuit sans oublier la résistance interne du GBF} divisé par 10 fois
l’inductance bobine ;
- ne pas utiliser de sortie GBF 600 avec une résistance R < 5 k pour éviter un trop
grand affaiblissement du signal.
 L’énergie magnétique est de l’énergie potentielle, elle est emmagasinée dans l’espace où
règne le champ magnétique et non pas dans le fer ou les spires d’une bobine. On obtient
donc une densité d’énergie maximale et par conséquent une puissance restituée
importante si l’on crée un entrefer le plus mince possible.
 Si on utilise un moteur dans l’activité 3, il est nécessaire de monter une diode de
redressement dans sa branche pour l’empêcher de tourner quand l’interrupteur est
fermé, car l’inertie du dispositif masquerait l’effet du courant induit d’ouverture. On

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utilisera un petit moteur 6 V, le fil pourra être collé sur son axe et la masse sera la plus
faible possible. En cas d’utilisation de DEL, on pourra se contenter d’une bobine 1H,11.
 Attention aux f.é.m. d’auto-induction, leur valeur élevée les rend souvent désagréables
pour les doigts.
 Dans l’activité 4 il est indispensable d’utiliser des piles et non une alimentation
comportant un transformateur ; sinon les étincelles seraient moindres qu’en l’absence de
bobine ! (ne pas essayer : risque de destruction du générateur si celui-ci n’est pas
protégé). La lime ou la scie à métaux peut être remplacée par une pointe (pas par une
fiche qui serait détériorée !). Il y a aussi production d’ondes électromagnétiques à toutes
fréquences ; elles peuvent être mises en évidence avec un poste de radio.
 Toute bobine présentant une capacité parallèle parasite Cp, des oscillations se produiront
si la résistance du circuit RL est supérieure à une valeur critique RO. Donc, dans l’activité
6, pour que le courant soit suffisamment triangulaire et sa dérivée suffisamment
rectangulaire (mais sans oscillations parasites), en utilisant une bobine {(L+ r)//Cp}, il faut
respecter :
compromis : RR
L
r
10GBF du fréquence
nsoscillatiod' pas :
C
L
2
1
RR
attendues formes :
L
R
GBF du fréquence
L
r
O
p
O
La capacité parasite des bobines d’inductances variables 0,1 à 1H ; 11 est d’environ 1 nF.
Elle ne peut pas être mesurée avec un capacimètre mais peut facilement être déduite de
cette expérience en utilisant une boite de résistance à décade pour R (et en mesurant la
fréquence des oscillations parasites si l’on ne connaît pas L) !
Activité 1 : Retard à l’établissement d’un courant
1° Les résistances électriques dans les deux branches du circuit étant “voisines”, observer que la
lampe L1 s’allume « simultanément » à la fermeture de l’interrupteur alors que la lampe L2 ne
s’allume qu’après un certain retard (environ 1s ici mais plus ou moins important selon la bobine
utilisée   2 L/r)
2° (facultatif) : Faire déduire aux élèves que quand on ferme l’interrupteur, le courant i2 qui tend à
s’établir dans la bobine y crée un champ magnétique et que selon la loi de Lenz, un courant induit
va s’y opposer et que donc, pendant un certain temps, on aura :
i2 < uAB/r
On parle ici d’auto induction car le courant induit est produit par le champ magnétique créé par le
courant qui s’établit dans le propre circuit de la bobine.

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Activité 2 : Visualisation à l’oscilloscope
1° Réaliser le montage :
GBF : 1kHz ; rectangulaire ; amplitude 1V
R = 1k
{L, r} = {0,1H ; 11}
Oscilloscope :
base de temps : 0,2ms/cm
déclenchement sur YA
mode DUAL
YA : 0,5V/cm
YB : 0,5V/cm
2° Injecter un signal rectangulaire de quelques volts et observer qu’alors que la tension uAM passe
“instantanément” d’une valeur positive constante à une valeur négative constante, la tension uBM et
donc le courant i dans le circuit varie “plus lentement” :
3° Faire déduire aux élèves que le retard à la variation du courant est du à la bobine.

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Activité 3 : Énergie stockée dans une bobine
1° Réaliser au mieux des possibilités le dispositif ci-dessous, à partir des pièces d’un
transformateur démontable :
l’entrefer sera le plus mince
possible, si l’on dispose de “fers”
vernis ou peints sur la face utilisée,
le papier est inutile. Par ailleurs, une
bobine peut suffire et si l’on en
utilise deux, prendre garde à bien
relier “la sortie” de la première à
“l’entrée” de la seconde pour que les
flux magnétiques s’ajoutent (le sens
de l’enroulement ne doit pas
s’inverser).
2° Utiliser ce dispositif dans l’un des montages suivant :
Interrupteur fermé, la DEL verte brille ; Interrupteur fermé, le courant ne passe que dans
si on l’ouvre, la DEL rouge brille un la bobine.; si on l’ouvre, le moteur tourne et
certain temps. soulève la masse.
3° Faire déduire aux élèves que lors du retard à l’établissement du courant dans une bobine, de
l’énergie électrique est transformée en énergie magnétique et que cette énergie est restituée sous
forme électrique quand on tente de supprimer le courant dans la bobine : c’est encore de l’auto-
induction (le courant induit tend à s’opposer à la disparition du courant dans la bobine et y
conserve donc le même sens) .
4° TC uniquement : L’ expérience avec les DEL pourra servir à justifier la loi de Lenz-Faraday :
a) en accord avec l’éclairement de la DEL rouge à l’ouverture de l’interrupteur, il apparaît une
f.é.m. e(t) et la bobine doit alors être considérée comme un générateur (mêmes sens pour les
flèches du courant auto-induit et de la f.é.m. auto-induite) ; les valeurs de e(t) et de i(t) sont
des nombres positifs (il n’y a pas algébrisation ici !),
b) il y a variation du flux parce que le courant i(t) et donc le champ magnétique de norme B(t)
varient au cours du temps :  = L.i = L (0 – i0) = - L.i0 < 0 car L et i0 > 0 par définitions,
c) ce phénomène à une durée t > 0 donc : t < 0,
d) il faut donc introduire un signe - dans la loi pour avoir e >0.

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Activité 4 : Étincelles de rupture dans un circuit inductif
1° Observer les étincelles et écouter le son produit lorsque l’on
“joue” de cet instrument...
2° Interpréter en expliquant que lors des ouvertures
successives du circuit, le flux magnétique varie très vite et qu’il
apparaît alors une f.é.m; d’auto-induction élevée (e = -/t ;
t  0), l’air s’ionise et devient conducteur ; de la lumière est
émise quand les ions “accélérés” par le champ électrique qui
apparaît cèdent leur énergie à des atomes neutres. Les
craquements entendus sont dus au fait que les ions ont une
vitesse élevée et compriment l’air sur leur passage, des ondes
sonores sont alors émises. C’est en fait de l’énergie
magnétique qui se transforme.
Activité 5 : Dérivation du courant par une bobine : loi de l’auto-induction
1° Réaliser le montage :
GBF sans prise de Terre : 1kHz ; triangles ;
amplitude 10V
R = 3,3kou boite à décade
{L ; r} = {0,1H ;11}
Oscilloscope :
base de temps : 0,2ms/cm
déclenchement sur YA
mode DUAL ( –YB)
YA : 5V/cm
YB : 0,5V/cm
2° Expliquer aux élèves que le courant i dans le circuit est proportionnel à la tension aux bornes de
la résistance et sera visualisé comme YA alors que la tension aux bornes de l’inductance sera
visualisée comme -YB : uAB = uGBF = uAM + uMB = uR + uL
un oscilloscope standard ne pouvant mesurer simultanément que deux d.d.p. par rapport à sa
masse, on observe uAM = uR et uBM = -uL ; en utilisant la fonctionnalité d’inversion de la voie B, on
peut alors observer uL.
3° Observer qu’alors que le courant i est représenté par un signal triangulaire, la tension aux
bornes de la bobine est bien proportionnelle à sa dérivée (qui est un signal rectangulaire), comme
prévu par la loi de l’auto-induction.
4° Faire remarquer que les flèches pour –uL et i sont dans le même sens et que la bobine peut
alors être considérée comme un générateur de f.é.m. e = -uL (en négligeant la résistance interne r
de la bobine : uL = - (e – r.i) en toute rigueur) ; supprimer la sélection de –YB pour visualiser e et
déterminer expérimentalement la constante de proportionnalité k entre e et di/dt et comparer à la
valeur de l’inductance L (k = -L).
On pourra insister sur le fait que pendant que le courant i est croissant, e < 0 implique que la
bobine joue alors le rôle d’un récepteur de f.c.é.m. e’ = -e et transforme de l ‘énergie électrique en
énergie magnétique et que c’est le contraire lorsque i est décroissant : e > 0 ; la bobine est alors
génératrice et transforme de l’énergie magnétique en énergie électrique. Dans les deux cas la loi
de Lenz – Faraday est vérifiée : la f.é.m. auto-induite s’oppose à la variation du courant imposée
par la tension délivrée par le GBF.