Induction électromagnétique
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Christian Loverde Induction Électromagnétique Lycée Jaufré Rudel Première Sti Induction électromagnétique C’est en 1831 que Michael Faraday découvre le phénomène d’ induction, il découvre qu’un courant électrique est créé dans un conducteur lorsqu’il est soumis à un champ magnétique variable. Cas d'un champ variable Quand on approche ou éloigne l'aimant de la bobine une tension apparaît à ses bornes (oscilloscope) ou un courant (µampèremètre) si les deux extrémités sont reliées par un fil. La bobine est alors équivalente à un générateur de fém e induite. Si les deux extrémités de la bobine sont reliées par un fil elle est traversée par un courant induit. La source de champ est l'inducteur, le circuit où apparaît le courant induit est l'induit. Loi de Lenz: Le courant induit, par ses effets, s'oppose à la cause qui lui a donné naissance. Le sens du courant induit montre que le champ magnétique induit qu'il génère à tendance à s'opposer (Binduit opposé à Baimant si Baimant augmente et Binduit même sens que Baimant si Baimant diminue) à la variation du champ magnétique imposée par le mouvement de l'aimant. Induction.doc 1/5 26/01/2007 Christian Loverde Induction Électromagnétique Lycée Jaufré Rudel Première Sti Cas d'un champ constant Le phénomène est aussi observable quand le circuit est déformé, le champ magnétique étant constant: Quand MN se déplace on observe un déviation du spot. Le sens de la déviation du spot dépend du sens du déplacement de MN et de celui du champ magnétique. Le barreau MN en mouvement est équivalent à un générateur. La fém observée à l'oscilloscope est la fém d'inductionX100, le courant traversant R est le courant induit. La source de champ est l'inducteur, le circuit où apparaît le courant induit est l'induit. Loi de Lenz: Cette fois ce n’est pas la variation de B qui génère la fém d’induction aux bornes de R et le courant induit mais la déformation du circuit donc la variation de la surface du circuit définie par les fil conducteurs. Observation (si possible): le signe de la fém d’induction donc le sens du courant induit montre que si la surface S diminue le courant induit génère un champ magnétique induit de même sens que B (règle du tire-bouchon = il tourne dans le sens de i et se déplace dans le sens de B i ) et de sens contraire si S augmente. Le champ B i donc le courant induit à tendance à s’opposer à la variation de la surface S du circuit. Inducteur et circuit fixe Expérience qui a permis (voir TP 15) de vérifier la formule de la fém d’induction La tension variable u1 crée un champ magnétique B1 dans la bobine 1 et dans la bobine 2 (atténué sans noyau de fer doux). La variation du champ B1 dans la bobine 2 est la cause de la présence de la tension u2. La bobine 2 est équivalente à un générateur, la tension à ses bornes est la fém d'induction. Induction.doc 2/5 26/01/2007 Christian Loverde Induction Électromagnétique Lycée Jaufré Rudel Première Sti Résumé Le phénomène d'induction (courant électrique créé dans un conducteur) apparaît quand: • on déforme le circuit dans la deuxième expérience en déplaçant le barreau MN • on fait varier le champ magnétique dans les deux autres expériences. Le transformateur Le transformateur est construit à partir d'un circuit magnétique sur lequel sont bobinés deux enroulements : - un enroulement primaire qui reçoit l'énergie électrique et la transforme en énergie magnétique par induction - un enroulement secondaire qui est traversé par le champ magnétique produit par le primaire et fournit un courant alternatif de même fréquence mais de tension qui peut être plus supérieure ou inférieure à la tension primaire. Un transformateur peut être élévateur ou abaisseur de tension. Vu du secondaire un transformateur peut être considéré comme un générateur de tension u2 et de même fréquence f que u1. Le rapport de transformation (tensions efficaces) est: Exemple: Un transformateur dont le primaire comporte 1000 spires alimenté par une tension sinusoïdale de 230 V de tension efficace, le secondaire qui comporte 52 spires présentera à ses bornes une tension sinusoïdale dont la valeur efficace sera égale à 12 V. Si on néglige les pertes, la puissance est transmise intégralement, c'est pourquoi l'intensité du courant dans le secondaire sera dans le rapport inverse soit près de 19 fois plus importante que celle circulant dans le primaire. De l'égalité des puissances apparentes : U1.I1 = U2.I2 , on tire Induction.doc 3/5 26/01/2007 Christian Loverde Induction Électromagnétique Lycée Jaufré Rudel Première Sti Les courants de Foucault Un disque de cuivre oscille entre les pôles d'un électro-aimant. • Si l'électro-aimant n'est pas parcouru par un courant, le disque oscille librement. • Si l'électro-aimant est parcouru par un courant, le disque est freiné et s'échauffe. Les courants de Foucault sont des courants induits qui prennent naissance dans la masse d’un conducteur en mouvement dans un champ magnétique constant ou encore dans un solide métallique immobile soumis à une variation de champ magnétique. Le freinage des camions Il s'effectue grâce aux courants de Foucault. Un disque de cuivre est fixé sur la roue du camion en rotation. Si on veut freiner le véhicule, on fait passer un courant électrique dans l'électro-aimant qui est placé près du disque. Les courants de Foucault s'opposent à la cause qui leur donne naissance : le mouvement de la roue. La force de Laplace exercée par le champ magnétique de l'électro-aimant s'oppose au mouvement de la roue (loi de Lenz). Ce type de freinage ne peut être que complémentaire à un freinage classique, car lorsque la roue est ralentie, les courants de Foucault diminuent. Le four à induction Si le nombre de spire du secondaire du transformateur est N2= 1 le courant I2 = N1.I1 >> I1 est très grand (plusieurs centaine d'ampère) et provoque la fusion. Induction.doc 4/5 26/01/2007 Christian Loverde Induction Électromagnétique Lycée Jaufré Rudel Première Sti Plaques de cuisson à induction Les plaques à induction en fonctionnement sont froides. Ce ne sont pas les plaques qui chauffent dans un système à induction mais la casserole. Lorsqu'on approche une casserole de la plaque, le champ magnétique variable créé par le générateur engendre un courant électrique induit dans la masse de la casserole. Courant induit qui a tendance à s'opposer au courant qu'on essaye de lui imposer (loi de Lenz). La casserole, conductrice, s’ échauffe car tout conducteur soumis à un courant s’ échauffe, c’est l’effet Joule. Cette chaleur se transmet au contenu de la casserole, et aux aliments. Sous la plaque il y a une source de champ magnétique: bobine de cuivre parcourue par un courant électrique alternatif de fréquence 50 Hz et noyau de fer doux. Cette variation du courant, entraîne une variation du champ magnétique car celui-ci est directement lié au courant. Les phénomènes d’ induction ne sont pas utilisés que pour les plaques de cuissons, vous utilisez tous les jours ce phénomène sans le savoir dans les moteurs électriques, dans les dynamos de vélo, dans les transformateurs (chargeur de téléphone mobile, d’ ordinateur ...), mais aussi plus récemment dans les lampes de poche sans pile. Induction.doc 5/5 26/01/2007
