INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE Buts! Matériel Théorie!

INDUCTION
ÉLECTROMAGNÉTIQUE
Buts!
!
Étudier les lois d’induction électromagnétique.
Étudier les principales caractéristiques d’un transformateur.
Matériel
!
Source c.a. (6,3 V)
Source c.c.
Multimètre numérique"
Galvanomètre (0 - 500 µA)
Enroulements de fil (300, 600 et 1 200 tours)
Boussole
Pile (1,5 V)
Résistances (1 kΩ et 10 kΩ)
Ampoule (24 V)
Aimant
Barreaux de fer laminé (droit et en forme de U)
Interrupteur
Fils de raccordement
Théorie!
Nous aborderons, dans ce laboratoire, les différentes façons d’induire une
f.é.m. (ε) dans un circuit électrique. Il y aura dans chacune des situations
que nous allons considérer, un champ magnétique produisant un flux
magnétique à travers en présence d’un circuit électrique.
Toutefois, ce qui sera important de constater, c’est qu’à chaque fois qu’il
y aura variation du flux magnétique φ à travers la surface délimitée par le
circuit, une f.é.m. induite (ε) apparaîtra et fera circuler un courant dans le
circuit.
Loi de Faraday
Cette expression représente la loi d’induction électromagnétique qui
stipule que la f.é.m. d’induction (ε) [que l’on devrait mieux appeler
électromotance] dans un circuit est égale (exception faite du signe
négatif) au taux de variation du flux magnétique (dφB/dt) dans le circuit.
C’est à la suite d’expériences semblables à celle que vous allez effectuer
qu’il trouva cette loi.
Lorsque le circuit électrique induit est fermé, un courant y circule sous
l’effet de la f.é.m. induite.
La loi de Lenz, justement établie par Lenz, dont les 2 prénoms sont
___________________ et __________________ permet de déterminer
le sens de ce courant. Cette loi [remémorée par le signe négatif] stipule
que le courant induit a un sens tel qu’il s’oppose à la variation du flux
magnétique.
Autrement dit, la polarité de la force électromotrice induite, que l’on
appelle « électromotance » est telle qu’elle tend à faire circuler un
courant créant un flux magnétique qui s’oppose à la variation du flux qui
se manifeste.
Le signe négatif de la loi d’induction indique donc cette opposition.
NfAp : ____________________
Lab No 7
Montage : ________ NfAp : __________________________
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Manipulations
a) Sens du courant induit par un flux magnétique variable
1) Afin de vérifier la loi de Lenz, il faut déterminer expérimentalement le
sens de circulation du courant induit.
La déviation de l’aiguille d’un galvanomètre polarisé monté dans le
circuit nous indique le sens du courant induit. Cette déviation étant
fonction de la borne d’entrée du courant dans le galvanomètre, il faut
déterminer la relation entre le sens de la déviation de l’aiguille et le sens
du courant. Il se peut que la polarisation de votre galvanomètre ne soit
pas indiquée il faudra donc la déterminer par une expérience.
Montez en série la pile de 1,5 V, la résistance de 10 kΩ (brun, noir,
orange) et le galvanomètre.
Prenez note du sens de la déviation de l’aiguille en constatant la borne
par laquelle le courant entre et vous pourrez déduire la polarisation de
votre galvanomètre. Vous l’indiquer sur petit ruban cache collé tout près.
L’aiguille du galvanomètre dévie vers la
lorsque le courant entre par la borne de
Vous pouvez désormais déterminer le sens du courant induit dans un
circuit à partir du sens de la déviation de l’aiguille du galvanomètre.
2) Reliez l’enroulement de fil d’une bobine de 300 tours à votre
galvanomètre. Attendre l’autre page avant de toucher à l’aimant.
Indiquez les polarités de votre galvanomètre sur la figure
Étudiez bien cette bobine dont les caractéristiques [ mH = milliHenry
unité de mesure de sa propriété magnétique et WDG = windings
(enroulements ] sont fournis. Le sens de l’enroulement du fil est indiqué
clairement sur le côté de celle-ci, à vous de visualiser.
Selon la configuration ci-bas, aimant d’abord immobile, dessinez partout
dans le cadre, des lignes de champ magnétique qui, entre autres,
traverseront la section de la bobine.
Sans le faire, si vous approchiez brusquement cet aimant vers la bobine
de fil, prédisez le sens de la déviation de l’aiguille de votre
galvanomètre : Voici ma déduction : Aiguille vers ___________
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Approchez maintenant le pôle nord de l’aimant vers votre bobine (sans
entrer à l’intérieur) et votre prédiction est (encerclez) bonne ou mauvaise
Dans le cas où votre prédiction ne s’est pas avérée exacte, recommencez
en modifiant votre raisonnement. Approchez + ou - rapidement !
Explication scientifique pour expliquer le mouvement de votre aiguille :
Prédisez le sens de la déviation de l’aiguille du galvanomètre dans le cas
où vous approchez le pôle sud de l’aimant de l’enroulement : _________
Approchez effectivement le pôle sud de l’aimant de votre bobine (sans
entrer à l’intérieur) et votre prédiction (encerclez) Bonne ou mauvaise
Sans le faire, prédire le mouvement de l’aiguille du galvanomètre si
vous approchez le pôle nord de votre aimant de l’autre bout de la bobine?
Aiguille vers _________parce que :_____________________________
Faites-le et honnêtement aviez-vous raison ? __________________
3) Placez maintenant l’aimant immobile près de l’enroulement, notez la
valeur du courant : ________.
Que concluez-vous?___________________________________________
Avant d’éloigner l’aimant de l’enroulement, prédisez le sens de
déviation de l’aiguille (donc du courant) : _______________________
Éloignez ensuite l’aimant et commencez-vous à comprendre : _________
4) Les courants induits sont-ils les mêmes en approchant un pôle nord
qu’en éloignant un pôle sud de la bobine? : _____________
b) Détermination de la f.é.m. induite (aimant)
1) Approchez et éloignez lentement et au même rythme l’aimant d’une
bobine et notez la grandeur moyenne de la déviation maximale de
l’aiguille du galvanomètre.
Répétez pour chacune des bobines (même pôle et au même rythme) et
complétez le tableau ci-après (grandeurs et unités, voir matériel).
Quel est l’effet du nombre de tours de fil sur le courant induit et sur la
f.é.m induite? _______________________________________________
2) Changez le rythme d’approche de l’aimant ; que concluez-vous?
___________________parce que : ______________________________
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c) Détermination de la f.é.m. induite (courant dans une bobine)
!
Montez le circuit suivant en utilisant une source de tension continue
initialement éteinte et ses boutons à zéro :
Fermez l’interrupteur, allumez la source et augmentez graduellement le
voltage jusqu’à ce que l’affichage de la source indique 3 A, soit presque
la valeur maximale suggérée par le fabricant de la bobine.
Approchez l’aimant sur l’axe de la bobine. Que se passe-t-il?
______________________________________________________
parce que : _______________________________________________
Vérifiez l’orientation du champ magnétique autour de la bobine, à l’aide
de la boussole. Conclusion personnelle.
Indiquez sur le circuit le sens du courant et représentez sur la figure ci-
haute l’allure du champ magnétique au voisinage de la bobine par des
lignes de champ appropriées en n’oubliant pas d’identifiez ses pôles
magnétiques.
Mesurez la résistance interne du galvanomètre RG
à l’aide du multimètre numérique et notez-la ici : RG= ______________ ohms
Ouvrez l’interrupteur du circuit et attendez avant de le refermer
Reliez maintenant la bobine de 600 tours au galvanomètre et approchez-la
de l’autre bobine , à 2 cm de celle-ci, pour obtenir le circuit suivant :
Question cruciale qui mérite d’être bien analysée avant de le faire et
qui confirmera que vous comprenez bien ce qui se passe
Dans cette configuration, si vous fermez l’interrupteur du circuit alors
l’aiguille du galvanomètre irait d’abord : ________________________
Une fois certain de votre analyse, fermez l’interupteur : bon ou mauvais ?
Vous venez de reproduire la célèbre expérience de Michael Faraday et si
votre prédiction s’est avérée exacte, elle témoigne peut-être d’une bonne
compréhension de la loi de l’induction électromagnétique assortie des
éclaircissement de Lenz et non pas de Helmholtz dont tous les prénoms
sont :
____________________________________________________
Dans le cas contraire, vous devriez réviser ces notions !
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L’enroulement de 300 tours de la bobine du circuit est appelé primaire
parce qu’il est branché à la source.
En ouvrant et en fermant l’interrupteur à un rythme régulier, observez ce
qui se passe dans l’enroulement secondaire grâce aux fluctuations que
vous pouvez noter à l’aide de la déviation de l’aiguille du galvanomètre.
On appelle l’enroulement de 600 tours l’enroulement secondaire, parce
qu’il n’est pas branché à la source.
À partir de la lecture de votre galvanomètre et basée sur tout ce que vous
venez de faire, déterminez la grandeur du courant induit iG ainsi que son
sens ( + = horaire = aiguille vers droite)
en ouvrant l’interrupteur : iG = ______________ sens : _______
en fermant l’interrupteur : iG = ______________ sens : _______
La détermination de la f.é.m. induite se fera par la mesure du courant dans
le galvanomètre et par la résistance équivalente du circuit dont fait partie
l’enroulement secondaire de 600 tours.
Lorsque le courant circule dans le secondaire, le circuit équivalent peut se
représenter de la façon suivante :
où : Réquivalente = RG + Rbobine = _____________________
Déduisez la valeur de la f.é.m. (ε) pour les 600 tours :
ε = Réquivalentte × iG = _____________________
d) Effet de la géométrie
Utilisez le montage de l’étape précédente avec l’interrupteur fermé. Faites
maintenant osciller (éloignez et approchez) une des bobines dans la
direction de leur axe.
Qu’observez-vous? : ________________________________________
Placez maintenant les enroulements perpendiculairement l’un à l’autre
comme sur la figure suivante.
Vue à partir du dessus des bobines placées perpendiculairement :
Ouvrez et fermez l’interrupteur et déterminez la f.é.m. induite moyenne :
ε = ____________________________
Expliquez le résultat observé à la lueur de votre compréhension de ce qui
se passe :
________________________________________________________
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Dessinez sur la figure les lignes de champ magnétique émanant de la
bobine de gauche lorsqu’un courant y circule.
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