3 Induction

3. INDUCTION
3
3.1
II. Magnétisme et électromagnétisme
Induction
Expérience d’introduction
On forme une spire avec un câble conducteur. On relie la spire à un microampèremètre.
Maintenant, on déplace un aimant perpendiculairement au plan de la spire.
On constate : dès que l’aimant est en mouvement par rapport à la spire, un courant circule à
travers celle-ci. Le sens de ce courant n’est pas le même si l’aimant s’éloigne ou s’approche de
la spire.
>
-2
S
I
-1 0
1
2
µA
N
A
COM
Figure II.21 – Expérience : on approche un aimant d’une boucle reliée à un ampèremètre
Le courant induit est d’autant plus intense que la vitesse du mouvement relatif entre l’aimant
et la spire est élevée.
56
3. INDUCTION
II. Magnétisme et électromagnétisme
-2
>
S
I
-1 0
1
2
µA
N
A
COM
Figure II.22 – Expérience : on écarte un aimant d’une boucle reliée à un ampèremètre
Si on enroule plusieurs spires pour former une «bobine», le courant devient plus intense.
-
>
>
S
10
I
-5 0
5
10
mA
N
A
COM
Figure II.23 – Expérience : on déplace un aimant par rapport à une bobine
3.2
L’induction
Lorsque le nombre de lignes de champ (cf. p. 45) d’un champ magnétique à travers une spire
est modifié, un courant électrique circule à travers la spire. Ce phénomène s’appelle induction.
Le courant qui apparaît s’appelle courant induit. L’aimant qui est source du champ magnétique
est appelé inducteur.
57
3. INDUCTION
II. Magnétisme et électromagnétisme
On peut modifier le nombre de lignes de champ à travers une spire :
— en approchant ou en écartant l’aimant de la spire (v. fig. II.24)
— en augmentant ou en réduisant la surface de la spire
— en changeant l’orientation de l’aimant par rapport au plan de la spire (v. fig. II.25)
petit nombre de lignes de champ
à travers la spire
nombre plus élevé de lignes de champ
à travers la spire
Figure II.24 – on approche l’aimant de la spire
grand nombre de lignes
de champ à travers la spire
nombre moins élevé de lignes
de champ à travers la spire
Figure II.25 – on tourne l’aimant par rapport à la spire
58
3. INDUCTION
II. Magnétisme et électromagnétisme
Si le nombre de lignes de champ à travers la spire augmente, le courant induit circule dans un
sens.
Si le nombre de lignes de champ à travers la spire diminue, le courant induit circule dans le
sens contraire.
3.3
3.3.1
Générateurs de courant électrique
Modèle simplifié
La figure suivante illustre le principe de fonctionnement d’un générateur de courant électrique
simplifié :
-
10
>
I
A
-5 0
5
10
mA
COM
Figure II.26 – Générateur
La barre aimantée est mise en rotation de façon à ce qu’elle tourne devant une bobine stationnaire.
L’aimant est le «rotor» du générateur, la bobine constitue son «stator».
Lorsque la barre aimantée toune, le nombre de lignes de champ de la barre aimantée à travers
les spires de la bobine varie constamment. Si le nombre de lignes de champ augmente, le courant
électrique circule dans un sens, si le nombre de lignes de champ diminue, il circule dans le sens
contraire.
Le courant induit change constamment de sens. C’est un «courant alternatif» (Remarque : un
courant dont le sens est toujours le même est un «courant continu») !
59
3. INDUCTION
II. Magnétisme et électromagnétisme
I
t
Figure II.27 – Courant alternatif
Dans les centrales électriques en Europe centrale, les rotors des générateurs tournent avec une
fréquence de 50 Hertz (50 Hz), c’est-à-dire qu’ils effectuent 50 tours par seconde. Par conséquence, le courant qui arrive dans nos maisons est un courant alternatif à 50 Hz : il change de
sens 50 fois par seconde.
3.3.2
Générateurs puissants
Les générateurs de courant électrique puissants utilisés dans la vie quotidienne sont le plus
souvent constitués d’une bobine à grand nombre de spires avec un noyau de fer en son centre.
Cette bobine tourne dans l’entrefer d’un aimant en U. Dans ces générateurs, c’est donc la bobine
qui prend le rôle de rotor tandis que l’aimant fixe est le stator.
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