B=f(I)

SEANCE 1 : A LA DECOUVERTE DE L’INDUCTION ELECTROMAGNETIQUE
1 PRELIMINAIRES
1.1 UN COURANT CREE UN CHAMPS MAGNETIQUE
Manipulation 1 : On repère la position du pôle Nord à l’aide d’une boussole dont l’extrémité colorée en
rouge indique le nord. Ainsi on détermine le pôle nord de l’aimant duquel « sortent » les lignes de champs.
On constate que le pôle nord de l’aimant est situé à l’extrémité colorée en rouge et par conséquent, le pôle
opposé est le pôle sud.
Manipulation 2 (montage figure 2) : On alimente une bobine de 36 mH Leybold 1000 spires avec une
alimentation stabilisée 0-12 V. On place la boussole devant la bobine avant de déterminer les pôles de la
bobine. Le schéma suivant illustre les observations relatives à cette manipulation :
De plus, en inversant la polarité, on inverse les pôles de la bobine ce qui implique que le champ
magnétique crée part la bobine dépend du sens de circulation des porteurs de charges dans celle-ci.
Manipulation 3 : On remplace la boussole par un tesla mètre et on place en série dans le montage un
ampèremètre. On fait progressivement varier la tension d’alimentation pour faire varier l’intensité et on
obtient les mesures suivantes :
I (mA)
B (mT)
0
0,12
0,1
1,44
0,401
5,51
0,6
8,18
0,8
10,89
1
13,6
1,22
17,18
Des éléments peuvent manquer dans ces documents. Pour plus d’informations, contactez l’auteur.
Alexandre FAURE – http://alx.faure.free.fr
B (mT)
B=f(I)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
y = 13,805x + 0,004
R² = 0,9991
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Intensité (mA)
Le champ magnétique crée est donc bien proportionnel au courant circulant dans la bobine.
Dans la suite du TP, on considérera la face 1 de la bobine comme celle qui comporte les bornes et la face
2, l’autre.
1.2 UTILISATION D’UN GALVANOMETRE
Définition du galvanomètre (Wikipédia) : Un galvanomètre est l'un des modèles d'ampèremètre
d'
de type
analogique. L'appareil est muni d'une aiguille permettant de visualiser la mesure. L'aiguille
L'aig
est chargée
d'amplifier visuellement un mouvement, elle permet la lecture directe en se déplaçant devant une échelle
graduée avec les valeurs à mesurer.
Manipulation 4 : On réalise le montage de la figure 3 en utilisant l’alimentation stabilisée 0-12V.
0
On fixe la
tension variable à 0V avant d’allumer la tension d’alimentation et de fixer le calibre du galvanomètre à 3
mA. On allume et augmente lentement la tension d’alimentation (il ne faut pas que l’aiguille du
galvanomètre arrive à saturation).
Le courant circule du potentiel V+ au potentiel V-. Le sens positif de mesure du galvanomètre est donc
aussi le sens de circulation du courant.
2 PHENOMENE D’INDUCTION
2.1 ASPECT QUALITATIF : FORCE ELECTROMOTRICE D’INDUCTION
2.1.1 CIRCUIT FIXE - CHAMP VARIABLE
Manipulation 5 : On réalise le montage de la figure 4.
Calibre galvanomètre : 30 µA.
Lorsque l’on déplace l’aimant dans l’axe de la bobine, on constate que suivant les interactions entre pôles,
la circulation du courant n’est pas la même :
Interaction entre pôles
Aimant
Bobine
SUD
SUD
NORD
SUD
Circulation du courant
Négatif (i < 0)
Positif (i > 0)
Des éléments peuvent manquer dans ces documents.
documents Pour plus d’informations,
informations, contactez l’auteur.
l
Alexandre FAURE – http://alx.faure.free.fr
De plus, plus le déplacement est rapide, plus la variation de l’intensité est importante lue sur le
galvanomètre.
Lorsque l’on rapproche l’aimant pôle Sud de la bobine face 1, le sens du courant parcourant la bobine est
négatif. Ce qui concorde avec la détermination des pôles de la bobine en première partie car deux pôles de
même nature se repoussent contrairement à deux pôles de nature différentes qui s’attirent.
Conclusion : Un courant est crée ; il y a donc présence d’un champ magnétique induit par la bobine pour,
en quelque sorte, contrer la variation de champ crée par l’aimant introduit.
Lorsque l’on éloigne l’aimant de la bobine, le galvanomètre indique un sens de circulation du courant positif
dans la bobine.
Dès lors, on peut affirmer sans crainte :
Si Baimant est le champ magnétique crée par l’aimant au niveau de la bobine, le champ induit s’oppose à la
variation de Baimant.
Manipulation 6 : Si on remplace le galvanomètre par un voltmètre dans le montage de la figure 4, les
mêmes effets seront évidemment observés. On constate donc aussi l’existence d’une force électromotrice
e <0 c'est-à-dire, du même signe que i lue.
On affirmera donc :
Le mouvement de l’aimant dans la bobine crée une force électromotrice proportionnelle à la variation de
Baimant.
2.1.2
RELATIVITE DES MOUVEMENTS : CIRCUIT MOBILE – CHAMP FIXE
Manipulation 7 : On reprend le montage 4 et on insére la bobine verticalement vers le bas de l’aimant,
fixe. Le principe de relativité des mouvements est vérifié et le courant induit par la bobine est dans le même
sens que dans la manipulation circuit fixe – champ variable.
2.2 ASPECT QUANTITATIF : NOTION DE FLUX MAGNETIQUE
Pour cette partie, suivre le mode opératoire pour l’utilisation du logiciel Cassilab dans le cahier de TP.
Notes supplémentaires :
Phi = -1*(INTEG(Y3,Y2))+a*Y2
Valeur de a :
a = - 0.003186
Flux magnétique : Le flux d'induction magnétique Φ qui traverse une surface est égal au nombre de
lignes de forces du champ d'induction magnétique
scalaire de ces deux vecteurs.
qui pénètre une surface
. Il correspond au produit
Des éléments peuvent manquer dans ces documents. Pour plus d’informations, contactez l’auteur.
Alexandre FAURE – http://alx.faure.free.fr
où θ est l'angle entre les lignes du champ d'induction
et le vecteur normal au plan de la surface S.
La loi de Lenz précise que, si une variation de flux dΦ(t)
d ) apparaît dans un cadre constitué d'un conducteur
électrique, une force électromotrice e(t)
e ) apparaîtra aux bornes de ce cadre. Cette force électromotrice est
créée pour s'opposer à la variation de flux dans le cadre.
3 MESURE DU COEFFICIENT D’INDUCTANCE MUTUELLE
Voir cahier de TD.
Inductance mutuelle
Lorsqu’un circuit 1 traversé par un courant noté
, produit un champ magnétique
ique à travers un circuit 2, on
peut écrire :
La valeur de cette mutuelle inductance dépend des deux circuits en présence (caractéristiques
géométriques,, nombre de spires) mais aussi de leur position relative : éloignement et orientation.
Des éléments peuvent manquer dans ces documents.
documents Pour plus d’informations,
informations, contactez l’auteur.
l
Alexandre FAURE – http://alx.faure.free.fr