Faraday et Lenz, deux inséparables
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Faraday et Lenz, deux inséparables |
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Physique Electromagnétisme/ Induction et sens du courant induit.
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Public : Secondaire et Supérieur |
Durée : < 1 min |
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Liste du matériel et des produits nécessaires : - Une bobine réalisée avec une quarantaine de tours avec un fil isolé (40 mm de diamètre suffisent). - Un aimant. - Un capteur de tension (par exemple un capteur Pasco*) ou à défaut un galvanomètre. - Un tube en PVC (qui servira de guide pour la chute de l’aimant). (*) L’avantage du capteur est l’enregistrement, en fonction du temps de la grandeur que l’on mesure, en l’occurrence la tension électrique, lorsque l’aimant traverse la bobine.
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Recommandations pour réaliser l’expérience : - La bobine est reliée au capteur de tension (ou au galvanomètre). - L’aimant est simplement libéré et en passant dans la bobine, il y a production d’une tension induite et d’un courant induit dont le sens est donné par la loi de Lenz.
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Exploitation pédagogique : l’induction électromagnétique (FARADAY) et le sens du courant induit (LENZ). - Analyse des différents graphiques obtenus en laissant tomber l’aimant (N-S ou S-N) à partir d’une même hauteur. (Voir ci-contre). - Analyse des différents graphiques obtenus en laissant tomber l’aimant à partir de hauteurs différentes. En effet la tension induite est d’autant plus grande que la même variation de flux magnétique est réalisée en un temps très court (Ui = -DF/Dt). - En utilisant différents aimants libérés d’une même hauteur, les variations du flux magnétique engendré changent et donc la tension induite change également. (Þ L’intensité du champ magnétique est un facteur important pour la construction d’une magnéto, dynamo et autres). - Remarques On pourrait également utiliser une bobine avec le même nombre de spires et le même aimant mais délimitant une surface plus grande. On pourrait également utiliser une bobine avec un nombre de spires plus grand (ou plus petit) avec la même surface et le même aimant.
Explication Il faut bien repérer les flux extérieurs (qui sont représentés par des flèches sans aucun caractère vectoriel) : ce sont ceux de l'aimant que l'on approche. Ils sont représentés en bleu et leur variation en rouge. Durant cette manipulation (la descente de l’aimant, pôle N en tête) un courant induit nait dans la spire dont la cause est précisément cette variation extérieure du flux magnétique. C'est contre cette variation extérieure du flux magnétique (représenté par une flèche rouge) que le courant induit va opposer un flux contraire à travers sa propre spire. Ce flux contraire est représenté en jaune. La règle du pouce de la main droite permet de trouver aisément le sens du courant induit.
Vu sous l'angle de Newton, c'est une application de sa troisième : la loi de l'action et de la réaction. L'aimant lors de son mouvement vient en quelque sorte perturber l'environnement magnétique de la spire (action) qui va réagir en générant un champ (et donc un flux) qui s'oppose à la variation du premier. Finalement : "Comment une spire peut-elle s'opposer à un nord qui s'approche d'elle ? Comment une spire peut-elle retenir un nord qui s'en va ? …" L’exemple suivant montre l’évolution dans le temps d’un flux magnétique F au travers d’une bobine. La tension induite (Ui = -dF/dt) produite durant cette variation de flux est donné par la dérivée de F(t). |
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Lien(s) vers la vidéo : (Faraday et Lenz) - Des expériences diverses sur ce thème sont également exploitées dans des tests sur l’électromagnétisme sur http://www.diagnosciences.be/ |
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