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L'induction électromagnétique
Loi de Faraday-Lenz : un champ qui varie crée un courant
§1.Du magnétisme on tire de l'électricité
La force de Laplace transforme l'électricité en mouvement. L'induction fait l'inverse : à partir d'un champ magnétique qui varie, on produit un courant électrique. C'est la découverte de Faraday (1831), et c'est ainsi qu'est produite la quasi-totalité de l'électricité dans le monde.
La clé est le flux magnétique Φ à travers une bobine : il mesure la « quantité de champ » qui traverse la surface. Tant que Φ ne change pas, rien ne se passe. Dès qu'il varie — on approche un aimant, on tourne une spire, le champ s'intensifie — une tension apparaît : la force électromotrice induite.
§2.Loi de Faraday
La force électromotrice induite est l'opposé de la vitesse de variation du flux magnétique.
Variables
- Force électromotrice induite- V (volt)
- Flux magnétique à travers la bobine- Wb (weber)
- Temps- s
- Vitesse de variation du flux- Wb/s = V
- -Plus le flux varie vite, plus la tension induite est grande. Un aimant déplacé lentement induit peu ; déplacé vite, beaucoup.
- -Pour une bobine de N spires : e = −N·dΦ/dt. Multiplier les spires multiplie la tension.
- -Si le flux est constant (aimant immobile), e = 0 : aucun courant induit.
§3.La loi de Lenz : la nature résiste au changement
- Le signe moins
- Le courant induit s'oppose toujours à la cause qui lui donne naissance. Si on approche le pôle nord d'un aimant, la bobine crée un champ qui le repousse ; si on l'éloigne, elle l'attire pour le retenir.
- Exemple. C'est une conséquence de la conservation de l'énergie : sans cette opposition, on créerait du mouvement gratuit (mouvement perpétuel), impossible.
- Conséquence pratique
- Pour produire du courant, il faut fournir un travail mécanique contre cette opposition. L'énergie mécanique se convertit en énergie électrique.
§4.Applications
- L'alternateur
- Une bobine tourne dans un champ magnétique (ou un aimant tourne devant une bobine). Le flux varie sinusoïdalement → tension alternative. Tous les barrages, centrales et éoliennes fonctionnent ainsi.
- Le transformateur
- Deux bobines couplées : le courant alternatif du primaire crée un flux variable qui induit une tension au secondaire. Il permet d'élever ou d'abaisser la tension du réseau.
- La plaque à induction
- Un champ magnétique variable induit des courants directement dans le fond métallique de la casserole, qui chauffe par effet Joule.
À retenir
- L'induction produit de l'électricité à partir d'un flux magnétique qui VARIE (Faraday, 1831).
- Loi de Faraday : e = −dΦ/dt (et e = −N·dΦ/dt pour N spires). Flux constant → e = 0.
- Loi de Lenz (le signe −) : le courant induit s'oppose à la cause qui le crée (conservation de l'énergie).
- Applications : alternateur (toute production électrique), transformateur, plaque à induction.
- Ce n'est pas l'intensité du champ qui compte, mais sa vitesse de variation.