Induction électromagnétique – aimant, bobine et galvanomètre
PhysiqueChamps électriques et magnétiques17–18 ans
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À suivre dans Champs électriques et magnétiques
Faites entrer ou sortir un aimant droit d’une bobine de N spires reliée à un galvanomètre, ou laissez l’aimant se déplacer seul. L’aiguille dévie proportionnellement à la vitesse de variation du flux magnétique et change de sens lorsque le sens du mouvement ou le pôle est inversé ; aimant immobile, l’aiguille revient à zéro. Les courbes du flux Φ(t) et de la fém induite e = −N·ΔΦ/Δt défilent en continu, et le sens du courant induit donné par la loi de Lenz s’affiche sur la bobine.
Leçon : Induction électromagnétique, loi de Faraday et loi de Lenz
Ce qu’elle montre
L'induction électromagnétique se produit chaque fois que le flux magnétique à travers une bobine varie. Ici, un aimant droit se déplace le long de l'axe d'une bobine reliée à un galvanomètre à zéro central. Le flux Φ à travers les N spires dépend de la profondeur à laquelle l'aimant est entré, et la loi de Faraday donne la f.é.m. induite e = −ΔΦ/Δt : l'aiguille réagit à la vitesse de variation du flux, pas à sa valeur. La loi de Lenz fixe le sens : le courant induit fait de l'extrémité proche de la bobine un pôle qui repousse l'aimant qui approche et attire celui qui s'éloigne.
Mode d’emploi
Commencez avec Va-et-vient auto pour observer un comportement régulier, puis déplacez l'aimant à la main : enfoncez-le vite, puis lentement, et immobilisez-le dans la bobine en regardant le galvanomètre et le graphique de la f.é.m. Utilisez Retourner l'aimant pour présenter l'autre pôle et comparez le sens de déviation de l'aiguille. Enfin, augmentez le Nombre de spires N ou la force de l'aimant et refaites le même mouvement pour voir quels facteurs augmentent la f.é.m. induite.
Paramètres modifiables
- Nombre de spires N 50–1000 spires
- Force de l’aimant (champ rémanent) 0,1–1,2 T
- Vitesse de l’aimant en mode automatique 5–60 cm/s
- Pôle tourné vers la bobine Pôle nord (N), Pôle sud (S)
- L’aimant entre et sort automatiquement
Questions à explorer
- Pourquoi le galvanomètre indique-t-il zéro quand l'aimant est immobile dans la bobine, alors que le champ y est intense ?
- Quand le pôle nord approche, quel pôle apparaît à l'extrémité proche de la bobine, et en quoi est-ce conforme à la loi de Lenz ?
- Quelles sont trois façons d'augmenter la f.é.m. induite, et comment le graphique de la f.é.m. confirme-t-il chacune ?
