#FocusonExam: Physique Chimie Technologie Classe de 3ème – 29 Avril 2020

Titre de la leçon:

L’INDUCTION ELECTROMAGNETIQUE

 

Leçon 2: L’induction électromagnétique

Objectifs pédagogiques de la leçon :

  • Définir et calculer le flux magnétique à travers une surface
  • Mettre en évidence le phénomène d’induction électromagnétique et calculer la f-e-m induite
  • Déterminer le sens du courant induit dans un circuit

PLAN

   + Exercices d’application

Rappels

Champ magnétique créé par un aimant

  • Lignes de champ et spectre magnétique
  • Champ magnétique uniforme

Champ magnétique créé par un courant

  • Règle de l’observateur d’Ampère
  • Valeur du champ magnétique

 

Activité 1 : Mise en évidence du phénomène d’induction électromagnétique

a)Manipulation

schéma et  montage expérimental

 

Le schéma montre un aimant droit qu’on déplace par des mouvements de va-et-vient devant une bobine. On a fermé le circuit de la bobine en connectant à ces bornes un appareil de masure qui peut être un voltmètre très sensible, ou un micro ampèremètre.

b) observations

Lorsqu’on approche ou qu’on éloigne brusquement l’aimant de la bobine, le voltmètre affiche une tension juste pendant ce temps et un courant circule dans la bobine.

La tension qui s’affiche a un signe (-) si c’est le pôle nord qui est approché et un signe (+) lorsque le pôle nord s’éloigne.

b) Interprétation:

Interpréter les observations ci-dessus en exécutant les taches suivantes :

  1. i) Dessiner un aimant droit avec son spectre magnétique
  2. ii) Dessiner une bobine plongée dans le champ magnétique de l’aimant, l’axe de la bobine confondu avec celui de l’aimant

iii) Dites ce qui change lorsqu’on approche ou qu’on éloigne l’aimant.

  1. iv) Comment mesure-t-on la quantité de lignes de champ magnétique qui traversent la surface d’une bobine ?
  2. v) Déduire la cause de l’apparition d’une tension électrique aux bornes de la bobine.
  3. vi) Comment nomme-t-on ce phénomène observé ?

C’est la variation du flux magnétique à travers la bobine qui est la cause de l’apparition d’une tension aux bornes de la bobine:

C’est le phénomène d’induction électromagnétique

Résumé :

1.Le flux magnétique

     On mesure la quantité de lignes de champ magnétique qui traversent la surface d’une bobine par une grandeur physique appelée flux magnétique notée φ dont l’unité dans le système international est le weber (Wb)

 

Exemples :

 

2.Définition de l’induction électromagnétique

La variation brusque ou continue du flux magnétique à travers la surface d’une bobine crée aux bornes de cette bobine une tension électrique et un courant circule dans la bobine.  Ce phénomène s’appelle l’induction électromagnétique.

L’induction électromagnétique est donc la création d’une tension aux bornes d’une bobine par variation du flux magnétique à travers sa surface.

    La tension créée est appelée tension induite ou f-e-m induite notée e (en volt).

   Le courant qui circule dans la bobine est appelé courant induit noté i (en ampère).

 

3.La loi de lenz

  Le courant induit qui circule instantanément dans la bobine crée un champ magnétique qui s’oppose à la variation du flux. Son sens est donc conséquent et il est déterminé par la loi de lenz.

Enoncé de loi de Lenz :

 << Le sens du courant induit est tel que par ses effets électromécaniques, il s’oppose à la cause qui lui donne naissance>>

Exercices d’application :

Exercice 1 :

Une bobine plate comportant 500 spires de rayon R = 5cm est plongée dans le champ magnétique d’un aimant droit de sorte que la valeur du champ au niveau de la bobine soit B = 2,0 mT. Initialement le vecteur champ B ⃗ fait avec la normale n ⃗  un angle de 20o.

1)Calculer dans cette position la valeur du flux magnétique à travers la bobine.

2) On fait tourner l’aimant brusquement jusqu’à ce que le champ B ⃗ soit perpendiculaire à la normale. L’opération dure 5ms.

    Calculer pendant ce temps la variation du flux magnétique à travers la bobine et déduire la valeur de la f-e-m moyenne induite.

  3) Dessiner la bobine et indiquer les sens du courant induit i. 

Résolution :

1) Le flux du champ magnétique à travers la surface de la bobine est donné par :

                             Φ = N*B*S*cos(B ⃗, n ⃗)    

           A.N :  Φ = 500*2*10-3*π*(0,05)2cos(20o)

                           Φ = 0,0074 Wb

1)∆∅=∅_final-∅_initial

         Or  ∅_final=0 Wb car  B ⃗  n ⃗ 

On a donc  ∆∅=0-0,0074

                   ∆∅=-0,0074 Wb

On en déduit la valeur de la f-e-m induite par la relation :        e_moy=-(∆∅)/∆t    

A.N : e_moy=-(-0,0074)/(0,005)          e_moy= 1,48 V  

3) Sens du courant induit

Le courant  i qui circule  doit créer un champ magnétique  qui tende à  augmenter le flux

Exercice 2 : (devoir)

Une plaque rectangulaire est entièrement plongée dans l’entrefer d’un aimant en U où règne un champ magnétique uniforme de valeur   B = 2,3mT. La plaque qui a pour dimensions axb=10cmx15cm et comportant 100 spires peut tourner librement dans ce champ magnétique.

1)Lorsque les lignes de champ sont perpendiculaires à la surface de la plaque, calculer le flux magnétique à travers la plaque

2)A partir de la position décrite à la question 1), on fait tourner brusquement la plaque jusqu’à ce que les lignes de champ soient parallèles à la plaque. Cette opération dure ∆t=0,1s

Calcule la f-e-m induite qui apparaît aux bornes de la bobine.

3) La plaque tourne maintenant continuellement  à l’intérieur de l’aimant avec une vitesse angulaire

w=2π rad/s.

Donner l’expression de la f-e-m instantanée qui apparaît aux bornes de la bobine et calculer sa valeur maximale e_max.

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