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Électricité et magnétisme

Induction électromagnétique, loi de Faraday–Lenz

Observez le flux magnétique à travers une bobine varier avec le champ et l'angle de rotation. Vérifiez ΦB=BAcos⁡θ\Phi_B = BA\cos\theta et la loi de Faraday–Lenz E=−N dΦB/dt\mathcal{E} = -N\,d\Phi_B/dt via le signe et l'amplitude de la f.é.m. induite.

Lycée

Matériel

  • Boucle/bobine virtuelle dans un champ magnétique uniforme, projetée en 3D sur le canevas
  • Curseur de niveau du champ magnétique
  • Curseur d'angle / vitesse de rotation de la boucle
  • Graphe de la f.é.m. induite et bouton Pause

Protocole

  1. Modifier le flux par l'angle de rotation

    Fixez le champ et déplacez le curseur d'angle pour tourner la boucle : le flux est maximal quand le plan de la boucle est perpendiculaire au champ, nul quand il est parallèle. Lisez les valeurs du graphe et comparez à ΦB=BAcos⁡θ\Phi_B = BA\cos\theta.

  2. Vérifier le signe de la f.é.m.

    Augmentez puis diminuez le curseur de champ et observez le signe de E\mathcal{E} s'inverser : le courant induit s'oppose à la variation du flux — règle de Lenz, c'est-à-dire le signe moins dans E=−N dΦB/dt\mathcal{E} = -N\,d\Phi_B/dt. Appuyez sur Pause pour lire l'instant exact de l'inversion.

  3. Modifier le taux de variation du flux

    Augmentez le curseur d'angle/vitesse pour que le flux oscille plus vite à amplitude égale : l'amplitude de E\mathcal{E} doit croître proportionnellement à ∣dΦB/dt∣|d\Phi_B/dt|. Avant de déplacer, prédisez si la trace E(t)\mathcal{E}(t) s'élargit ou s'élève, puis comparez.

Simulation

Histoire de l’expérience

Le 29 août 1831, Michael Faraday découvrit l'induction électromagnétique : un courant apparaissait dans une seconde bobine enroulée sur un anneau de fer uniquement lorsque le courant de la première bobine était établi ou coupé — c'est-à-dire pendant la variation du flux. Joseph Henry, à Albany, trouva le même effet presque simultanément mais publia plus tard. En 1834, Heinrich Lenz énonça la règle du sens du courant induit ; en 1845–1846, Franz Neumann donna la forme quantitative E=−dΦB/dt\mathcal{E} = -d\Phi_B/dt. James Clerk Maxwell intégra l'induction dans les équations du champ en 1861–1865. Ce principe fonde tout générateur et transformateur actuels.

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