Électricité et magnétisme

Circuits, loi d'Ohm et induction électromagnétique

Voir visuellement la relation I = U/R (densité d'électrons en dérive) et observer la loi de Faraday–Lenz : le sens du courant induit s'oppose toujours à la variation de flux qui lui a donné naissance. Mesurez le courant et la f.é.m. induite, puis vérifiez $I = U/R$ et $ε = −dΦ_B/dt$ .

Collège

Matériel

Circuit 3D : résistance seule, circuit en série, circuit en parallèle
Aimant droit virtuel à polarité inversable
Bobine à nombre de spires et intensité de champ réglables

Protocole

Mesurer le courant dans les circuits en série et en parallèle
Basculez entre les trois modes de circuit. Pour le circuit en série, comparez U₁, U₂ avec I·R₁, I·R₂. Pour le circuit en parallèle, additionnez I₁ + I₂ et comparez avec le courant total I affiché. Comparez les grandeurs observées à $I = I₁ + I₂$ .
Inverser les pôles de l'aimant et observer la loi de Lenz
Laissez l'aimant osciller et lisez la jauge ε à gauche. Cliquez sur « Inverser les pôles » et observez le sens du courant induit (points bleus) s'inverser. Arrêtez l'aimant au centre de la bobine et voyez ε chuter près de zéro alors même que le flux Φ est maximal. Comparez les grandeurs observées à $ε = −dΦ_B/dt$ .
Vérifier la force électromotrice induite
Faites traverser la bobine à l'aimant rapidement puis lentement ; lisez ε et observez le sens du courant induit. Comparez avec l'aimant immobile où le flux est maximal et utilisez ε = −dΦ_B/dt pour expliquer pourquoi ε est presque nul au repos. Comparez les valeurs affichées à $ε = −dΦ_B/dt$ .

Simulation

Histoire de l’expérience

L'électricité s'est développée aux XVIIIe et XIXe siècles grâce à l'étude quantitative des courants et des circuits. Georg Ohm publia en 1827 la relation entre tension, courant et résistance ; les travaux ultérieurs de Michael Faraday sur l'induction électromagnétique étendirent l'étude des circuits conducteurs aux interactions entre courant et champ magnétique. Heinrich Lenz formula la règle du sens du courant induit : son effet s'oppose à la variation de flux qui l'a produit, conformément à la conservation de l'énergie. Pour une résistance idéale, la loi d'Ohm s'écrit I = U/R. Dans une bobine, la force électromotrice induite suit ε = −dΦ_B/dt ; le signe moins exprime la loi de Lenz, et un courant apparaît lorsque le flux magnétique traversant le circuit varie. Modifiez tension et résistance pour comparer la dérive des électrons, puis déplacez l'aimant pour observer la tension induite. Les électrons dérivent lentement même si le signal électrique se propage vite ; l'animation montre une tendance, non les tailles ou vitesses réelles.

Physiciens associés

Georg Simon Ohm Michael Faraday Heinrich Lenz Joseph Henry

Sujets liés de la bibliothèque

Loi d'Ohm pour un tronçon de circuit Circuits en série et en parallèle Induction électromagnétique, loi de Faraday–Lenz