Transformateurs et générateurs

Matériel

• Modèle 3D d'une bobine tournant dans un champ / enroulements primaire-secondaire (deux vues)
• Curseurs de champ/niveau et d'angle/vitesse
• Affichages de la f.é.m. et bouton Pause par vue

Protocole

1. Observer la f.é.m. alternative

   Dans la vue 1, lancez la bobine : la f.é.m. e(t) change de signe à chaque cycle car le flux $\Phi=NBS\cos\omega t$ oscille. « Pause » au sommet et au creux ; e = 0 quand Φ est maximal et e maximal quand Φ = 0 — la f.é.m. suit la dérivée du flux, pas le flux.

2. Vérifier la dépendance en B et en vitesse

   À vitesse fixe, augmentez « Champ magnétique » et notez l'amplitude e_max : proportionnelle à B. À B fixe, variez « Angle/Vitesse » : e_max suit ω selon $e_{max}=NBS\omega$. Deux balayages, deux jeux de données — vérification quantitative de la loi de Faraday.

3. Rapport de transformation

   Dans la vue 2, voyez le secondaire capter le flux commun du primaire. Changez le «niveau» (spires/intensité) et lisez les deux tensions : vérifiez $U_2/U_1=N_2/N_1$ — élévateur si N₂ > N₁, abaisseur si N₂ < N₁ ; la puissance idéale se conserve : $U_1I_1=U_2I_2$.

4. Lien avec le transport d'énergie

   Expliquez pourquoi les réseaux élèvent la tension pour le transport : les pertes $P_{pertes}=RI^2$ chutent avec le carré du courant, donc augmenter U (I moindre à puissance fixe) économise énormément. Prévoyez U₂ et I₂ pour un rapport de spires choisi, puis vérifiez sur le modèle.

Simulation

Histoire de l’expérience

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