Simulateur d'induction électromagnétique
Équations de cette simulation
| ε | f.é.m. induite | la tension que le flux variable fait circuler dans la bobine ; le signe moins est la loi de Lenz : le courant s'oppose à la variation | |
|---|---|---|---|
| N | Spires de la bobine N (ou du primaire) | chaque spire ajoute la même f.é.m. | |
| Φ | flux magnétique à travers une spire | en webers ; le graphique montre comment ε dépend de la position de l'aimant |
Avec les valeurs actuelles :
| m | Force de l'aimant m (A·m²) | le moment dipolaire de l'aimant ; un aimant néodyme de 1 cm³ fait environ 1 A·m² | |
|---|---|---|---|
| a | rayon de la bobine | 2 cm | |
| d | distance du centre de l'aimant à la spire | l'aimant est traité comme un dipôle ponctuel, ce qui est approximatif quand il est dans la bobine |
Avec les valeurs actuelles :
| R | Résistance de charge R (ohms) | le fil de la bobine ajoute lui-même 0,02 Ω par spire |
|---|
Avec les valeurs actuelles :
| B | Champ B (tesla, alternateur) | uniforme entre les pôles | |
|---|---|---|---|
| A | Surface de la bobine A (cm², alternateur) | le flux à travers la bobine est N B A cos ωt | |
| ω | vitesse angulaire, 2πf | d'après Fréquence f (Hz, alternateur et transformateur) |
Avec les valeurs actuelles :
| V_p, V_s | tension du primaire et du secondaire | un transformateur idéal : sans pertes, tout le flux traverse les deux bobines | |
|---|---|---|---|
| N_s | Spires du secondaire N_s (transformateur) | plus de spires qu'au primaire élèvent la tension et abaissent le courant |
Avec les valeurs actuelles :
Comment utiliser le simulateur d'induction électromagnétique
- Avec Un aimant et une bobine, l’aimant entre et sort tout seul de la bobine, la traverse de part en part, ou suit le curseur de position si vous choisissez À la main. Le galvanomètre dévie d’un côté quand l’aimant entre et de l’autre quand il sort, et reste à zéro tant que l’aimant est immobile : seul un flux qui varie produit un courant. Les lettres au-dessus de la bobine indiquent ses pôles induits, qui s’opposent toujours au changement (loi de Lenz).
- Changez la vitesse, la force de l’aimant et le nombre de spires, et regardez la f.é.m. augmenter avec chacun, comme le dit la loi de Faraday. Retournez l’aimant pour inverser le courant. Le graphique montre la f.é.m. que produit l’aimant à chaque position à la vitesse choisie : un pic à l’entrée, un pic opposé à la sortie et zéro au milieu.
- Passez à l’alternateur pour faire tourner une bobine dans un champ uniforme et voir sortir une sinusoïde, avec ses valeurs crête et efficace, ou au transformateur pour élever ou abaisser une tension selon le rapport des spires. Cochez le courant continu pour voir que le transformateur ne donne rien. Le Calculateur de la loi d’Ohm calcule le courant dans la charge.
Questions fréquentes
Qu’est-ce que la loi d’induction de Faraday ?
Un flux magnétique qui varie à travers une bobine induit une f.é.m. égale au nombre de spires multiplié par la vitesse de variation du flux : ε = −N dΦ ÷ dt. Déplacer l’aimant plus vite, prendre un aimant plus fort ou ajouter des spires augmente la tension. Un aimant immobile dans la bobine n’induit rien.
Que signifie la loi de Lenz ?
Le courant induit circule dans le sens qui s’oppose au changement qui l’a créé ; c’est le signe moins de la loi de Faraday. Un aimant qui entre trouve une bobine dont l’extrémité proche devient le même pôle et le repousse ; un aimant qui sort est retenu. Il faut fournir un travail contre cette force, et c’est de là que vient l’énergie électrique.
Comment un alternateur produit-il un courant alternatif ?
Une bobine qui tourne dans un champ magnétique a un flux N B A cos ωt qui varie sans cesse, et produit donc une f.é.m. N B A ω sin ωt. La tension s’inverse deux fois par tour. Les centrales font tourner leurs alternateurs 50 ou 60 fois par seconde, ce qui fixe la fréquence du réseau.
Pourquoi un transformateur ne fonctionne-t-il pas en courant continu ?
Un transformateur fonctionne parce que le courant alternatif du primaire crée dans le noyau un flux variable, qui induit une tension dans le secondaire. Un courant continu constant crée un flux constant : passé l’instant de la mise sous tension, il n’y a plus de variation, donc plus de sortie. Pire, le primaire n’est plus limité que par la résistance de son fil et peut surchauffer.
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