13 : Induction électromagnétique
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Dans ce chapitre et les suivants, vous verrez une merveilleuse symétrie dans le comportement des champs électriques et magnétiques qui varient dans le temps. Mathématiquement, cette symétrie est exprimée par un terme supplémentaire dans la loi d'Ampère et par une autre équation clé de l'électromagnétisme appelée loi de Faraday. Nous expliquons également comment le déplacement d'un fil dans un champ magnétique produit une force électromotrice ou une tension.
- 13.1 : Prélude à l'induction électromagnétique
- Nous avons étudié les champs électriques créés par des distributions de charges fixes et les champs magnétiques produits par des courants constants, mais les phénomènes électromagnétiques ne se limitent pas à ces situations stationnaires. La plupart des applications intéressantes de l'électromagnétisme dépendent en fait du temps. Pour étudier certaines de ces applications, nous supprimons maintenant l'hypothèse indépendante du temps que nous avons faite et laissons les champs varier dans le temps.
- 13.2 : Loi de Faraday
- Une force électromotrice est induite lorsque le champ magnétique dans la bobine est modifié en poussant un barreau magnétique dans ou hors de la bobine. Les champs électromagnétiques de signes opposés sont produits par des mouvements dans des directions opposées, et les directions des champs électromagnétiques sont également inversées par l'inversion des pôles. Les mêmes résultats sont obtenus si la bobine est déplacée plutôt que l'aimant ; c'est le mouvement relatif qui est important. Plus le mouvement est rapide, plus la force électromotrice est élevée, et il n'y a pas de force électromotrice lorsque l'aimant est immobile par rapport à la bobine.
- 13.3 : Loi de Lenz
- La direction de la force électromotrice induite fait circuler le courant autour d'une boucle de fil afin de toujours s'opposer à la modification du flux magnétique qui provoque la force électromotrice. La loi de Lenz peut également être considérée en termes de conservation de l'énergie. Si le fait d'enfoncer un aimant dans une bobine produit du courant, l'énergie contenue dans ce courant doit provenir de quelque part. Si le courant induit provoque un champ magnétique qui s'oppose à l'augmentation du champ de l'aimant dans lequel nous avons poussé, alors la situation est claire.
- 13.4 : Emf émotionnel
- Le flux magnétique dépend de trois facteurs : l'intensité du champ magnétique, la zone traversée par les lignes de champ et l'orientation du champ par rapport à la surface. Si l'une de ces quantités varie, une variation correspondante du flux magnétique se produit. Jusqu'à présent, nous n'avons pris en compte que les changements de flux dus à un champ changeant. Nous examinons maintenant une autre possibilité : une zone changeante à travers laquelle passent les lignes de champ, y compris un changement d'orientation de la zone.
- 13.5 : Champs électriques induits
- Le fait que les champs électromagnétiques soient induits dans les circuits implique que l'on travaille sur les électrons de conduction dans les fils. Quelle peut être la source de ce travail ? Nous savons qu'il ne s'agit ni d'une batterie ni d'un champ magnétique, car une batterie n'a pas besoin d'être présente dans un circuit où le courant est induit, et les champs magnétiques ne fonctionnent jamais sur des charges mobiles. La réponse est que la source de l'œuvre est un champ électrique induit dans les fils.
- 13.6 : Courant de Foucault
- Une force électromotrice est induite lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ magnétique ou lorsqu'un champ magnétique se déplace par rapport à un conducteur. Si une force électromotrice peut provoquer un courant dans le conducteur, nous appelons ce courant un courant de Foucault.
- 13.7 : Générateurs électriques et contre-électromoteurs
- La loi de Faraday permet de comprendre divers phénomènes et dispositifs importants. Dans cette section, nous examinons deux d'entre eux : les générateurs électriques et les moteurs électriques.
- 13.8 : Applications de l'induction électromagnétique
- La société moderne a de nombreuses applications de la loi d'induction de Faraday, comme nous l'explorerons dans ce chapitre et dans d'autres. À ce stade, mentionnons-en plusieurs qui impliquent l'enregistrement d'informations à l'aide de champs magnétiques.