Loi de Faraday : les champs électromagnétiques d'une zone en évolution
1 · Prédire
Une boucle de fil se trouve dans un champ magnétique fixe, mais la propre zone de la boucle oscille (imaginez-la s'étirer et se rétrécir). Cela induit-il également une CEM, de la même manière qu'une intensité de champ changeante ?
- Oui, la loi de Faraday ne se soucie que de la variation du flux total Φ = BA, que ce soit B ou A qui varie.
- Non, seule une intensité de champ changeante induit une CEM, pas une zone changeante.
- Une zone changeante induit des CEM, mais par un mécanisme complètement différent de celui d'un champ changeant.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage de la zone de changement de flux et appuyez sur Réinitialiser. Le champ est fixé à 0.5 T ; l'aire de la boucle oscille comme A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)).
- Activez la lecture de la FEM induite.
- Lisez l'EMF induit à chaque heure indiquée.
3 · Collecter les Données
| Temps t (s) | CEM induit (mV) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 1.50 |
Tracez la FEM induite (axe des y) en fonction du temps t (axe des x) pour vos trois lectures et esquissez comment elle oscille sur une période complète (≈2.86 s).
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) en utilisant B₀ = 0.5 T, A₀ = 0.025 m², ω = 2π×0.35 rad/s. Comparez avec le tableau.
- Comparez la structure de cette formule à celle de l'expérience de changement de flux-b. Expliquez pourquoi les deux donnent une FEM proportionnelle au produit de la quantité FIXE (B ici, A là) et le taux de changement de la quantité VARYING.
5 · Approfondir
- Un générateur classique à « tige coulissante » modifie la zone fermée d'un circuit en déplaçant physiquement un côté, induisant EMF = BLv (champ × longueur de tige × vitesse de glissement) — une version mécanique exacte de cet effet de changement de zone. Expliquez pourquoi un glissement plus rapide de la tige augmente la force électromagnétique induite.
- Certains microphones fonctionnent en faisant vibrer un aimant à proximité d'un champ fixe (ou en modifiant la surface effective d'une bobine par rapport à) un champ fixe, convertissant les vibrations sonores en un flux changeant et donc en un signal de tension. Pourquoi un son plus fort (plus grande amplitude de vibration) produit-il un signal EMF plus important ?
La physique derrière cette expérience
Loi de Faraday (zone changeante)
Le flux magnétique à travers une boucle est Φ = BA. Lorsque A change dans le temps (B fixe), la loi de Faraday s'applique toujours : EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt — la même loi, juste avec les rôles de B et A inversés.