Loi de Faraday : FEM induite par un champ variable

1 · Prédire

Une boucle de fil se trouve dans un champ magnétique dont la force oscille dans le temps (la zone de la boucle reste fixe). Une FEM apparaît-elle dans la boucle même si la boucle elle-même ne bouge pas ?

Non  : EMF nécessite un mouvement physique de la boucle ou de la source de champ.
Oui, la loi de Faraday dit qu'un flux changeant induit une CEM, même dans une boucle stationnaire, tant que le champ lui-même change.
EMF n'apparaît que si la boucle se déplace à travers le champ.

2 · Configurer

Ouvrez le préréglage changeant-flux-b et appuyez sur Réinitialiser. La superficie de la boucle est fixée à 0.02 m²  ; le champ oscille comme B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4Hz × t)).
Activez la lecture de la FEM induite.
Lisez la FEM induite à chaque instant indiqué.

3 · Collecter les données

Temps t (s)	CEM induit (mV)
0.30
0.70
1.10

...sur une période complète (2,5 s).

4 · Analyser

Pour un essai, calculez EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) en utilisant A = 0.02 m², B₀ = 0.6 T, ω = 2π×0.4 rad/s. Comparez avec le tableau.
Expliquez pourquoi la FEM induite est proportionnelle à la RAPIDITÉ avec laquelle le champ change (dB/dt), et non à la valeur instantanée du champ — la FEM peut être importante même lorsque B lui-même est proche de sa valeur moyenne, si B y change rapidement.

5 · Approfondir

C'est le principe de base d'un générateur AC  : plutôt que de modifier directement B, un générateur fait tourner une boucle à travers un champ fixe, ce qui modifie le flux tout aussi efficacement. Expliquez pourquoi la conception du générateur fait généralement tourner la bobine au lieu de faire osciller l'aimant.
Le signe négatif dans EMF = −dΦ/dt (loi de Lenz) signifie que le courant induit s'oppose au changement qui l'a provoqué. Expliquez ce que signifie physiquement « s'opposer au changement » pour une boucle dans un champ croissant par rapport à un champ décroissant.

La physique derrière cette expérience

Loi de Faraday (champ changeant)

Le flux magnétique à travers une boucle est Φ = BA. Lorsque B change dans le temps (A fixe), la loi de Faraday donne une FEM induite = −dΦ/dt = −A·dB/dt — proportionnelle à la surface de la boucle et au taux de changement du champ.

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Électromagnétisme

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