Loi de Faraday : les champs électromagnétiques d'un domaine en évolution
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 l'EMF induit à chaque heure indiquée.
3 · Collecter les Données
| Temps t (s) | CEM induit (mV) |
|---|---|
| 0.30 | |
| 0.70 | |
| 1.10 |
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 (2.5 ).
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.