Physique-Chimie — Première

Induction électromagnétique — Première Physique-Chimie

Flux magnétique, loi de Faraday, loi de Lenz et applications de l'induction.

Par ProfBot

Induction électromagnétique — Première Physique-Chimie

🎯 Objectif : Comprendre la création d'un courant induit et ses applications.


1. Champ magnétique

Un champ magnétique B⃗ est produit par :

Représentation : lignes de champ — les lignes sortent du pôle Nord et entrent au pôle Sud.

Unité : Tesla (T)


2. Flux magnétique

Le flux magnétique à travers une surface S perpendiculaire au champ :


Φ = B × S × cos(θ)

Φ : flux en Webers (Wb = V·s)
B : champ magnétique (T)
S : aire de la surface (m²)
θ : angle entre B⃗ et la normale à la surface

Le flux est maximal quand θ = 0 (B perpendiculaire à la surface).


3. Phénomène d'induction

Découverte de Faraday (1831) : Quand le flux magnétique à travers un circuit varie, il apparaît une force électromotrice (f.é.m.) induite dans le circuit, et donc un courant induit si le circuit est fermé.

Causes de variation du flux :


4. Loi de Faraday


e = -dΦ/dt

La f.é.m. induite e (en Volts) est égale et opposée à la dérivée du flux.

Cas pratique — flux variant linéairement :


e = -ΔΦ/Δt

Plus le flux varie vite, plus la f.é.m. est grande.


5. Loi de Lenz

Le courant induit a un sens tel qu'il s'oppose à la cause qui lui a donné naissance (variation du flux).

Application pratique :


6. Courant alternatif

Un générateur (alternateur) produit un courant qui change de sens périodiquement.


u(t) = Umax × cos(2πft)
i(t) = Imax × cos(2πft)

Valeur efficace (RMS) :


Ueff = Umax / √2 ≈ 0,707 × Umax

En France : tension du réseau = 230 V efficaces, f = 50 Hz → Umax = 230 × √2 ≈ 325 V


7. Transformateur

Le transformateur utilise l'induction pour modifier la tension d'un courant alternatif.


U₂/U₁ = N₂/N₁

U₁, U₂ : tensions primaire et secondaire
N₁, N₂ : nombre de spires primaire et secondaire

Conservation de l'énergie (transformateur idéal) :


P₁ = P₂    →    U₁ × I₁ = U₂ × I₂

8. Applications de l'induction


📝 Exercices

  1. Bobine de S = 10 cm², B = 0,5 T, θ = 30°. Calculer le flux Φ.
  2. Flux passe de 0 à 50 mWb en 0,1 s. f.é.m. induite ?
  3. Transformateur : N₁ = 1000 spires, N₂ = 50 spires, U₁ = 230 V. U₂ = ?
  4. Même transformateur, I₂ = 4 A. Calculer I₁ et la puissance transmise.
  5. Réseau 230 V efficace, 50 Hz. Écrire u(t) et calculer Umax.

✅ À retenir


Φ = BS cosθ    [Weber]
e = -dΦ/dt    (loi de Faraday)
Lenz : courant induit s'oppose à la variation de flux
Ueff = Umax/√2    (courant alternatif)
Transformateur : U₂/U₁ = N₂/N₁
Conservation : U₁I₁ = U₂I₂

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