Le phénomène d'induction électromagnétique est un phénomène qui consiste en l'apparition d'une force ou d'une tension électromotrice dans un corps situé dans un champ magnétique en constante évolution. Une force électromotrice résultant de l'induction électromagnétique se produit également si un corps se déplace dans un champ magnétique statique et non uniforme, ou tourne dans un champ magnétique de sorte que ses lignes coupant une boucle fermée changent.
Courant électrique induit
Sous le concept d'"induction", on entend l'émergence d'un processus à la suite de l'impact d'un autre processus. Par exemple, un courant électrique peut être induit, c'est-à-dire qu'il peut apparaître à la suite de l'exposition d'un conducteur à un champ magnétique d'une manière particulière. Un tel courant électrique est dit induit. Les conditions de formation d'un courant électrique à la suite du phénomène d'induction électromagnétique sont discutées plus loin dans l'article.
Le concept de champ magnétique
AvantPour commencer à étudier le phénomène d'induction électromagnétique, il est nécessaire de comprendre ce qu'est un champ magnétique. En termes simples, un champ magnétique est une région de l'espace dans laquelle un matériau magnétique présente ses effets et propriétés magnétiques. Cette région de l'espace peut être représentée à l'aide de lignes appelées lignes de champ magnétique. Le nombre de ces lignes représente une grandeur physique appelée flux magnétique. Les lignes de champ magnétique sont fermées, elles commencent au pôle nord de l'aimant et se terminent au sud.
Le champ magnétique a la capacité d'agir sur tous les matériaux dotés de propriétés magnétiques, tels que les conducteurs en fer du courant électrique. Ce champ est caractérisé par l'induction magnétique, notée B et mesurée en teslas (T). Une induction magnétique de 1 T est un champ magnétique très puissant qui agit avec une force de 1 newton sur une charge ponctuelle de 1 coulomb, qui vole perpendiculairement aux lignes de champ magnétique à une vitesse de 1 m/s, soit 1 T=1 Ns / (mCl).
Qui a découvert le phénomène d'induction électromagnétique ?
L'induction électromagnétique, sur le principe de laquelle reposent de nombreux appareils modernes, a été découverte au début des années 30 du XIXe siècle. La découverte du phénomène d'induction électromagnétique est généralement attribuée à Michael Faraday (date de découverte - 29 août 1831). Le scientifique s'est basé sur les résultats des expériences du physicien et chimiste danois Hans Oersted, qui a découvert qu'un conducteur traversé par un courant électrique créeun champ magnétique autour de lui, c'est-à-dire qu'il commence à montrer des propriétés magnétiques.
Faraday, à son tour, a découvert le contraire du phénomène découvert par Oersted. Il a remarqué qu'un champ magnétique changeant, qui peut être créé en modifiant les paramètres du courant électrique dans le conducteur, conduit à l'apparition d'une différence de potentiel aux extrémités de tout conducteur de courant. Si ces extrémités sont connectées, par exemple, via une lampe électrique, un courant électrique circulera dans un tel circuit.
En conséquence, Faraday a découvert un processus physique, à la suite duquel un courant électrique apparaît dans un conducteur en raison d'une modification du champ magnétique, qui est le phénomène d'induction électromagnétique. En même temps, pour la formation d'un courant induit, peu importe ce qui bouge: le champ magnétique ou le conducteur lui-même. Ceci peut être facilement démontré en menant une expérience appropriée sur le phénomène d'induction électromagnétique. Ainsi, après avoir placé l'aimant à l'intérieur de la spirale métallique, nous commençons à le déplacer. Si vous connectez les extrémités de la spirale à travers un indicateur de courant électrique dans un circuit, vous pouvez voir l'apparition du courant. Maintenant, vous devez laisser l'aimant seul et déplacer la spirale de haut en bas par rapport à l'aimant. L'indicateur indiquera également l'existence de courant dans le circuit.
Expérience de Faraday
Les expériences de Faraday consistaient à travailler avec un conducteur et un aimant permanent. Michael Faraday a découvert pour la première fois que lorsqu'un conducteur se déplace à l'intérieur d'un champ magnétique, une différence de potentiel apparaît à ses extrémités. Le conducteur en mouvement commence à traverser les lignes de champ magnétique, ce qui simulel'effet de la modification de ce champ.
Le scientifique a découvert que les signes positifs et négatifs de la différence de potentiel résultante dépendent de la direction dans laquelle le conducteur se déplace. Par exemple, si le conducteur est élevé dans un champ magnétique, la différence de potentiel résultante aura une polarité +-, mais si ce conducteur est abaissé, nous aurons déjà une polarité -+. Ces changements de signe des potentiels, dont la différence s'appelle la force électromotrice (EMF), conduisent à l'apparition dans un circuit fermé d'un courant alternatif, c'est-à-dire d'un courant qui change constamment de sens dans le sens opposé.
Caractéristiques de l'induction électromagnétique découvertes par Faraday
Sachant qui a découvert le phénomène d'induction électromagnétique et pourquoi il existe un courant induit, nous expliquerons certaines des caractéristiques de ce phénomène. Ainsi, plus vous déplacez rapidement le conducteur dans un champ magnétique, plus la valeur du courant induit dans le circuit sera élevée. Une autre caractéristique du phénomène est la suivante: plus l'induction magnétique du champ est importante, c'est-à-dire plus ce champ est fort, plus la différence de potentiel qu'il peut créer lors du déplacement du conducteur dans le champ est importante. Si le conducteur est au repos dans un champ magnétique, aucun champ électromagnétique n'y apparaît, car il n'y a aucun changement dans les lignes d'induction magnétique traversant le conducteur.
Direction du courant électrique et règle de la main gauche
Pour déterminer la direction dans le conducteur du courant électrique créé à la suite du phénomène d'induction électromagnétique, vous pouvezutiliser la règle dite de la main gauche. Il peut être formulé comme suit: si la main gauche est placée de manière à ce que les lignes d'induction magnétique, qui commencent au pôle nord de l'aimant, pénètrent dans la paume et que le pouce saillant soit dirigé dans le sens du mouvement du conducteur dans le champ de l'aimant, les quatre doigts restants de la main gauche indiqueront la direction du courant induit par le mouvement dans le conducteur.
Il existe une autre version de cette règle, c'est la suivante: si l'index de la main gauche est dirigé le long des lignes d'induction magnétique et que le pouce saillant est dirigé dans la direction du conducteur, alors le le majeur tourné à 90 degrés vers la paume indiquera la direction du courant apparu dans le conducteur.
Le phénomène d'auto-induction
Hans Christian Oersted a découvert l'existence d'un champ magnétique autour d'un conducteur ou d'une bobine avec du courant. Le scientifique a également découvert que les caractéristiques de ce champ sont directement liées à la force du courant et à sa direction. Si le courant dans la bobine ou le conducteur est variable, il générera un champ magnétique qui ne sera pas stationnaire, c'est-à-dire qu'il changera. A son tour, ce champ alternatif va provoquer l'apparition d'un courant induit (phénomène d'induction électromagnétique). Le mouvement du courant d'induction sera toujours opposé au courant alternatif circulant dans le conducteur, c'est-à-dire qu'il résistera à chaque changement de sens du courant dans le conducteur ou la bobine. Ce processus est appelé auto-induction. La différence électrique résultantepotentiels est appelé l'EMF de l'auto-induction.
Notez que le phénomène d'auto-induction se produit non seulement lorsque la direction du courant change, mais aussi lorsqu'elle change, par exemple, lorsqu'elle augmente en raison d'une diminution de la résistance dans le circuit.
Pour la description physique de la résistance exercée par tout changement de courant dans un circuit dû à l'auto-induction, le concept d'inductance a été introduit, qui se mesure en henry (en l'honneur du physicien américain Joseph Henry). Un henry est une telle inductance pour laquelle, lorsque le courant change de 1 ampère en 1 seconde, une FEM apparaît dans le processus d'auto-induction, égale à 1 volt.
Courant alternatif
Lorsqu'un inducteur commence à tourner dans un champ magnétique, à la suite du phénomène d'induction électromagnétique, il crée un courant induit. Ce courant électrique est variable, c'est-à-dire qu'il change systématiquement de sens.
Le courant alternatif est plus courant que le courant continu. Ainsi, de nombreux appareils qui fonctionnent à partir du réseau électrique central utilisent ce type de courant. Le courant alternatif est plus facile à induire et à transporter que le courant continu. En règle générale, la fréquence du courant alternatif domestique est de 50 à 60 Hz, c'est-à-dire qu'en 1 seconde, sa direction change 50 à 60 fois.
La représentation géométrique du courant alternatif est une courbe sinusoïdale qui décrit la dépendance de la tension au temps. La période complète de la courbe sinusoïdale du courant domestique est d'environ 20 millisecondes. Selon l'effet thermique, le courant alternatif est similaire au courantCC, dont la tension est Umax/√2, où Umax est la tension maximale sur la courbe sinusoïdale CA.
L'utilisation de l'induction électromagnétique dans la technologie
La découverte du phénomène d'induction électromagnétique a produit un véritable boom dans le développement de la technologie. Avant cette découverte, les humains ne pouvaient générer de l'électricité qu'en quantités limitées à l'aide de batteries électriques.
Actuellement, ce phénomène physique est utilisé dans les transformateurs électriques, dans les appareils de chauffage qui convertissent le courant induit en chaleur, ainsi que dans les moteurs électriques et les générateurs automobiles.
