Induction électromagnétique et lois associées

Induction électromagnétique

Electromagnétique — Induction : M. Faraday a montré qu'un champ magnétique peut générer un courant par induction électrique. Une expérience typique consiste à utiliser une boucle conductrice qui n'est pas reliée à une source d'alimentation ; on constate que le galvanomètre connecté à la boucle détecte le passage d'un courant électrique lorsque l'aimant ou la bobine se déplace par rapport à la boucle.

Observations importantes :

• Lorsque l'aimant s'approche rapidement de la boucle, un courant induit apparaît dans un sens donné ; lorsque l'aimant s'éloigne, le courant induit a le sens opposé.
• Si l'aimant reste fixe et que la boucle se déplace, le même effet d'induction se produit.
• Si une bobine voisine (par exemple un solénoïde) porte un courant variable — par exemple parce qu'on ouvre ou qu'on ferme un interrupteur — un courant induit est produit dans la boucle adjacente même si l'aimant est fixe.
• Si la boucle est déformée, la variation du flux magnétique à travers elle entraîne également l'apparition d'un courant induit.

Ce phénomène observé dans le circuit conduit à la production d'une force électromotrice et d'un courant : c'est l'induction électromagnétique.

Lois de Faraday et de Lenz

Lois fondamentales : La loi de Faraday (ou loi de l'induction de Faraday) énonce que la force électromotrice induite dans un circuit est égale à la variation du flux magnétique à travers ce circuit par unité de temps. Mathématiquement :

ε = - dΦ / dt

Avec cette loi on peut expliquer pourquoi une variation plus rapide du flux magnétique (par exemple un aimant qui s'approche ou s'éloigne plus rapidement, ou une déformation rapide de la boucle) induit une force électromotrice plus importante.

La loi de Faraday donne la valeur (l'amplitude) de la force électromotrice induite, mais elle ne détermine pas le sens du courant. Le sens est donné par la loi de Lenz :

• Lenz : Le courant induit a toujours un sens tel qu'il s'oppose à la cause qui lui donne naissance, c'est-à-dire à la variation du flux magnétique.

Ces deux lois se complètent et s'expriment ensemble par la relation indiquée ci-dessus, le signe moins traduisant précisément l'opposition de Lenz.

Induction mutuelle et inductance

Induction mutuelle : L'induction mutuelle désigne le phénomène selon lequel un courant variable circulant dans une bobine induit une force électromotrice dans une autre bobine voisine. Ce principe est largement utilisé pour le transport et la conversion d'énergie (transformateurs, couplages inductifs, etc.).

Auto-induction (inductance) : Lorsqu'un courant variable circule dans une bobine, il induit également une force électromotrice dans la bobine elle-même ; ce phénomène est appelé auto-induction ou inductance. L'auto-induction tend à s'opposer aux variations du courant dans la bobine.

En résumé :

• L'induction mutuelle concerne l'interaction entre deux bobines différentes.
• L'auto-induction concerne une bobine qui réagit à ses propres variations de courant.

Ces phénomènes sont tous deux des manifestations de l'induction électromagnétique et sont au cœur de nombreux dispositifs électriques et électroniques.