1. Introduction
L'induction électromagnétique
est le résultat des influences exercées entre les
conducteurs, les courants électriques et les champs
magnétiques.
Elle se manifeste principalement de trois
façons :
• lorsqu'on déplace un
conducteur dans un champ magnétique, on induit une tension
dans ce conducteur (action
génératrice) ;
• lorsqu'on place un conducteur
porteur de courant dans un champ magnétique, le conducteur
tend à se déplacer (action
motrice) ;
• lorsqu'on fait varier le champ
magnétique autour d'un conducteur fixe, on induit une
tension dans ce conducteur (inductance mutuelle).
Dans cette étude, vous
étudierez:
-
l'action
génératrice;
-
l'action motrice;
-
l'inductance mutuelle;
dues à l'induction
électromagnétique.
2. Action
génératrice
Lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ
magnétique, une différence de potentiel s'établit
aux extrémités du conducteur.
La différence de potentiel ainsi
créée se nomme force électromotrice
(f.é.m.). Le courant induit est le résultat d'une
action génératrice, car le travail mécanique pour
mettre le conducteur en mouvement est converti en énergie
électrique.
La figure ci-après
montre un conducteur qui se déplace
horizontalement entre les deux pôles d'un
aimant permanent. Il coupe à
cet instant les lignes du champ magnétique, induisant
ainsi une tension à ses extrémités.
Si le mouvement du conducteur était
parallèle aux lignes de champ (de haut en bas), la
tension induite serait nulle, car le conducteur ne
couperait pas de lignes de champ. De même, si le conducteur
cessait de se déplacer, la tension induite deviendrait
nulle.
Mouvement d'un conducteur dans un champ magnétique
:
a. Valeur de la
tension induite
La valeur
de la tension induite dans un conducteur dépend de
trois
facteurs :
• la longueur du
conducteur soumis au champ
magnétique ;
• la
vitesse de déplacement du
conducteur ;
• l'intensité du champ
magnétique (induction magnétique).
On peut donc calculer la valeur de la
tension induite dans un conducteur à l'aide de la formule
suivante : 
Dans
laquelle :
E =
tension induite en volts (V) ;
B = induction magnétique en teslas (T)
;
l = longueur du
conducteur en mètres (m) ;
v = vitesse de déplacement du conducteur
en mètres par seconde (m/s).
b. Sens de la tension
induite
Le sens de
la tension induite dans un conducteur dépend de
deux
facteurs :
• le sens de
déplacement du conducteur ;
• le sens des lignes de champ.
La figure suivante
montre les quatre possibilités de
sens de la tension induite selon le sens du déplacement du
conducteur et le sens des lignes de champ.
Règle des trois doigts de Fleming :
En se reportant
à la
figure ci-dessus, on peut
déterminer la polarité de la f.é.m. induite en
utilisant la règle des trois doigts de Fleming, qui
s'énonce comme suit :
1. Placer le
pouce, l'index et le majeur afin qu'ils soient à un
angle de 90° les uns des autres.
2. Pointer le pouce dans
le sens du déplacement du conducteur.
3. Pointer l'index dans
le sens des lignes de champ.
4. A cet instant, le
majeur indique l'extrémité positive du
conducteur.
c. Tension induite
dans un cadre
Le principe de fonctionnement des alternateurs se base sur le
mouvement d'un cadre dans un champ magnétique.
La figure suivante
montre un cadre mobile se
déplaçant dans un champ magnétique produit par
un aimant permanent.
Induction dans un cadre mobile
:
Analysons le comportement de la tension induite dans chacun
des conducteurs (AB et CD).
A l'instant t0 le
déplacement des conducteurs AB et CD est
perpendiculaire aux lignes de champ. Par conséquent,
la tension induite dans chacun des conducteurs est
maximale (supposons + 5 V). La
polarité des f.é.m. induites dans chacun des
conducteurs (AB et CD) est inverse.
En effet, pendant que le conducteur
AB coupe les lignes de champ de bas en haut, le conducteur CD
coupe ces mêmes lignes de champ de haut en bas. Les
tensions induites dans chacun des conducteurs agissent comme
deux piles branchées en séries et s'additionnent
pour donner une tension totale de + 10 V.
A l'instant t1, le cadre s'est
déplacé de 90° dans le sens horaire. A
cet instant, le mouvement des conducteurs AB et CD est
parallèle aux lignes de champ et la tension induite dans
chacun des conducteurs est nulle. Donc, durant le
déplacement du cadre entre les instants t0 et t1, la tension induite est
passée de sa valeur maximale (10 V) à sa
valeur minimale (0 V).
A l'instant t2, le cadre s'est
encore déplacé de 90° dans le sens
horaire. Le mouvement des conducteurs AB et CD redevient
perpendiculaire aux lignes de champ, provoquant des tensions
induites maximales dans les conducteurs. Toutefois, le
déplacement des conducteurs est inversé par rapport
à l'instant t0, induisant des tensions
de polarité inverse dans les conducteurs pour donner une
tension totale de - 10 V.
A
l'instant t3, le cadre tourne de
nouveau d'un quart de tour ; sa f.é.m. est nulle,
car le déplacement des conducteurs est à nouveau
parallèle aux lignes de champ
magnétique.
A l'instant t4, le cadre revient
à sa position de départ et la tension induite
revient à + 10 V. Le processus recommence pour
chaque quart de tour que le cadre effectue.
On peut représenter
graphiquement les différentes valeurs que prend la
tension. On obtient alors une courbe ondulée comme celle
qui apparaît à la
figure suivante :
