Induction électromagnétique
L'apparition dans l'induction de la FEM du conducteur
Si vous mettez champ magnétique fil et déplacez-le de sorte qu'il croise les lignes de champ pendant qu'il se déplace, alors le fil aura force électromotriceAppelé induction EMF.
Une induction EMF se produira dans le conducteur même si le conducteur lui-même reste immobile et le champ magnétique se déplacera, croisant le conducteur avec ses lignes de force.
Si le conducteur dans lequel la FEM d'induction est induite est fermé à tout circuit externe, alors sous l'action de cette FEM, un courant traversera le circuit, le soi-disant courant d'induction.
Le phénomène d'induction EMF dans un conducteur lorsqu'il croise ses lignes de champ magnétique est appelé induction électromagnétique.
L'induction électromagnétique est le processus inverse, c'est-à-dire la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique.
Le phénomène d'induction électromagnétique est largement utilisé dans ingénierie électrique… Le dispositif de diverses machines électriques est basé sur son utilisation.
L'amplitude et la direction de l'induction EMF
Considérons maintenant quelles seront l'amplitude et la direction de la FEM induite dans le conducteur.
L'amplitude de l'induction EMF dépend du nombre de lignes de force traversant le fil par unité de temps, c'est-à-dire de la vitesse de déplacement du fil dans le champ.
L'amplitude de la FEM induite est directement proportionnelle à la vitesse de déplacement du conducteur dans un champ magnétique.
L'amplitude de la FEM induite dépend également de la longueur de la partie du fil qui est traversée par les lignes de champ. Plus la partie du conducteur traversée par les lignes de champ est grande, plus la force électromotrice induite dans le conducteur est grande. Enfin, plus le champ magnétique est fort, c'est-à-dire plus son induction est grande, plus la force électromotrice dans le conducteur traversant ce champ est importante.
Ainsi, la valeur EMF d'une induction se produisant dans un conducteur lorsqu'il se déplace dans un champ magnétique est directement proportionnelle à l'induction du champ magnétique, à la longueur du conducteur et à la vitesse de son déplacement.
Cette dépendance est exprimée par la formule E = Blv,
où E est la FEM d'induction ; B — induction magnétique ; I est la longueur du fil; v est la vitesse du fil.
Il faut bien se rappeler que dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique, la FEM d'induction ne se produit que si ce conducteur est traversé par les lignes de champ magnétique du champ. Si le conducteur se déplace le long des lignes de champ, c'est-à-dire qu'il ne les traverse pas, mais semble glisser le long de celles-ci, aucune force électromagnétique n'y est induite. Par conséquent, la formule ci-dessus n'est valable que lorsque le fil se déplace perpendiculairement aux lignes de champ magnétique.
La direction de la force électromotrice induite (ainsi que le courant dans le fil) dépend de la direction dans laquelle le fil se déplace. Il existe une règle de la main droite pour déterminer la direction de la FEM induite.
Si vous tenez la paume de votre main droite de manière à ce que les lignes de champ magnétique y pénètrent et que le pouce plié indique la direction du mouvement du conducteur, les quatre doigts étendus indiqueraient la direction d'action de l'EMF induit et la direction du courant dans le conducteur.
Règle de la main droite
Induction EMF dans la bobine
Nous avons déjà dit que pour créer une FEM d'induction dans un fil, il est nécessaire de déplacer soit le fil lui-même, soit le champ magnétique dans un champ magnétique. Dans les deux cas, le fil doit être traversé par les lignes de champ magnétique du champ, sinon aucune fem ne sera induite. La force électromotrice induite, et donc le courant induit, peut se produire non seulement dans un fil droit, mais également dans un fil torsadé en bobine.
Lors d'un déplacement à l'intérieur bobines d'un aimant permanent, une FEM y est induite du fait que le flux magnétique de l'aimant traverse les spires de la bobine, c'est-à-dire de la même manière que lors du déplacement d'un fil droit dans le champ d'un aimant.
Si l'aimant est lentement abaissé dans la bobine, l'EMF qui en résultera sera si faible que l'aiguille de l'appareil ne pourra même pas dévier. Si, au contraire, l'aimant est inséré rapidement dans la bobine, la déviation de la flèche sera importante. Cela signifie que l'amplitude de la FEM induite et, par conséquent, l'intensité du courant dans la bobine dépendent de la vitesse de l'aimant, c'est-à-dire de la rapidité avec laquelle les lignes de champ du champ traversent les spires de la bobine. Si maintenant, alternativement, d'abord un aimant puissant puis un aimant faible sont insérés dans la bobine à la même vitesse, vous remarquerez qu'avec un aimant puissant, l'aiguille de l'appareil s'écartera d'un angle plus important.Cela signifie que l'amplitude de la FEM induite et, par conséquent, l'intensité du courant dans la bobine dépendent de l'amplitude du flux magnétique de l'aimant.
Enfin, si le même aimant est introduit à la même vitesse, d'abord dans une bobine avec un grand nombre de tours, puis avec un nombre beaucoup plus petit, alors dans le premier cas l'aiguille de l'appareil s'écartera d'un angle plus grand que dans la deuxième. Cela signifie que l'amplitude de la force électromotrice induite et, par conséquent, l'intensité du courant dans la bobine dépendent du nombre de ses spires. Les mêmes résultats peuvent être obtenus si un électroaimant est utilisé à la place d'un aimant permanent.
La direction d'induction de la FEM dans la bobine dépend du sens de déplacement de l'aimant. Comment déterminer la direction de l'EMF d'induction, dit la loi établie par E. H. Lenz.
Loi de Lenz sur l'induction électromagnétique
Toute modification du flux magnétique à l'intérieur de la bobine s'accompagne de l'apparition d'une FEM d'induction dans celle-ci, et plus la variation du flux magnétique pénétrant dans la bobine est rapide, plus la FEM y est grande.
Si la bobine dans laquelle l'induction EMF est créée est fermée à un circuit externe, un courant d'induction circule dans ses spires, créant un champ magnétique autour du fil, grâce auquel la bobine se transforme en solénoïde. Il s'avère que le champ magnétique externe changeant induit un courant induit dans la bobine, qui à son tour crée son propre champ magnétique autour de la bobine, le champ de courant.
En étudiant ce phénomène, E. H. Lenz a établi une loi qui détermine la direction du courant d'induction dans la bobine et, par conséquent, la direction de l'induction EMF.La force électromotrice d'induction se produisant dans la bobine lorsque le flux magnétique y change crée un courant dans la bobine dans une direction telle que le flux magnétique de la bobine créé par ce courant empêche le flux magnétique externe de changer.
La loi de Lenz est valable pour tous les cas d'induction de courant dans les fils, quelle que soit la forme des fils et la manière dont le changement du champ magnétique externe est obtenu.
Lorsque l'aimant permanent se déplace par rapport à la bobine de fil reliée aux bornes du galvanomètre, ou lorsque la bobine se déplace par rapport à l'aimant, un courant induit est généré.
Courants d'induction dans les conducteurs massifs
Le flux magnétique changeant est capable d'induire une FEM non seulement dans les spires de la bobine, mais également dans les conducteurs métalliques massifs. En pénétrant dans l'épaisseur d'un conducteur massif, le flux magnétique y induit une FEM qui crée des courants d'induction. Ces soi-disant courants de Foucault répartis sur un fil solide et y sont court-circuités.
Les noyaux des transformateurs, les noyaux magnétiques de diverses machines et appareils électriques ne sont que les fils massifs qui sont chauffés par les courants d'induction qui en découlent.Ce phénomène n'est donc pas souhaitable, afin de réduire l'amplitude des courants d'induction, les parties de les machines électriques et le noyau du transformateur ne sont pas massifs, mais constitués de fines feuilles isolées les unes des autres par du papier ou une couche de vernis isolant. De ce fait, le chemin de propagation des courants de Foucault le long de la masse du conducteur est bloqué.
Mais parfois, dans la pratique, les courants de Foucault sont également utilisés comme courants utiles. L'utilisation de ces courants est basée, par exemple, sur le travail fours de chauffage par induction, compteurs d'électricité et les soi-disant amortisseurs magnétiques des parties mobiles des instruments de mesure électriques.
Voir également: Le phénomène d'induction électromagnétique dans les peintures