Cette fiche couvre des sujets HL sélectionnés pour le cours évalué pour la première fois en 2025 ; elle ne représente pas l'intégralité du programme.
Prérequis : lire les quantités et unités indiquées, puis utiliser l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous.
Les exemples sont originaux et fictifs : ils ne correspondent ni à de vraies mesures ni à de véritables enquêtes d'étudiants.
19.2
Champs, moteurs et induction
Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?
Un aimant placé à côté d'un fil ne produit pas toujours un courant. Une force électromotrice induite dépend d'un flux magnétique lié changeant.
Construire le modèle
Un champ décrit un effet de force à des positions dans l'espace.
Un conducteur parcouru par un courant dans un champ magnétique peut subir une force.
L'induction électromagnétique se produit lorsque le flux liant change.
induction : Création d'une fem par variation du flux liant.
transformateur : Dispositif transférant de l'énergie entre des bobines par variation de flux.
Vs/Vp = Ns/Np : 200 spires vers 50 spires abaisse 12 V en 3 V (idéal)
Choisir des preuves capables de le tester
Une variation de l'intensité du champ, de la surface de la bobine, de l'orientation ou du mouvement relatif peut modifier le flux liant.
La loi de Lenz décrit un effet induit s'opposant au changement qui le produit, conformément à la conservation de l'énergie.
En laboratoire : Utiliser une bobine et un compteur sensible pour comparer le mouvement de l'aimant dans chaque direction. Noter qu'un arrangement stationnaire ne produit aucun signal induit. Utiliser des sources basse tension approuvées pour les démonstrations de moteur.
Travailler à partir de quantités connues
Connu : un transformateur a 200 spires primaires, 50 spires secondaires et une tension primaire de 12 V.
Pour un transformateur idéal, Vs/Vp = Ns/Np.
Vs = Vp × Ns / Np = 12 × 50 / 200 = 3.0 V.
Les transformateurs réels dissipent également de l'énergie.
À vous : Un transformateur idéal a Np=400, Ns=100 et Vp=20 V. Trouver Vs.
Vérifier la conclusion et ses limites
Un transformateur nécessite un flux magnétique variable ; une entrée DC continue ne fournit pas d'action de transformateur continue.
La direction du champ magnétique n'est pas automatiquement la direction de la force.
Pas vrai : Une entrée DC continue produit une action de transformateur idéal continue. Un transformateur fonctionne par induction électromagnétique, ce qui nécessite un flux variable. Le courant continu constant produit un flux constant, donc après la brève variation à l'allumage, il n'y a pas de fem induite ni d'action de transformateur continue.
Clé :
Un champ décrit un effet de force à des positions dans l'espace.
Une variation de l'intensité du champ, de la surface de la bobine, de l'orientation ou du mouvement relatif peut modifier le flux liant.
Attention : Un transformateur nécessite un flux magnétique variable ; une entrée DC continue ne fournit pas d'action de transformateur continue.
Écrire à partir d'une tension secondaire de 8 V
Un transformateur idéal a 250 spires primaires, 100 spires secondaires et une tension primaire de 20 V.
Trouver la tension secondaire. Une entrée continue (DC) stable ne permet pas au fonctionnement d'un transformateur idéal.
Écrire à partir d'un doublement de Faraday
Le flux liant d'une bobine double, soit en doublant B, soit en orientant la bobine perpendiculairement au champ.
La f.e.m. induite dépend du TAUX DE VARIATION du flux liant — un flux doublé puis constant n'induit rien après le changement.
Écrire selon la direction de Lenz
Le pôle nord d'un aimant s'approche d'une bobine.
La face proche devient nord, repoussant l'approche — la loi de Lenz est la conservation de l'énergie revêtue d'une convention de signe.
