Produire du courant avec un aimant et une bobine de cuivre

Générer un courant électrique avec un aimant et une bobine de cuivre c’est possible ! C’est ce que je vais vous montrer dans cet article. Ce sera également l’occasion d’étudier les bases de l’électromagnétisme.

Générer une tension électrique avec une bobine de cuivre et un aimant

Le matériel dont je dispose :

  • une bobine de cuivre émaillé de 120 spires, diamètre du fil : 1mm
  • un aimant néodyme possédant une force d’attraction d’environ 38kg

Voici la vidéo de la première expérience :

Observation :

Lorsque l’aimant passe devant la bobine, le voltmètre mesure une différence de potentiel, une tension électrique, entre les deux extrémités de la bobine. On remarque que la tension affichée par le voltmètre change rapidement de valeur et de signe.

Un aimant permet donc de générer une tension électrique entre les deux extrémités d’une bobine de cuivre !

Comment peut-on expliquer cela ?

Cette expérience illustre le phénomène d’induction électromagnétique :

« Phénomène physique conduisant à l’apparition d’une force électromotrice dans un conducteur électrique soumis à un flux de champ magnétique variable. »

L’aimant émet un flux de champ magnétique constant mais lorsqu’on le déplace par rapport à la bobine, le flux de champ magnétique qu’elle subi varie au cours du temps.

La bobine devient donc un générateur de tension et la formule de la force électromotrice induite est la suivante (loi de Faraday) :

e = - \frac{\mathrm d \Phi}{\mathrm dt}

  • e : force électromotrice
  • Φ : flux magnétique subi par la bobine
  • dΦ : variation du flux magnétique
  • t : temps

On admet que le flux de champ magnétique subi par la bobine est maximum lorsque l’aimant est positionné face à son centre et est nul lorsqu’il se trouve à quelques centimètres de cette dernière. On peut alors réaliser la courbe suivante représentant approximativement le flux de champ magnétique subi par la bobine (Φ) en fonction du temps lorsque l’on réalise un seul passage de l’aimant face à la bobine :

Flux magnétique subi par la bobine de cuivre

De cette courbe nous pouvons déduire la forme de la courbe qui représente la variation du flux de champ magnétique subi par la bobine (dΦ) en fonction du temps lors d’un seul passage de l’aimant :

Flux magnétique subi par la bobine de cuivre

Cela explique pourquoi lors d’un seul passage de l’aimant face à la bobine la tension mesurée par le voltmètre change de signe entre le moment où l’aimant s’approche et celui où il s’éloigne.

Nous avons générer une tension électrique alternative. 

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Petit aparté.

Si vous ne comprenez pas d’où vient cette courbe de la variation du champ magnétique subi en fonction du temps, voici quelques explications :

La fonction variation du flux magnétique subi est la fonction dérivée de la fonction flux magnétique subi en fonction du temps.

Si l’on prend le coefficient directeur de chaque point de la courbe représentant le flux magnétique subi et qu’on les places en fonction du temps on obtient le tracé de la fonction dérivée de la fonction flux magnétique subi. C’est la définition de la fonction dérivée.

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Allumer une LED avec une bobine de cuivre et un aimant

Avec l’expérience précédente nous avons pu vérifier qu’il est possible de générer une tension à l’aide d’un aimant et d’une bobine de cuivre. Cette tension produite est proportionnelle à la variation du flux magnétique subi par la bobine donc en théorie plus l’aimant passe vite face à la bobine plus la tension est élevée. Voyons si cela peut permettre d’allumer une LED.

Voici la vidéo de l’expérience :

La LED a clignoté !

Cela signifie que pendant un court instant j’ai pu générer un courant d’une dizaine de milliampères à une tension d’environ 1,5-2V (voir les caractéristiques des LED rouges). J’ai donc pu générer une quinzaine de milliwatts de cette façon. Avant de faire le test pour la vidéo je ne pensais pas que cela serait possible…

Comment faire un générateur permettant de maintenir une LED allumée ?

C’est ce que nous voyons dans l’article suivant : Fabrication d’un générateur de courant alternatif.

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