Vidéo – Produire du courant électrique avec une bobine de cuivre

de | 12 novembre 2016

Transcription :

Salut à tous !

Aujourd’hui nous allons voir pourquoi les bobines produisent du courant électrique !
Alors, pour préciser mon introduction, en fait dans cette vidéo nous allons nous intéresser au phénomène d’induction électromagnétique qui permet de générer un courant dans une bobine de cuivre lorsqu’un aimant passe près d’elle.
Ça va être l’occasion, d’une part, de comprendre pourquoi on produit plus facilement du courant alternatif que du courant continu et d’autre part, de mieux appréhender le lien qu’il y a entre la tension électrique générée par la bobine et la puissance des aimants et leur vitesse de déplacement.
Si je fais cette vidéo, c’est aussi pour faire le point sur quelques idées reçues qui peuvent persister, nous verrons ça au fur et à mesure.
Et pour commencer, voyons comment se comporte une bobine lorsque l’on ballade un aimant près d’elle.
Pour cette expérience, j’ai seulement besoin d’une bobine de cuivre émaillé, d’un aimant puissant en néodyme et d’un voltmètre pour mesurer la tension électrique entre les deux extrémités de la bobine.
Je fais passer l’aimant devant la bobine.
Je refais la même chose mais en ayant retourné l’aimant de façon à ce que ce soit l’autre pôle qui vite la bobine.
Alors, qu’avons-nous observé ?
Vous avez sans doute remarqué que le voltmètre a mesuré une tension lors du passage de l’aimant et si vous avez attentifs, vous avez pu voir également qu’à chaque passage, on obtient une tension négative et positive. C’est-à-dire qu’à chaque passage il y a une alternance de tension.
Donc, passons maintenant à la partie théorique et voyons ce qu’il s’est passé dans notre bobine.
En fait, avec cette expérience, nous venons d’observer la manifestation du phénomène d’induction électromagnétique.
Alors là je reprends wikipedia : Le phénomène d’induction électromagnétique est phénomène physique conduisant à l’apparition d’une force électromotrice (qui fait bouger les électrons) dans un conducteur électrique soumis à un flux de champ magnétique variable.
Ici, notre conducteur électrique, c’est la bobine.
L’aimant quant à lui, émet un flux de champ magnétique constant. Mais il faut se placer du côté de la bobine et là on visualise bien que le flux de champ magnétique qu’elle subit va varier lorsque l’on va déplacer l’aimant puisque plus il sera proche, plus le flux subit sera important.
La bobine devient donc un générateur de tension et selon la loi de faraday, la formule de la force électromotrice induite est :
e = – d Phi/ dt
e : force électromotrice
Φ : flux magnétique subi par la bobine
t : temps
Le petit d de d phi et d t veut dire variation. Donc d phi / dt signifie variation de flux magnétique subit en fonction du temps.
Avec cette formule, il va être facile de représenter le profil de la courbe de tension générée dans la bobine au passage de l’aimant.
Bon tout d’abord, le flux magnétique subi.
Lorsque l’aimant est loin de la bobine, on va considérer que le flux subi est de 0, et lorsqu’il est juste au-dessus on va dire qu’il vaut 100. Lorsque l’on déplace l’aimant, le flux magnétique subi par la bobine va donc passer de 0 à 100 puis revenir à 0 lorsque l’aimant s’éloigne, et tout cela progressivement.
Mais la force électromotrice générée n’est pas fonction du flux magnétique subi, elle est fonction de la variation du flux magnétique subi.
C’est là qu’on fait appel au restant de cours de math, puisque dessiner la courbe de la variation de flux subit revient à dessiner la dérivée de la courbe du flux subit. Je ne vous ai pas perdu ?
Enfin bref, il faut donc tracer la dérivée de la première courbe et ça, c’est simple, il faut déterminer en chaque point le coefficient directeur de la courbe. Ce coefficient directeur peut être symbolisé par la tangente à la courbe en chaque point.
Ça parait peut être abstrait comme ça mais je vous montre.
Ici la tangente à la courbe est plate, la variation est nulle.
Ici la tangente va vers le haut, la variation est donc positive, idem pour chaque point de cette pente. La seule chose qui change entre ces trois points, c’est le degré d’inclinaison de la tangente, plus la tangente est penchée plus la variation est forte.
Ici, bien que le flux magnétique soit maximum, la tangente est plate, la variation est donc nulle.
On attaque ensuite une nouvelle pente, ici par contre la tangente pointe vers le bas, la variation est donc négative.
Et pour terminer, on revient à une tangente plate et donc une variation nulle.
Voilà, on a pu tracer la courbe de variation de flux magnétique subit en fonction du temps.
Cette courbe représente en fait exactement la forme de la courbe de la tension obtenue aux extrémités de la bobine.
Un seul passage d’aimant produit donc déjà un courant alternatif, c’est pour cela que les générateurs simples produisent du courant alternatif.
Si on veut produire du courant continu il faut redresser le courant alternatif qui sort de la bobine, soit avec un pont redresseur comme je l’ai montré dans une vidéo précédente, soit directement au niveau du générateur avec un système particulier de collecte du courant comme dans les dynamos.
Enfin bref, ce n’est pas le sujet.
Je vous disais en début de vidéo que l’on aborderait le rôle de la force des aimants et de leur vitesse de déplacement.
En fait, à partir des courbes dessinées un peu plus tôt, on peut très facilement comprendre l’influence de la force de l’aimant et de sa vitesse de déplacement sur la tension produite par une bobine.
Quand on utilise un aimant plus puissant, le flux magnétique maximum subit par la bobine sera plus élevé et donc à vitesse de déplacement égale, la variation de flux sera supérieure qu’avec un aimant plus faible, et donc la tension générée sera également plus élevée.
Pour ce qui est de la vitesse, et bien quand celle-ci augmente, le flux maximum subit par la bobine reste identique, mais par contre, les pentes de la courbe de flux magnétique subit seront plus à pic, ce qui se traduit par un d phi / d t plus grand et donc la tension générée sera également supérieure.
Voilà, c’est la fin de cette vidéo.
J’ai fait mon maximum pour rester le plus clair possible, j’espère que ça a été.
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