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Physique · Classes prépa (CPGE) — 2ème année — MP

Induction électromagnétique

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Le flux magnétique à travers une surface $S$ est défini par $\Phi = \iint_S \vec{B} \cdot d\vec{S}$. La loi de Faraday stipule que la f.é.m induite est $e = -\frac{d\Phi}{dt}$. La loi de Lenz précise que le sens du courant induit s'oppose à la cause qui lui a donné naissance. Pour un circuit mobile, $e = \oint_{\Gamma} (\vec{v} \times \vec{B}) \cdot d\vec{l}$. L'auto-induction est caractérisée par $\Phi = L \cdot i$, d'où $e = -L \frac{di}{dt}$.

Méthodes à maîtriser

  1. Calcul du flux : Choisir une orientation du vecteur surface $\vec{n}$ et calculer le produit scalaire.
  2. Application de Lenz : Déterminer le sens de variation de $\Phi$ pour en déduire le sens du courant induit.
  3. Bilan énergétique : Utiliser la puissance $P = e \cdot i$ pour retrouver les forces de Laplace.

Exemples corrigés

  • Spire tournante : Dans un champ $\vec{B}$ uniforme, $\Phi(t) = B \cdot S \cdot \cos(\omega t)$. On en déduit $e(t) = B \cdot S \cdot \omega \cdot \sin(\omega t)$.
  • Solénoïde : $L = \mu_0 \cdot n^2 \cdot V$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier le signe « - » dans la loi de Faraday.
  • Confondre le vecteur surface $\vec{S}$ avec la surface scalaire.
  • Négliger la résistance interne dans les calculs de courant induit.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Induction électromagnétique

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La loi de Lenz est une conséquence de :

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre flux propre et flux mutuel ?
  1. Le flux propre est celui créé par le courant circulant dans le circuit lui-même ($\Phi_p = L \cdot i$).
  2. Le flux mutuel est celui créé par un circuit voisin à travers le circuit considéré ($\Phi_m = M \cdot i_{voisin}$).

💡 À retenir : Le flux total est la somme des deux si plusieurs sources existent.

Kifach n7seb l-ittijah dyal t-tayyar l-mo7arrad b-tariqat Lenz ?
  1. Détermine le sens du flux magnétique $\Phi$ à travers la surface.
  2. Regarde si $\Phi$ augmente ou diminue.
  3. Le courant induit crée un champ $\vec{B}{ind}$ qui s'oppose à la variation : si $\Phi$ augmente, $\vec{B}{ind}$ est opposé à $\vec{B}$.

💡 À retenir : Le courant induit « veut » toujours maintenir l'état initial du flux.

Est-ce que la loi de Faraday s'applique toujours si le circuit est ouvert ?

Oui, la f.é.m induite $e$ existe toujours aux bornes du circuit, même si aucun courant ne circule ($i=0$). La loi $e = -d\Phi/dt$ reste valable.

💡 À retenir : L'absence de courant ne signifie pas l'absence de force électromotrice.

Chno hiya l-3alaqa bin l-mou3amala d l-i7tiraq (inductance) w l-washi3a ?

L'inductance $L$ est une caractéristique géométrique de la bobine (nombre de spires, longueur, noyau). Elle mesure la capacité de la bobine à s'opposer aux variations du courant.

💡 À retenir : $L$ dépend de la géométrie, pas du courant.

Comment calculer la force de Laplace sur une tige mobile ?

On utilise la formule $\vec{F} = \int I \cdot d\vec{l} \times \vec{B}$. Pour une tige droite, cela devient $\vec{F} = I \cdot \vec{L} \times \vec{B}$.

💡 À retenir : La force de Laplace est toujours perpendiculaire au champ et au courant.

Wach l-mou9awama dyal l-silk kat-2attar 3la l-f.é.m ?

Non, la f.é.m induite dépend uniquement de la variation du flux magnétique. La résistance influence seulement l'intensité du courant induit ($i = e/R$).

💡 À retenir : La f.é.m est une propriété du champ, pas du matériau.

Pourquoi les courants de Foucault chauffent-ils les métaux ?

Le mouvement d'un conducteur dans un champ variable crée des courants induits massifs. Par effet Joule ($P = R \cdot i^2$), ces courants dissipent de l'énergie sous forme de chaleur.

💡 À retenir : Les courants de Foucault sont souvent une perte d'énergie (échauffement).

Comment choisir le vecteur surface vec{n} ?

On choisit une orientation arbitraire au départ. Si le résultat du flux est positif, le flux est dans le sens de $\vec{n}$. Si négatif, il est opposé.

💡 À retenir : L'essentiel est de garder la même orientation tout au long de l'exercice.

Est-ce que le champ magnétique terrestre peut induire un courant ?

Oui, si un conducteur se déplace rapidement dans le champ terrestre (ex: un avion ou un satellite), une f.é.m est induite.

💡 À retenir : Tout mouvement dans un champ magnétique crée une induction.

Kifach n-t-3amlo m3a l-mou3amalat d l-i7tiraq l-moutabadal (M) ?

Le coefficient $M$ lie le flux à travers un circuit 2 dû au courant dans le circuit 1 : $\Phi_{2/1} = M \cdot i_1$. On utilise souvent la réciprocité $M_{12} = M_{21}$.

💡 À retenir : $M$ dépend de la position relative des deux circuits.

La loi de Faraday est-elle valable pour les milieux conducteurs ?

Oui, elle est fondamentale. Cependant, dans les milieux conducteurs, il faut tenir compte des courants de Foucault qui modifient la répartition du champ.

💡 À retenir : La loi de Faraday est universelle en électromagnétisme.

Est-ce que l'énergie magnétique est conservée ?

L'énergie magnétique $E_m = \frac{1}{2} L i^2$ est stockée. Elle est restituée quand le courant diminue. Elle n'est pas « conservée » au sens strict car elle peut se transformer en chaleur.

💡 À retenir : L'énergie magnétique est une forme d'énergie potentielle.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une tige métallique de longueur $l=0,5\text{ m}$ glisse sans frottement sur deux rails conducteurs parallèles dans un champ magnétique uniforme $\vec{B} = B_0 \vec{k}$ avec $B_0 = 0,2\text{ T}$. La tige se déplace à une vitesse constante $\vec{v} = v \vec{i}$ avec $v = 2\text{ m/s}$. Calculer la f.é.m induite.

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Exercice 2

Une bobine de $N=100$ spires et de section $S=10\text{ cm}^2$ est placée dans un champ magnétique variant selon $B(t) = B_0 \cos(\omega t)$ avec $B_0 = 0,1\text{ T}$ et $\omega = 100\text{ rad/s}$. Déterminer l'expression de la f.é.m induite $e(t)$.

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Exercice 3

Un solénoïde de longueur $L=0,2\text{ m}$, de section $S=5\text{ cm}^2$ comporte $n=500$ spires. Calculer son inductance $L_{ind}$. Si le courant varie de $0$ à $2\text{ A}$ en $0,1\text{ s}$, quelle est la f.é.m d'auto-induction ?

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