Nous expliquons ce qu’est la loi de Faraday, l’induction électromagnétique, son histoire, sa formule et des exemples. Aussi, la loi de Lenz.
Qu’est-ce que la loi de Faraday ?
La loi de Faraday sur l’induction électromagnétique, connue simplement sous le nom de loi de Faraday, a été formulée par le scientifique britannique Michael Faraday en 1831. Cette loi quantifie la relation entre un champ magnétique changeant dans le temps et le champ électrique créé par ces changements .
L’énoncé de ladite loi stipule :
« La tension induite dans un circuit fermé est directement proportionnelle au taux de variation dans le temps du flux magnétique traversant n’importe quelle surface avec le circuit lui-même comme bord. »
Pour bien comprendre cela, il faudra revenir sur l’expérience de Faraday : une batterie alimentant en courant une petite bobine, créant un champ magnétique à travers les spires de la bobine (fils métalliques enroulés sur leur propre axe). Au fur et à mesure que cette bobine entrait et sortait d’une plus grande, son champ magnétique (modifié dans le temps par le mouvement ) générait une tension dans la grande bobine qui pouvait être mesurée avec un galvanomètre.
De cette expérience et de la formulation de la loi de Faraday, de nombreuses conclusions concernant la génération d’ énergie électrique émergent , qui étaient essentielles à la loi de Lenz et à la gestion moderne de l’électricité.
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Histoire de la loi de Faraday
Michael Faraday (1791-1867) était à l’origine des idées centrales autour de l’électricité et du magnétisme .
Faraday était très excité lorsque le physicien danois Oersted a démontré empiriquement la relation entre l’électricité et le magnétisme en 1820, découvrant qu’un fil conducteur de courant pouvait déplacer une aiguille de boussole magnétisée .
Faraday a conçu plusieurs expériences . Par exemple, il enroula deux solénoïdes à fil autour d’un anneau de fer et découvrit que lorsque, au moyen d’un interrupteur, il faisait passer un courant dans l’un des solénoïdes, un courant était induit dans l’autre. Faraday a attribué l’apparition du courant aux changements du flux magnétique au fil du temps.
Par conséquent, Faraday a été le premier à démontrer la relation entre les champs magnétiques et les champs électriques , comme il ressort des deux expériences décrites. En fait, l’équation de la loi de Faraday est devenue une partie des énoncés des lois de Maxwell.
Formule de la loi de Faraday
La loi de Faraday est généralement exprimée par la formule suivante :
FEM (Ɛ) = dϕ/dt
Où EMF ou Ɛ représentent la force électromotrice induite (la tension), et dϕ/dt est le taux de variation temporelle du flux magnétique ϕ .
Exemples d’application de la loi de Faraday
Pratiquement toute la technologie électrique est basée sur la loi de Faraday , en particulier les générateurs, les transformateurs et les moteurs électriques.
Par exemple, le moteur à courant continu était basé sur l’utilisation d’un disque de cuivre qui tournait entre les extrémités d’un aimant, générant un courant continu .
De ce principe apparemment simple découle l’invention de choses aussi complexes qu’un transformateur, un générateur de courant alternatif , un frein magnétique ou une cuisinière électrique .
loi de Lenz
Cette loi provient de l’application du principe de conservation de l’énergie à l’induction électromagnétique, qui permet de conclure que la FEM produite par un flux magnétique changeant (loi de Faraday), génère un courant avec une direction qui s’oppose à la variation du flux qui produit ce.
Cela se traduit, en termes mathématiques, par l’ajout d’un signe négatif à la loi de Faraday, formulée de cette manière :
FEM (Ɛ) = -(dϕ/dt)
Cette loi est essentielle pour déterminer et contrôler le sens de circulation du flux électrique d’un circuit . Son nom est dû au fait que le scientifique allemand Heinrich Lenz l’a formulé en 1834.
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