L'induction

Qu'es ce qu'est l'induction ?

On ne peut pas parler d'induction sans présenter le champ électromagnétique dont elle dépend. Car tout conducteur soumis à un courant électrique crée autour de lui un champ magnétique et un champ électrique, comme le démontre André Marie Ampère en 1820.
Ce conducteur peut être un solénoïde, c'est à dire un fil de cuivre enroulé sur lui même selon un cylindre.
Un solénoïde est caractérisé par sa longueur L (distance entre ses deux extrémités), son diamètre D et son nombre de spires N. Il y a deux types de solénoïdes : les solénoïdes longs (si L >= 2D) et les solénoïdes courts (les autres).
Dans un solénoïde, le champ électrique est absent, on observe donc uniquement le champ magnétique. Ce champ magnétique est d’ailleurs comparable à celui d’un aimant de même longueur :

Le solénoïde, ici représenté en noir, alimenté par un courant alternatif crée un champ magnétique (en bleu sur le schéma). On constate que, à l’intérieur du solénoïde les lignes de champs sont parallèles à son axe. On peut les mettre en évidence en approchant le solénoïde (ou un aimant) d’une poudre de fer. Le sens de ces lignes dépend du sens du courant.

Dans le cas de l'induction, le solénoïde est alimenté par un courant alternatif. Dans ce cas, le champ électromagnétique produit par le courant possède une propriété étonnante. Ce champ, lorsqu'il est proche d'un matériau conducteur, peut mettre en mouvement les électrons de ce conducteur. Ensuite, selon la résistance qu'oppose le conducteur à ce flux, on observe soit un effet Joule dégageant de la chaleur dans tout le matériau, soit un courant alternatif (par exemple dans du cuivre) de plus faible amplitude. Pour que la perte soit la plus réduite possible, la meilleure solution est d'utiliser un autre solénoïde concentrique, dont le diamètre est le plus proche possible de celui de départ.
Nous avons mis en évidence la perte d'énergie relative au transfert en utilisant les deux voies d'un oscilloscope : la première pour montrer l'allure du courant à l'entrée du plus petit solénoïde, l'autre à la sortie de l'autre solénoïde:

Expérience sur le transfert d'énergie avec deux bobines :
Nous avons voulu mesurer la perte qu'il y a entre deux bobines présentes au laboratoire de sciences physiques. Matériel requis :
• Un GBF (Générateur Basse Fréquence)
• Un oscilloscope
• Des fils de connexions
• Deux bobines concentriques, l’une fixe et l’autre mobile

Schéma du montage :

Le GBF permet d’avoir un signal sinusoïdal de fréquence 4000 Hz et d’amplitude 4V et parfaitement symétrique. Il alimentera la bobine fixe.

Observations :

Nous avons alimenté une bobine à l'aide d'un GBF. Ensuite, nous avons effectué des mesures pour recueillir les caractéristiques des signaux émis en entrée et sortie des deux bobines dans le but de les comparer. On constate que, peut importe la frèquence d’entrée, il y a un déphasage constant avec la sortie d’un pi. Nous avions la période, l'amplitude. Nous avons par la suite calculé la fréquence et la valeur crête-à-crête. Le tout pour pouvoir en déduire les fuites magnétiques.

La fréquence du signal en sortie est la même que celui d’entrée, l’allure est toujours un signal analogique mais l’amplitude est considérablement réduite.

Conclusion :

Nous observons qu’il y a bien du courant qui circule entre les deux bobines. Nous avons constaté qu’il y avait des pertes. Le pourcentage de pertes par rapport au signal d’entrée s’élève à 96 %, ce qui est énorme. Il correspond à la perte minimum dans cette configuration car, en bougeant la bobine mobile, le défaut de tension augmente encore. Nous pouvons faire d'autres experiences avec d autres dipoles:

On peut alimenter une ampoule à incandescence à pleine puissance à 10 cm et encore un petit peu à 20 cm. On peut alimenter des moteurs électriques et évidemment des leds. Avec des leds qui consomment peu la distance est évidemment plus élevée... on peut rajouter un transformateur pour augmenter encore un peu la portée. La tension qu'on "réceptionne" peut être élevé car elle dépend de l'intensité qu'on utilise : on peut alimenter une ampoule à led de 230 volts avec sans problème ! (sans oublier que l'alimentation d'origine n'en fait que 12 !  Comment fonctionne-it ? (il y a un schéma dans la vidéo ( 3:37min) ) tout d'abord nous avons une batterie de 4.8 volts qui alimente un oscillateur avec des condensateurs de 0.3 µf (plus la capacité des condos est faible plus l'oscillateur va "osciller" vite). Cet oscillateur "met un contact puis l'enlève" plus de 1000 fois par seconde. Ces impulsions qui sont de 4.8 volts vont dans un premier transistor fonctionnant avec la même batterie qui va les rendre plus intenses. Puis elle vont aller dans deux autres transistors alimentés par notre alimentation 12 volts. Le premier du 12 volts chauffe un peu mais c'est surtout le second qui va donner toute la puissance : 2.5A sous 12 volts soit 30 watts ( ce transistor nécessite un radiateur ) . Ces impulsions de 12 volts vont tout simplement aller dans la bobine ! à chacune des ces impulsions il va se générer par effet d'induction une tension énorme au sein de la première bobine. Cette tension va se transformer en chaleur mais aussi en une onde électromagnétique qui va s'échapper de la bobine, c'est une forme d'énergie invisible qui va se propager dans l'air. C'est quoi cette énergie ? en fait c'est un peu comme si vous faisiez tourner au aiment (N et S) à proximité d'un autre (N et S), là vous constaterez que le second va tourner en aspirant l'énergie cinétique du premier. vous constaterez aussi que de l'énergie invisible à été transmise dans l'air car le second aiment va lui aussi tourner... Donc comme on disait cette énergie va se propager dans l'air, puis une se retransformer en électricité au contact d'une autre bobine .

Regarde la video pour mieu comprendre

L'induction est donc la faculté de ce courant a agiter les électrons des matériaux magnétiques proches. On a deux applications novatrices majeures, en plus de l'utilisation de l'induction dans les transformateurs : chauffer intégralement un récipient et transmettre un courant sans contact électrique.

Maquettes effectuées par nous :

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