L' induction électromagnétique est définie comme l'induction d'une force électromotrice (tension) dans un milieu ou près d'un corps en raison de la présence d'un champ magnétique changeant. Ce phénomène a été découvert par le physicien et chimiste britannique Michael Faraday, au cours de l'année 1831, grâce à la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique.
Faraday a réalisé des tests expérimentaux avec un aimant permanent entouré d'une bobine de fil et observé l'induction d'une tension sur ladite bobine, et la circulation d'un courant sous-jacent.
Michael Faraday
Cette loi stipule que la tension induite sur une boucle fermée est directement proportionnelle à la vitesse de variation du flux magnétique lorsqu'il traverse une surface, par rapport au temps. Ainsi, il est possible d'induire la présence d'une différence de tension (tension) sur un corps adjacent en raison de l'influence de champs magnétiques variables.
A son tour, cette tension induite donne lieu à la circulation d'un courant correspondant à la tension induite et à l'impédance de l'objet d'analyse. Ce phénomène est le principe d'action des systèmes d'alimentation et des appareils d'usage quotidien, tels que: moteurs, générateurs et transformateurs électriques, fours à induction, inducteurs, batteries, etc.
Formule et unités
L'induction électromagnétique observée par Faraday a été partagée avec le monde de la science grâce à une modélisation mathématique qui permet de répliquer ce type de phénomènes et de prédire leur comportement.
Formule
Pour calculer les paramètres électriques (tension, courant) associés au phénomène d'induction électromagnétique, il faut d'abord définir quelle est la valeur de l'induction magnétique, actuellement appelée champ magnétique.
Pour savoir quel est le flux magnétique qui traverse une certaine surface, il faut alors calculer le produit de l'induction magnétique par ladite zone. Alors:
Où:
Φ: flux magnétique
B: induction magnétique
S: surface
La loi de Faraday indique que la force électromotrice qui est induite sur les corps voisins est donnée par le taux de variation du flux magnétique par rapport au temps, comme détaillé ci-dessous:
Où:
ε: Force électromotrice
En substituant la valeur du flux magnétique dans l'expression précédente, nous avons ce qui suit:
Si des intégrales sont appliquées aux deux côtés de l'équation afin de délimiter un chemin fini pour la zone associée au flux magnétique, une approximation plus précise du calcul requis est obtenue.
De plus, le calcul de la force électromotrice en circuit fermé est également limité de cette manière. Ainsi, en appliquant l'intégration dans les deux membres de l'équation, on obtient que:
Unité de mesure
L'induction magnétique est mesurée dans le système international d'unités (SI) en Teslas. Cette unité de mesure est représentée par la lettre T et correspond à l'ensemble des unités de base suivantes.
Un tesla équivaut à l'induction magnétique uniforme qui produit un flux magnétique de 1 weber sur une surface d'un mètre carré.
Selon le système d'unités cégésimal (CGS), l'unité de mesure de l'induction magnétique est le gauss. La relation d'équivalence entre les deux unités est la suivante:
1 tesla = 10 000 gauss
L'unité de mesure de l'induction magnétique doit son nom à l'ingénieur, physicien et inventeur serbo-croate Nikola Tesla. Il a été nommé ainsi au milieu des années 1960.
Comment ça marche?
On l'appelle induction car il n'y a pas de connexion physique entre les éléments primaire et secondaire; par conséquent, tout se passe par des connexions indirectes et intangibles.
Le phénomène d'induction électromagnétique se produit étant donné l'interaction des lignes de force d'un champ magnétique variable sur les électrons libres d'un élément conducteur proche.
Pour cela, l'objet ou le milieu sur lequel l'induction a lieu doit être disposé perpendiculairement aux lignes de force du champ magnétique. De cette manière, la force exercée sur les électrons libres est plus grande et, par conséquent, l'induction électromagnétique est beaucoup plus forte.
A son tour, la direction de circulation du courant induit est donnée par la direction donnée par les lignes de force du champ magnétique variable.
D'autre part, il existe trois méthodes par lesquelles le flux de champ magnétique peut être varié pour induire une force électromotrice sur un corps ou un objet à proximité:
1- Modifier le module du champ magnétique, par des variations d'intensité du flux.
2- Changez l'angle entre le champ magnétique et la surface.
3- Modifiez la taille de la surface inhérente.
Ensuite, une fois qu'un champ magnétique a été modifié, une force électromotrice est induite dans l'objet voisin qui, en fonction de la résistance à la circulation de courant qu'il a (impédance), produira un courant induit.
Dans cet ordre d'idées, la proportion dudit courant induit sera supérieure ou inférieure au courant primaire, en fonction de la configuration physique du système.
Exemples
Le principe de l'induction électromagnétique est à la base du fonctionnement des transformateurs de tension électrique.
Le rapport de transformation d'un transformateur de tension (abaisseur ou élévateur) est donné par le nombre d'enroulements de chaque enroulement de transformateur.
Ainsi, selon le nombre de bobines, la tension dans le secondaire peut être plus élevée (transformateur élévateur) ou plus basse (transformateur abaisseur), selon l'application au sein du système électrique interconnecté.
De la même manière, les turbines de production d'électricité dans les centres hydroélectriques fonctionnent également grâce à l'induction électromagnétique.
Dans ce cas, les aubes de turbine déplacent l'axe de rotation qui se situe entre la turbine et le générateur. Cela se traduit alors par la mobilisation du rotor.
À son tour, le rotor est composé d'une série d'enroulements qui, lorsqu'ils sont en mouvement, donnent naissance à un champ magnétique variable.
Ce dernier induit une force électromotrice dans le stator du générateur, qui est connecté à un système qui permet de transporter en ligne l'énergie générée pendant le processus.
À travers les deux exemples présentés ci-dessus, il est possible de détecter comment l'induction électromagnétique fait partie de nos vies dans des applications élémentaires de la vie quotidienne.
Références
- Induction électromagnétique (sf). Récupéré de: electronics-tutorials.ws
- Induction électromagnétique (sf). Récupéré de: nde-ed.org
- Aujourd'hui dans l'histoire. 29 août 1831: Une induction électromagnétique est découverte. Récupéré de: mx.tuhistory.com
- Martín, T., et Serrano, A. (sd). Induction magnétique. Université Polytechnique de Madrid. Madrid Espagne. Récupéré de: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Induction électromagnétique. Récupéré de: euston96.com
- Wikipédia, l'encyclopédie libre (2018). Tesla (unité). Récupéré de: es.wikipedia.org