Courants induits

Signification du courant induit

Avant d'aborder la signification d'un courant induit, nous devons comprendre le processus d'induction électromagnétique et comment il se produit. Lorsque nous avons un champ magnétique, l'une de ses propriétés est son flux. Celui-ci est défini comme suit .

En raison du mouvement de l'aimant ou d'une réduction de l'intensité du champ magnétique, le flux magnétique d'un aimant peut changer au fil du temps. Ce changement de flux magnétique provoque le phénomène d'induction électromagnétique.

En outre, nous pouvons également définir la force électromotrice par rapport à la différence de potentiel comme suit.

Cette force électromotrice présente dans le matériau conducteur fait ensuite circuler le courant, ce qui donne lieu à un courant induit.

Formule du courant induit

Considérons tout d'abord la formule du flux magnétique d'un champ. Elle est donnée par

\[ \Phi_{\text{B}} = \int \vec{B} \cdot \mathrm{d} \vec{A} ,\]

où \( \Phi_{\text{B}} \) est le flux magnétique d'un champ magnétique mesuré en weber (\(\mathrm{Wb}\)), \(\vec{B}\) est le vecteur du champ magnétique mesuré en unités de teslas (\(\mathrm{T}\)), et \(\mathrm{d} \vec{A}\) est le vecteur de l'aire infinitésimale mesurée en \(\mathrm{m^2}\). D'après l'équation, le produit de point souligne que nous ne considérons que la composante du champ magnétique perpendiculaire à la surface.

Maintenant que nous avons défini le flux magnétique, nous pouvons définir l'équation de l'induction électromagnétique comme suit,

\[ \varepsilon = - \frac{\mathrm{d} \Phi_{\text{B}}{\mathrm{d} t}, \]

où \(\varepsilon\) est la force électromotrice induite mesurée en volts \(\mathrm{V}\), \(\Phi_{\text{B}}\) est le flux magnétique mesuré en webers \(\mathrm{Wb}\), et \(t\) est le temps mesuré en secondes \(\mathrm{s}\). Cette loi est régie par deux lois : La loi de Faraday et la loi de Lenz. La première détermine l'ampleur de la force électromotrice induite, tandis que la seconde détermine la direction du courant induit.

Prenons un exemple dans lequel nous utilisons notre formule d'induction électromagnétique.

Direction du courant induit

Comme nous l'avons brièvement mentionné précédemment, la direction de la force électromotrice induite dans l'induction électromagnétique est déterminée à l'aide de la loi de Lenz.

Fig. 3 - Lorsque l'aimant pénètre dans le tube, il subit une force ascendante due à la loi de Lenz.

En nous référant à la figure ci-dessus, considérons un aimant qui tombe dans un tube fait d'un matériau conducteur. Lorsque l'aimant tombe, il y a un courant induit dans le matériau en aluminium. Comme le courant le traverse, le tube lui-même génère son propre champ magnétique. Cependant, cette fois, la direction du champ magnétique est opposée à celle de l'aimant qui tombe dans le tube. Pour déterminer si le courant qui circule dans le tube est dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse, nous pouvons utiliser la règle de la main droite.

Pour utiliser cette méthode, recroqueville les doigts de ta main droite comme si tu enfermais un tube. La direction de tes doigts doit suivre celle du courant induit. Etends ensuite ton pouce ; la direction de ton pouce indique le pôle nord du conducteur, car le courant a essentiellement transformé le conducteur en aimant. Comme nous savons que le conducteur doit repousser l'aimant qui tombe, cela signifie que le pôle nord du conducteur doit être dirigé vers le haut pour repousser l'aimant qui tombe avec un pôle similaire. En pointant notre pouce vers le haut, nous constatons que la courbure résultante de nos doigts est dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ce qui correspond à la direction du courant induit dans le tube. Cela repousse le pôle nord de l'aimant qui tombe dans le tube, créant ainsi une force opposée qui réduit l'accélération.

La règle de la poignée droite peut également être utilisée pour déterminer la direction du champ magnétique généré par un courant circulant dans un fil. Dans ce cas, le pouce pointe dans la direction du courant, tandis que la direction de tes doigts indique la courbure du champ magnétique généré.

Différence entre courant et courant induit

Le courant normal se produit lorsque nous avons un circuit typique avec une source d'énergie connectée à une résistance. En se référant à la figure ci-dessous, nous avons un circuit connecté avec un courant conventionnel \(I\) qui circule à travers les résistances en raison de la source d'alimentation.

Fig. 5 - Montage d'un circuit standard avec un courant conventionnel circulant à travers les composants et les fils.

D'autre part, un courant induit est généré par un flux magnétique externe changeant. Comme nous l'avons vu précédemment, des exemples de courant induit peuvent se produire lorsqu'un aimant tombe à travers un tube conducteur ou lorsqu'un aimant se déplace à côté d'un matériau conducteur. Les chargeurs sans fil et les cuisinières à induction sont des exemples d'applications du courant inductif.

Courants induits géomagnétiquement

Un exemple à grande échelle de forces induites est celui des courants induits géomagnétiquement, également appelés CPG. Tout comme les aimants ont leurs propres champs magnétiques environnants, notre Terre a également un énorme champ magnétique qui entoure le globe. Ce champ est généré par la convection du chauffage radioactif au cœur de notre Terre. Ainsi, notre pôle nord et notre pôle sud se comportent exactement comme les pôles nord et sud d'un aimant.

Les changements dans le champ magnétique environnant de la Terre sont causés par des phénomènes météorologiques spatiaux tels que le vent solaire. Les fluctuations du champ se comportent comme un aimant en mouvement, modifiant le flux du champ magnétique au fil du temps. Ainsi, tout matériau conducteur à la surface de la Terre, comme les lignes de réseau ou les pipelines, verra un courant induit en eux en raison de la variation du champ. Cela peut avoir un effet négatif sur les machines et endommager les transmissions électriques.