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درسالبكالوريارياضياتالفيزياء

Induction magnetique et loi de Lenz

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Prof: Med Dhafer Bahroun

Classe Bac Math

Induction magnétique

et loi de Lenz

Année Scolaire 2026/2027

Prof : Med Dhafer Bahroun

PARTIE 1 : Induction magnétique et loi de Lenz

1/ Les expériences d'induction

Expérience 1 : un aimant en mouvement devant une bobine

Montage : une bobine est reliée à un galvanomètre à zéro central. On approche ou on éloigne rapidement

un aimant droit de la bobine, avec le pôle Nord (rouge) ou le pôle Sud (bleu) tourné vers la bobine. Sur les

schémas : les aimants sont en rouge (N) et bleu (S), le sens de déplacement en orange, la bobine en

cuivre, le galvanomètre en vert, et les flèches du courant induit en rose.

(a) Pôle Nord approché de la bobine

S N

sens de déplacement

G

+−

i i

N S

G dévie vers la droite

(b) Pôle Nord éloigné de la bobine

S N

sens de déplacement

G

+−

i i

S N

G dévie vers la gauche

(c) Pôle Sud approché de la bobine

N S

sens de déplacement

G

+−

i i

S N

G dévie vers la gauche

(d) Pôle Sud éloigné de la bobine

N S

sens de déplacement

G

+−

i i

N S

G dévie vers la droite

Figure 1 — Aimant déplacé devant une bobine : (a) et (c) approche, (b) et (d) éloignement. Les carrés N / S colorés sur la bobine

indiquent la face créée par le courant induit.

Observations :

Situation Aimant

Courant dans la

bobine

Face de la bobine en regard

de l'aimant

Galvanomètre

(a) Pôle N approché de gauche à droite Nord (répulsion) dévie vers la droite

(b) Pôle N éloigné de droite à gauche Sud (attraction) dévie vers la gauche

(c) Pôle S approché de droite à gauche Sud (répulsion) dévie vers la gauche

(d) Pôle S éloigné de gauche à droite Nord (attraction) dévie vers la droite

(e) Aimant immobile aucun courant — reste au zéro

Dhafer

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• Le galvanomètre ne dévie que pendant le mouvement de l'aimant : il n'y a pas de courant quand

l'aimant est immobile, même tout près de la bobine.

• Le sens de la déviation s'inverse quand on change de mouvement (approche ↔ éloignement) ou quand

on change de pôle.

• La déviation est d'autant plus grande que le mouvement est plus rapide, que l'aimant est plus puissant

ou que la bobine a plus de spires.

Expérience 2 : deux bobines et un interrupteur

Montage : la bobine inductrice (violette) est placée en série avec une pile, un interrupteur K et un

rhéostat. La bobine induite (cuivre) est reliée à un galvanomètre. Les deux bobines sont face à face, sans

contact électrique. Flèche rouge : courant inducteur ; flèche rose : courant induit ; B : champ de la bobine

inductrice ; B

i

: champ créé par le courant induit.

− +

pile

K

rhéostat

i

bobine inductrice

(circuit inducteur) B

G

+−

i'

Bi

bobine induite

(circuit induit)

S SNN

Figure 2 — Circuit inducteur (à gauche) et circuit induit (à droite). Au moment où l'on ferme K, le galvanomètre dévie vers la droite.

Action

Courant dans

l'inducteur

Champ B au niveau de

l'induite

Galvanomètre

Fermeture de K croît de 0 à I augmente

dévie vers la droite, puis revient

à 0

K fermé, I constant constant constant reste au zéro

Ouverture de K décroît de I à 0 diminue

dévie vers la gauche, puis revient

à 0

Rhéostat : R diminue augmente augmente dévie vers la droite

Rhéostat : R augmente diminue diminue dévie vers la gauche

Conclusion des deux expériences

Un courant apparaît dans un circuit fermé sans générateur uniquement quand le champ magnétique

qui le traverse varie (mouvement de l'aimant, variation du courant inducteur…). C'est le phénomène

d'induction électromagnétique.

Dhafer

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2/ Le phénomène d'induction électromagnétique

• Le circuit qui subit la variation de champ est l'induit ; l'aimant ou la bobine qui crée le champ est

l'inducteur.

• Le champ magnétique B peut varier de plusieurs façons : déplacement d'un aimant, déplacement d'une

bobine, variation de l'intensité du courant dans le circuit inducteur.

• Toute variation du champ magnétique au niveau d'un circuit donne naissance à une f.e.m. induite

e ; si le circuit est fermé, elle produit un courant induit.

• Le sens du courant induit est donné par la loi de Lenz ci-dessous.

3/ La loi de Lenz

Énoncé : le sens du courant induit est tel que, par ses effets, il s'oppose à la cause qui lui donne

naissance.

• Approche de l'aimant : la bobine présente à l'aimant une face de même nature (Nord face à Nord) :

elle le repousse et s'oppose à l'approche.

• Éloignement de l'aimant : la bobine présente à l'aimant une face de nature opposée : elle l'attire et

s'oppose à l'éloignement.

• En termes de champ : si B augmente, le champ induit B

i

est de sens opposé à B ; si B diminue, B

i

est

de même sens que B.

(a) Aimant approché : B augmente

S N

sens de déplacement

B (aimant)

Bi (induit)

G

+−

i i

N S

Bi s'oppose à B : face Nord en regard

(b) Aimant éloigné : B diminue

S N

sens de déplacement

B (aimant)

Bi (induit)

G

+−

i i

S N

Bi dans le sens de B : face Sud en regard

Figure 3 — Application de la loi de Lenz : B (aimant) en bleu foncé, B

i

(induit) en pointillés verts, courant induit en rose, faces induites

N (rouge) et S (bleu).

Méthode pour déterminer le sens du courant induit

• Étape 1 : préciser le sens du champ inducteur B à l'intérieur de la bobine et dire s'il augmente ou

diminue ;

• Étape 2 : appliquer la loi de Lenz pour trouver le sens de B

i

(opposé à B si B augmente, identique si B

diminue) ;

• Étape 3 : en déduire la face Nord (là où B

i

sort) et la face Sud de la bobine ;

• Étape 4 : en regardant une face, le courant circule dans le sens trigonométrique (antihoraire) si c'est

la face Nord, dans le sens horaire si c'est la face Sud (règle de la main droite) ;

• Étape 5 : relier le sens du courant à la borne du galvanomètre pour prévoir le sens de la déviation.

Dhafer

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Application résolue

On éloigne rapidement le pôle Sud d'un aimant droit d'une bobine reliée à un galvanomètre (situation (d)

de la figure 1). Déterminer la face créée en regard de l'aimant et le sens du courant induit.

1) Le champ de l'aimant au niveau de la bobine est dirigé vers l'aimant (vers le pôle Sud, donc vers la

gauche). En éloignant l'aimant, B diminue.

2) Loi de Lenz : B diminue, donc B

i

est de même sens que B : B

i

est dirigé vers la gauche à l'intérieur de la

bobine.

3) B

i

sort par la face de gauche : cette face (en regard de l'aimant) est une face Nord. Elle attire le pôle

Sud de l'aimant et s'oppose à son éloignement ✔.

4) Vue de la gauche, la face est Nord : le courant circule dans le sens antihoraire ; dans les spires de la

figure, il va de gauche à droite et entre par la borne + du galvanomètre : le galvanomètre dévie vers la

droite.

PARTIE 2 : Calcul de l'inductance L d'une bobine

1/ Auto-induction : tension aux bornes d'une bobine

Une bobine traversée par un courant variable i(t) crée un champ magnétique proportionnel à i(t). Ce champ

varie avec i : la bobine est elle-même le siège d'une f.e.m. d'auto-induction, de sens tel qu'elle s'oppose à

la variation du courant (loi de Lenz) :

e = − L · di/dt

La tension aux bornes de la bobine (de résistance interne r), en convention récepteur, est :

u

b

= r·i − e = r·i + L · di/dt

L est l'inductance de la bobine, en henry (H). Si la résistance r est négligeable : u

b

= L · di/dt.

2/ Schéma de l'expérience

Un GBF délivre une tension triangulaire. Il alimente en série un résistor de résistance R et une bobine

d'inductance L et de résistance r négligeable. Un oscilloscope bicourbe visualise :

• sur la voie Y

1

: la tension u

R

(t) = R·i(t) aux bornes du résistor : elle est l'image de l'intensité (le courant

est triangulaire comme u

R

) ;

• sur la voie Y

2

: la tension u

b

(t) aux bornes de la bobine. Comme la masse M est placée entre R et la

bobine, Y

2

mesure −u

b

: on appuie sur le bouton INV de la voie Y

2

.

Dhafer

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GBF

R

bobine (L ; r ≈ 0)

A M B

i

uR ub

Oscilloscope

bicourbe

Y1 M Y2 (INV)

Figure 4 — Schéma de l'expérience : GBF, résistor R (jaune), bobine (cuivre), oscilloscope ; Y1 en vert, Y2 en orange, flèche du courant

en rose.

3/ Oscillogrammes : le signal triangulaire en vert

Avec R = 2,0 kΩ, on obtient l'oscillogramme de la figure 5. Le signal triangulaire u

R

(t) est tracé en vert ; le

signal rectangulaire u

b

(t) en orange.

0 V (Y1)

0 V (Y2)

ΔuR = 4 div × 0,5 V = 2,0 VΔt = 4 div × 0,5 ms = 2,0 ms

ub1 = + 0,30 V

(1,5 div × 0,2 V)

ub2 = − 0,30 V

t (1 div = 0,5 ms)

Réglages

Balayage : 0,5 ms/div

Y1 : 0,5 V/div

Y2 : 0,2 V/div (INV)

R = 2,0 kΩ

uR(t) : signal

triangulaire (Y1)

ub(t) : signal

rectangulaire (Y2)

Figure 5 — Oscillogrammes observés : u

R

(t) triangulaire (vert, voie Y1) et u

b

(t) rectangulaire (orange, voie Y2 inversée).

Dhafer

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4/ Calcul détaillé de L

Établissement de la formule

u

R

= R·i ⇒ i = u

R

/R ⇒ di/dt = (1/R)·du

R

/dt. Sur chaque demi-période, u

R

(t) est une droite : du

R

/dt = a (pente

de u

R

(t)). Avec r négligeable :

u

b

= L·di/dt = L·a/R ⟹ L = R · u

b

/ a (L en henry si R en Ω, u

b

en V, a en V.s

−1

)

Unités : Ω·V / (V.s

−1

) = Ω.s = H ✔.

Lecture sur l'oscillogramme

• Durée d'une demi-période : 4 div × 0,5 ms/div = 2,0 ms = 2,0 × 10

−3

s.

• Variation de u

R

: de −1,0 V à +1,0 V, soit 4 div × 0,5 V/div = 2,0 V.

• Valeurs de u

b

: 1,5 div × 0,2 V/div = 0,30 V ; donc u

b1

= +0,30 V (u

R

croissante) et u

b2

= −0,30 V (u

R

décroissante).

Pentes de u

R

(t) et calcul de L

Demi-période croissante : a

1

= Δu

R

/Δt = [ +1,0 − (−1,0) ] / (2,0 × 10

−3

) = 2,0 / (2,0 × 10

−3

) = 1,0 × 10

3

V.s

−1

.

Demi-période décroissante : a

2

= [ −1,0 − (+1,0) ] / (2,0 × 10

−3

) = −1,0 × 10

3

V.s

−1

.

Rapport R·u

b

/a :

• R·u

b1

/a

1

= 2,0 × 10

3

× 0,30 / (1,0 × 10

3

) = 0,60 Ω.s ;

• R·u

b2

/a

2

= 2,0 × 10

3

× (−0,30) / (−1,0 × 10

3

) = 0,60 Ω.s (même valeur : le rapport est bien constant).

Conclusion : L = 0,60 H.

Vérification par un second calcul : i varie de ±1,0 / 2000 = ±0,50 mA ; di/dt = a/R = 1,0 × 10

3

/ 2,0 ×

10

3

= 0,50 A.s

−1

; L = u

b

/ (di/dt) = 0,30 / 0,50 = 0,60 H ✔.

5/ Facteurs dont dépend L

Pour une bobine longue (solénoïde) de N spires, de longueur l et de section S, sans noyau de fer :

L = μ

0

· N

2

· S / l (μ

0

= 4π × 10

−7

SI)

• L augmente avec le nombre de spires (proportionnelle à N

2

) et avec la section S ; elle diminue quand

la longueur l augmente.

• Un noyau de fer doux multiplie L par un facteur important.

• L ne dépend ni de la fréquence du GBF, ni de l'intensité du courant : c'est une caractéristique de la

bobine.

Bobine N l (cm) D (cm) S = πD²/4 (m²) L = μ

0

N²S/l

B

1

500 20 10 7,85 × 10

−3

12,3 mH

B

2

500 30 10 7,85 × 10

−3

8,2 mH

B

3

500 20 15 1,77 × 10

−2

27,8 mH

B

4

250 20 10 7,85 × 10

−3

3,1 mH

Exemple de calcul (B

1

) : S = π × (0,10)² / 4 = 7,85 × 10

−3

m² ; L = 4π × 10

−7

× 500² × 7,85 × 10

−3

/ 0,20

= 1,23 × 10

−2

H = 12,3 mH. On retrouve : l × 1,5 ⇒ L ÷ 1,5 (B

2

) ; D × 1,5 ⇒ S × 2,25 ⇒ L × 2,25 (B

3

) ; N ÷

2 ⇒ L ÷ 4 (B

4

).

Dhafer

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6/ À retenir

• Induction : un courant apparaît dans un circuit fermé quand le champ magnétique qui le traverse varie ;

il disparaît quand le champ est constant.

• Loi de Lenz : le courant induit s'oppose, par ses effets, à la cause qui lui donne naissance ; B augmente

⇒ B

i

opposé à B ; B diminue ⇒ B

i

de même sens que B.

• Auto-induction : e = − L·di/dt ; u

b

= r·i + L·di/dt.

• Avec un courant triangulaire : u

b

est rectangulaire ; L = R·u

b

/ a, a étant la pente de u

R

(t) ; ici L = 0,60

H.

• L (en H) dépend de N², de S, de l et du noyau, pas de la fréquence.

Dhafer