Labo de la loi de Faraday — aimant, bobine et galvanomètre
Un aimant droit, une bobine de fil de cuivre et un galvanomètre à zéro central sur la même paillasse : l’expérience de Faraday en trois étapes. Enfoncez l’aimant et l’aiguille dévie ; laissez-le immobile dans la bobine et l’aiguille revient à zéro, alors que le flux est maintenant maximal ; retirez-le et l’aiguille dévie de l’autre côté. Quatre comparaisons en un clic mesurent ensuite ce qui fixe l’ampleur de la déviation.
Comment utiliser cette simulation
- Lancer l’expérience : le seul bouton principal enchaîne les trois étapes — enfoncer, maintenir, retirer.
- Chaque bouton d’étape lance cette étape seule, et le panneau à côté de la scène explique ce qui se passe et ce qu’il faut observer ensuite.
- Comparer deux poussées : quatre boutons lancent chacun deux essais mesurés — deux fois plus vite, deux fois plus de spires, l’aimant retourné, et la bobine déplacée au lieu de l’aimant.
- Faites glisser vous-même l’aimant ou la bobine le long de l’axe, et touchez l’interrupteur à couteau sur la table pour ouvrir ou fermer le circuit.
- « Régler le dispositif » regroupe la vitesse de poussée, un mouvement continu en aller-retour ou à travers la bobine, le nombre de spires, la force de l’aimant, la résistance du circuit et le calibre du galvanomètre ; « Plus de mesures » ajoute les graphiques en direct de Φ et ε et l’export des données.
Ce qu’il faut observer
- L’aiguille ne bouge que pendant un mouvement : aimant immobile dans la bobine, le flux est maximal et le courant est nul.
- Enfoncer et retirer l’aimant font dévier l’aiguille en sens opposés.
- L’extrémité de la bobine tournée vers l’aimant devient le même pôle que le pôle qui approche, et le pôle opposé quand il s’éloigne : c’est la réaction décrite par la loi de Lenz.
- Deux fois plus vite ou deux fois plus de spires donnent un courant maximal deux fois plus grand ; retourner l’aimant donne la même déviation de l’autre côté.
- Interrupteur ouvert, une f.é.m. est toujours induite, mais aucun courant ne circule.
La physique derrière
La loi de Faraday dit que la f.é.m. induite dans une bobine est égale au taux de variation du flux qui la traverse : ε = −N ΔΦ/Δt. Le labo calcule le flux à travers chaque spire séparément, à partir d’un aimant modélisé par une ligne de minuscules dipôles, additionne les spires pour obtenir le flux total NΦ et le dérive : chaque mesure est calculée, pas animée. Un aimant au repos donne le flux maximal et aucune f.é.m. Doubler la vitesse d’une même poussée double le taux de variation, donc le courant maximal ; doubler le nombre de spires double la f.é.m. La loi de Lenz fixe le sens : le courant induit s’oppose toujours à la variation, si bien qu’un pôle N qui approche rencontre un pôle N sur la bobine et se fait repousser, tandis qu’un pôle qui s’éloigne est retenu par un pôle S. Seul compte le mouvement relatif : faire glisser la bobine vers un aimant fixe donne exactement la même déviation.