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TP Induction - Mesure osccillo de tension induite

Posté par
Ghytre
12-12-23 à 19:59

Bonjour !

J'ai effectué il y a quelques jours un TP portant sur le l'induction statique, et en voulant le remettre au propre, je me suis rendu compte que je ne comprenais pas bien un phénomène...

Je m'explique :

Pour mettre en lumière le phénomène d'induction, nous avons utilisé une bobine. En premier lieu, nous avons mis en évidence que :  
- Approcher un pôle Nord ou éloigner un pôle Sud d'une bobine crée un pole Nord sur la face de la bobine en regard et donc un courant induit > 0
- A l'inverse, approcher un pôle Sud ou éloigner un pôle Nord crée un pôle Sud et donc le courant induit < 0
(pour une normale qui pointe vers l'aimant qui se rapproche de la bobine)

Avec cela, on a pu déterminer le sens d'enroulement de la bobine  (précisé en image).

Ensuite, nous avons dû visualiser la tension induite à l'oscilloscope. Le montage expérimental est disponible en image jointe.

Par ailleurs, théoriquement on a : e_{ind} = \frac{-d \Phi}{dt}, et la tension induite est du même signe que i.

Or le souci est que l'oscilloscope m'indique des tensions négatives quand j'ai un courant induit >0 avec ce montage...

J'avais demandé à mon chargé de TP, mais l'explication qu'il m'a donnée était très confuse et je n'ai pas réellement compris.

Y a-t-il bien une explication cohérente à ce phénomène ?

Je vous remercie par avance pour votre aide,

Ghytre

TP Induction -  Mesure osccillo de tension induite

TP Induction -  Mesure osccillo de tension induite

Posté par
vanoise
re : TP Induction - Mesure osccillo de tension induite 12-12-23 à 20:49

Bonsoir
Un oscillo est fondamentalement un voltmètre, pas un ampèremètre. Son impédance d'entrée est très grande de sorte que le courant induit est quasi nul. Bref l'oscilloscope mesure+ ou -e selon les conventions choisis.
Si cela ne te paraît pas assez clair, propose un schéma correspondant à un mouvement particulier de l'aimant. Oriente ton circuit et determine si la tension visualisée représente d/dt ou son opposé.

Posté par
Ghytre
re : TP Induction - Mesure osccillo de tension induite 12-12-23 à 21:25

Bonsoir,

Merci beaucoup pour votre réponse.
Oui en effet i est proche de 0.

J'ai schématisé la situation, avec les conventions utilisées et les branchements réalisés.
Cependant, cela ne correspond toujours pas à la réalité, au vu des branchements de l'oscillo.

De mon point de vue (toujours avec les conventions du schéma) : j'approche un pôle nord de la bobine, cela lui crée un pôle Nord, et une tension induite >0. Or j'ai constaté expérimentalement que ce n'était pas le cas, qu'elle était négative. Il y a sans aucune doute une erreur de représentation, mais je n'arrive pas à la trouver.

TP Induction -  Mesure osccillo de tension induite

Posté par
vanoise
re : TP Induction - Mesure osccillo de tension induite 12-12-23 à 22:28

L'oscillo renseigne ici sur le signe de la tension U=VE - VS, pas sur le sens d'un éventuel courant induit qu'on peut d'ailleurs considérer ici comme inexistant donc incapable de définir une face nord et une face sud pour la bobine. Il est préférable de raisonner sur le flux.
Etape préliminaire primordiale et indispensable : définir arbitrairement l'orientation du circuit : je choisis le sens de E vers S (flèche + du schéma). Cela impose, via la règle du tire-bouchon de Maxwell, le sens du vecteur surface nécessaire au calcul du flux (voir schéma). Les ligne de champ sortent par la face nord de l'aimant. Le flux à travers la bobine du champ magnétique créé par l'aimant est donc négatif. Si l'aimant se rapproche de la bobine, la valeur absolue de augmente donc sa valeur algébrique diminue : d/dt < 0 donc : fém induite :
e>0
La bobine est orientée en convention récepteur ; la tension mesurée est donc :
u=ri-e = -e car i=0 ici.
Conclusion : u < 0.
Exercice possible: inverser le sens arbitraire d'orientation de la bobine et vérifier que l'on arrive encore à u < 0 pour le même mouvement de l'aimant. Pour une pas présenter une figure trop haute, je n'ai pas représenté le pole sud de l'aimant...

TP Induction -  Mesure osccillo de tension induite

Posté par
Ghytre
re : TP Induction - Mesure osccillo de tension induite 12-12-23 à 23:13

Merci beaucoup pour votre schéma et pour l'explication. Tout est très clair !

Je me demandais cependant : comment avez-vous déterminé la convention récepteur (I étant nul et donc indéfini sur le schéma) ?

Généralement, lors de l'étude théorique des bobines et des phénomènes électromagnétiques, on se place en convention générateur (ou du moins, c'est ce que nous avons fait en cours). Je crois que ce qui coince depuis le début est une histoire de convention utilisée...

Posté par
vanoise
re : TP Induction - Mesure osccillo de tension induite 12-12-23 à 23:23

Concernant ta question : la flèche définissant l'orientation de U et la flèche définissant le sens + de circulation le long de la bobine sont de sens opposés.
Autre remarque pour approfondir. Supposons que l'on réalise la même expérience en ajoutant entre E et S une résistance R quelconque. Un courant induit existerait alors et ton raisonnement deviendrait possible. Tu n'as pas commis d'erreur sur ce point : il conduirait bien à un courant d'intensité positive : i >0.
Cependant, compte tenu du branchement du voltmètre, cette résistance serait  orientée en convention générateur :
u=-R.i <0 !

Posté par
Ghytre
re : TP Induction - Mesure osccillo de tension induite 13-12-23 à 13:15

Bonjour,

Je suis désolée de vous relancer sur quelque chose d'aussi élémentaire, mais je n'arrive pas à visualiser que la flèche indiquant le sens de la tension est à l'opposé de la flèche définissant le le sens positif de circulation...

Je me schématise la situation comme telle :

TP Induction -  Mesure osccillo de tension induite

Posté par
vanoise
re : TP Induction - Mesure osccillo de tension induite 13-12-23 à 14:31

Effectivement : ce n'est pas ta compréhension du phénomène d'induction qui est en cause mais bien les bases sur l'orientation des dipôles. Cela était étudié il y a quelques années dans le secondaire mais avec les allègements de programmes successifs... Beaucoup de bons étudiants sont dans le même cas...
Mais aussi : bien voir que, sauf indications particulières sur les caractéristiques des voltmètres et des ampèremètres, il faut dans l'analyse des circuits, considérer le voltmètre comme une résistance infini (interrupteur ouvert) et l'ampèremètre comme un fil de résistance nulle (un court-circuit ou interrupteur fermé).
Ce schéma devrait t'aider...

TP Induction -  Mesure osccillo de tension induite

Posté par
Ghytre
re : TP Induction - Mesure osccillo de tension induite 13-12-23 à 18:58

Bonsoir,

Je vous remercie sincèrement pour votre aide. En effet, avec votre schéma, la convention récepteur me parait plus claire ! Je vais pouvoir continuer la mise au propre de mon TP plus sereinement....

Merci encore et bonne soirée



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