Une lampe électrique qui fonctionne sans pile et qui s’allume lorsqu’on la secoue, cela s’appelle une lampe de Faraday : le dispositif le plus simple pour montrer comment il est possible de produire de l’électricité à partir d’un aimant, une bobine de fil de cuivre et un mouvement. Sa construction vous prendra un peu de temps, mais ne présente aucune difficulté. Cette vidéo vous en explique le principe.
Fiche d’accompagnement de l’expérience:
Matériel-
un tube en plastique (par exemple le corps d’une grosse seringue)
-
du fil de cuivre émaillé (5/10 ème)
-
une LED verte
-
un support de composants électroniques
-
des aimants au néodyme
-
une baguette support
-
un voltmètre à zéro central
Montage et réalisationPrenons un tube en plastique (ici le corps d’une grosse seringue)
autour duquel nous avons enroulé environ 300 spires de fil de cuivre émaillé.
Une LED verte, placée sur un support, est connectée aux deux extrémités du bobinage .
Nous disposons aussi d’aimants au néodyme, très puissants que nous avons superposés pour augmenter l’intensité du champ magnétique (voir référence 1)
Branchons également aux bornes de la bobine un voltmètre à zéro central et introduisons lentement l’aimant dans le tube.
Nous constatons qu’une différence de potentiel apparaît pendant le déplacement de l’aimant dans la bobine et qu’elle cesse dès que l’aimant s’arrête.
La LED verte ne s’allume pas pendant ce déplacement car la tension induite est trop faible pour depasser la tension de seuil de la LED.
Si nous déplaçons maintenant l’aimant plus rapidement à l’intérieur du bobinage nous constatons que la tension induite aux bornes du bobinage est plus importante mais encore insuffisante pour allumer la LED.
Introduisons alors l’aimant seul dans le tube et après avoir placé un morceau de polystyrène, qui joue le rôle d’amortisseur, fermons le tube à l’aide d’un bouchon de caoutchouc.
Puis agitons le vigoureusement : cette fois la LED s’allume et clignote en fonction des allers et retours très rapides de l’aimant dans le tube.
ExplicationsCette allumage résulte de la loi de Faraday qui dit que la force électromotrice induite dans un bobinage fermé placé dans un champ magnétique est proportionnelle à la variation au courts du temps du flux du champ magnétique qui entre dans le circuit :
Le signe − correspond à la loi de Lenz qui dit que la tension induite s’oppose par ses effets à la cause qui lui donne naissance.
La loi de Faraday est mise ici en évidence par l’étude de la f. e. m. induite dans un bobinage par le mouvement d’un aimant.
Le champ magnétique produit le long de son axe à la distance z par un aimant droit de moment dipolaire 
est donné par la relation :
Ce principe, résultant de la « loi de Faraday », est utilisé dans la « lampe de Faraday »: l’énergie mécanique due aux mouvements de l’aimant dans le tube est transformée en courant électrique.
Ce courant après redressement, charge un condensateur (constituant le dispositif de stockage) ce qui permet ensuite d’alimenter une série de LED blanches par exemple.
RemarquesUne expérience analogue est présentée dans :
Principe d’un générateur électrique
Références