L’expérience ratée de Faraday

Deux anneaux d’aluminium, l’un fermé et l’autre ouvert sur quelques millimètres, sont fixés sur une baguette de bois pouvant tourner facilement. Un aimant approché de l’anneau fermé provoque la rotation de la baguette, alors que rien ne se passe si on l’introduit dans l’anneau ouvert. Pas si ratée que çà, l’expérience…

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • 2 anneaux d’aluminium (diamètre approximatif : 5 cm), à découper éventuellement dans une plaque mince d’aluminium ;

  • un baguette de bois fin (longueur approximative : 30 cm) ;

  • une moitié de bouton pression (en mercerie) pour servir de support à l’axe de rotation ;

  • une bouteille et son bouchon de liège ;

  • une épingle ou une pointe;

  • de quoi coller et accrocher ;

  • une scie à métaux ou une cisaille ;

  • un aimant puissant (droit ou en U).

Montage et réalisation

Prenons deux anneaux de quelques centimètres de diamètre, découpés dans une mince plaque d’aluminium, et fixons-les aux extrémités d’une baguette de bois léger.
L’un des anneaux est fermé sur lui-même, tandis que l’autre doit être ouvert sur une longueur de quelques millimètres.
Ceci fait, posons la baguette sur une pointe verticale pour lui permettre de tourner librement autour d’un axe vertical.
Si on approche de l’anneau fermé l’un des pôles d’un puissant aimant droit, la baguette se met à tourner de manière à ce que l’anneau s’éloigne.
Si on éloigne l’aimant, l’anneau au contraire tend à s’en rapprocher.
On obtient le même résultat si on utilise l’autre pôle de l’aimant.
En revanche, l’aimant n’a aucun effet sur l’anneau brisé : la baguette de bois reste immobile, qu’on approche l’aimant de l’anneau ou qu’on l’en éloigne.

Explications

Pour cette expérience il est important d’utiliser des anneaux en aluminium car l’aluminium n’est pas ferromagnétique et n’est donc pas attiré par un aimant. ce n’est donc pas le champ de l’aimant qui attire ou repousse l’anneau entier.
Lorsque l’aimant est introduit dans l’anneau entier, il y induit un courant de sens tel que le champ magnétique qu’il crée s’oppose à la cause qui lui a donné naissance, à savoir ici l’augmentation du champ magnétique de l’aimant. Le sens du champ magnétique induit est donc tel que la face de l’anneau qui voit l’aimant s’approcher oppose au pôle de l’aimant un pôle de même nom : il y a alors répulsion entre l’aimant et l’anneau.
Le courant induit dans l’anneau lorsqu’on éloigne l’aimant s’oppose de nouveau à la cause qui lui donne naissance, ce courant crée donc un champ magnétique qui attire l’aimant.
Dans l’anneau métallique découpé il ne peut pas y avoir de circulation de courant induit de grande ampleur puisque le circuit est interrompu, il n’y a donc pas de champ magnétique induit. L’approche ou l’éloignement de l’aimant ne provoquent donc aucun mouvement de l’anneau.

Remarques

Cette expérience a été faite par le physicien anglais Michael Faraday (1791-1867) qui cherchait à mettre en évidence le phénomène d’induction électromagnétique. On trouve dans ses carnets des notes à ce sujet datées de 1825 et 1828, mais Faraday n’eut pas de succès dans ses expériences car son dispositif tournant n’était pas assez sensible. Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865) eut en revanche plus de succès et c’est lui qui énonça en 1834 la loi permettant de prévoir le sens du courant induit qui porte son nom.
Les courants induits ont une application technique dans le freinage par courants de Foucault.

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