La loi de Lenz énonce que le sens du courant induit est tel que son effet magnétique s’oppose à la variation de flux magnétique qui l’a produit. Elle fournit le signe moins de la loi de Faraday et découle de la conservation de l’énergie.
Learning objectives
- Énoncer la loi de Lenz et expliquer son lien avec la conservation de l’énergie.
- Déterminer le sens du courant induit lors d’une variation de flux.
- Expliquer pourquoi un alternateur devient plus difficile à entraîner en charge.
- Reconnaître les effets de la loi de Lenz dans le freinage à courants de Foucault et les machines asynchrones.
Progressive explanation
Start with the plain-language idea, then move into the engineering detail. Each level stands on its own, so you can stop at the depth you need.
Beginner The core idea
Cette opposition n’est pas un hasard : elle découle de la conservation de l’énergie. Si le courant induit aidait le changement au lieu de s’y opposer, de l’énergie serait créée à partir de rien. Le travail mécanique fourni en poussant l’aimant est converti en énergie électrique dans la bobine, ce qui est exactement le principe d’un alternateur.
Intermediate How it behaves in a circuit
Pour un conducteur en mouvement dans un champ magnétique, la loi de Lenz prédit une force qui s’oppose au mouvement. Cet effet de freinage est utilisé dans les freins à courants de Foucault, et c’est aussi pourquoi un alternateur devient plus difficile à entraîner lorsque sa charge électrique augmente. Dans les deux cas, la puissance mécanique absorbée égale la puissance électrique fournie augmentée des pertes.
Advanced Limits, assumptions, engineering detail
Les courants de Foucault dans les masses conductrices obéissent à la loi de Lenz et produisent une force de traînée ; les noyaux feuilletés réduisent ces pertes en limitant les boucles offertes aux courants de Foucault. Dans la lévitation magnétique et les moteurs asynchrones, le même principe produit des forces utiles. À haute fréquence, l’opposition n’est pas seulement résistive mais aussi réactive, et la phase entre flux et courant induit détermine si l’effet est freinage ou stockage d’énergie.
Formulas and variables
Units of measurement
| Quantity | Symbol | Unit |
|---|---|---|
| Flux magnétique | Φ | weber (Wb) |
| Fém induite | fém | volt (V) |
| Force magnétique | F | newton (N) |
| Puissance | P | watt (W) |
Worked examples
Sens et valeur d’une fém induite
Problem. Une bobine de 50 spires voit son flux passer de 0,020 Wb à 0,060 Wb en 0,10 s. Calculer la fém induite et préciser l’effet de son sens.
Solution. ΔΦ = 0,060 − 0,020 = 0,040 Wb, donc fém = −50 × 0,040/0,10 = −20 V. La valeur absolue est 20 V ; le signe moins signifie que le courant induit crée un flux qui s’oppose à la hausse.
Force opposée sur un conducteur en mouvement
Problem. Un conducteur de 0,30 m parcouru par un courant induit de 2,0 A se trouve dans un champ de 0,50 T perpendiculaire à sa longueur. Quelle force magnétique s’exerce sur lui ?
Solution. F = B × I × l = 0,50 × 2,0 × 0,30 = 0,30 N. Selon la loi de Lenz, cette force s’oppose au mouvement qui a produit le courant induit.
Practical applications
- Alternateurs et freinage régénératif
- Freins et amortisseurs à courants de Foucault
- Transformateurs et bobines couplées
- Moteurs asynchrones et lanceurs électromagnétiques
Automotive applications
Le freinage régénératif des véhicules électriques et hybrides utilise la loi de Lenz : le moteur de traction fonctionne en génératrice, le courant induit produit une force de freinage tout en rechargeant la batterie. Sur les véhicules conventionnels, les ralentisseurs à courants de Foucault utilisent le même principe pour ralentir les poids lourds sans freins à friction, la traînée augmentant avec la vitesse et l’intensité du champ.
Industrial applications
Les séparateurs à courants de Foucault trient les métaux non ferreux en induisant des courants repoussés par un champ magnétique. Les fours à induction utilisent les courants induits pour fondre le métal dans un creuset, et les moteurs asynchrones comptent sur les courants induits au rotor pour produire le couple. Dans toutes ces applications, le sens de l’effet induit suit la loi de Lenz, qui détermine si la machine freine, entraîne ou chauffe.
Measurement procedure
- Pour observer le sens du courant induit, noter le sens du bobinage et la polarité des sondes ; une petite modification de l’orientation de la bobine inverse l’effet.
- Un oscilloscope montre la relation de phase entre la variation de flux et la tension induite, ce qui révèle l’opposition décrite par la loi de Lenz.
- Pour les machines tournantes, comparer la puissance mécanique d’entrée et la puissance électrique de sortie pour vérifier que l’effet induit s’oppose au mouvement d’entraînement.
- Se rappeler que la fém induite apparaît même sans courant ; la loi de Lenz concerne le sens que prendrait le courant dans un circuit fermé.
Common mistakes
- Croire que le courant induit circule toujours dans le même sens ; il s’inverse lorsque la variation de flux s’inverse.
- Oublier que la loi de Lenz concerne l’opposition au changement, et non au champ lui-même.
- S’il n’y a pas de chemin fermé, la fém induite n’a pas de sens de courant à opposer, mais la fém existe toujours.
- Confondre le sens du champ magnétique induit avec celui du champ extérieur plutôt qu’avec la variation de flux.
Safety considerations
- La surtension inductive peut produire des tensions élevées à l’interruption du courant ; prévoir une diode de roue libre ou une autre protection adaptée.
- Les systèmes de freinage à courants de Foucault peuvent devenir chauds ; les laisser refroidir avant inspection.
- Les champs magnétiques intenses peuvent attirer outils et objets métalliques ; tenir à distance les appareils sensibles et les implants.