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| Michael Faraday physicien et chimiste britannique |
- Description du phénomène de l'induction électromagnétique
En 1831, le physicien anglais Michael Faraday observe un phénomène assez étonnant :
Lorsqu'une bobine de cuivre est traversée par un aimant, un courant électrique est créé aux bornes de cette bobine. Inversement, lorsqu'une bobine est traversée par un courant électrique, ses côtés sont attirés par les pôles de l'aimant, ainsi un champ magnétique est créé. Faraday découvre de cette manière le phénomène de l'induction.
Intéressons-nous de plus près à ce phénomène et à ses deux versants, à savoir la création d'un courant électrique et la création d'un champ magnétique.
Etude du phénomène premier de l'induction ( création d'un courant éléctrique ) :
Expérience réalisée durant ce TPE
On observe ainsi :
- Lorsque l'on déplace le pôle Nord de l'aimant dans la bobine et vers l'avant, un courant "positif" est créé.
- Lorsque l'on déplace ce même pôle vers l'arrière, un courant "négatif" est créé.
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| Schéma représentant l'entrée du pôle Nord de l'aimant, dans la bobine : création d'un courant positif |
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| Schéma montrant qu'en ressortant de l'aimant, un courant électrique négatif est créé |
- Lorsque l'on déplace le pôle Sud vers l'avant, un courant "négatif" est créé.
- Lorsque l'on déplace ce même pôle vers l'arrière, un courant "positif" est créé.
Schéma indiquant que dès lors que le pôle sud est avancé, il y a création d'un courant négatif
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| Schéma montrant que, une fois le pôle sud de l'aimant est retiré, il y a création d'un courant positif |
- On observe également un dernier point : plus le déplacement est rapide plus l'intensité du courant produit est forte.
Conséquences du phénomène d'induction, la force de LaPlace :
Expérience réalisée durant ce TPE
La bobine de cuivre est traversée par un courant éléctrique, on observe :
- Lorsque l'on approche le pôle Nord de l'aimant, la bobine présente la première de ses deux faces (ou pôle, dans ce cas, le pôle Sud).
- Lorsque l'on approche le pôle Sud de l'aimant, la bobine présente son autre face ( le pôle Nord).
- Plus l'intensité du courant est forte, plus la bobine est attirée.
Ce phénomène permet un bond en avant en sciences, et surtout en électricité : c'est un moyen de passer d'une force mécanique à un courant électrique. C'est justement cette nouveauté que les musiciens vont utiliser.
A voir : Animation
A voir : Animation
2. Application à l'acoustique : le microphone et le haut-parleur.
Ainsi, musiciens et ingénieurs vont chercher à transformer la force mécanique de l'onde sonore en signal (ou courant) électrique, et inversement à transformer un signal électrique en onde sonore.
C'est ainsi qu'apparaissent le microphone et le haut-parleur qui ne sont en réalité que des sortes de "traducteurs" de l'onde sonore en signal électrique et du signal électrique en onde sonore.
Fonctionnement du microphone :
Dans un microphone, des vibrations acoustiques (ondes sonores) vont faire vibrer une membrane. La membrane étant très sensible aux mouvements de l'air elle transcrit dans son propre mouvement les vibrations des ondes sonores. Cette membrane est fixée à un aimant et lui transmet donc le mouvement, autour de cet aimant, une bobine de cuivre. Grâce au phénomène de l'induction un signal électrique variable (alternatif) défini par l'onde sonore va être créé.
Fonctionnement du haut-parleur :
Pour pouvoir à nouveau entendre cette onde acoustique il faut un appareil permettant de "traduire" le signal électrique en onde sonore. Cet appareil est le haut-parleur (et non pas l'amplificateur, qui est un appareil de traitement du signal électrique). Le fonctionnement du haut-parleur est le même que celui du microphone en sens inverse. Un signal électrique alternatif parcourt une bobine de cuivre dans laquelle se trouve un aimant. Par induction, l'aimant se retrouve en mouvement, ce mouvement est transmis à une membrane qui la transmettra elle-même à l'air. Une onde sonore sera ainsi créée.
A voir : Animation
A voir : Animation
Etude du signal électrique :
En observant le signal électrique résultant de la transcription d'une onde sonore, on s'apercoit qu'il répond aux mêmes exigences (voir I a) Notions physiques : le son, les instruments pour les exigences de l'onde sonore).
Expérience réalisée durant ce TPE
Ainsi comme le son, le signal électrique est défini par :
Une intensité : L'intensité d'un signal électrique correspond à l'écart entre ses 2 maximums. Plus le signal sera intense, plus le son sera intense et donc de nuance forte.
- Une fréquence : La fréquence du signal correspond au nombre de répétitions du même motif (période) par seconde. Plus la fréquence du signal est élevée plus celle du son l'est (en pratique elles sont égales), et donc plus le son est aigu.
Une forme : Pour le son, on parle de timbre. En terme de signal sonore, il s'agit de la forme des variations (sinusoïdale, carré, dent de scie). Pour le signal comme pour le son, n'importe quelle forme (ou timbre) peut être trouvée en faisant la somme de plusieurs ondes sinusoïdales. On voit ainsi que forme d'un signal et timbre sont liés.
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II Electrisation