Loi de Lenz sur l'induction électromagnétique : Définition & Formule

Qu'est-ce que la loi de Lenz

La loi de Lenz sur l'induction électromagnétique stipule que le sens du courant induit dans un conducteur par un champ magnétique variable (conformément à la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique) est tel que le champ magnétique créé par le courant induit s'oppose à le champ magnétique initial qui l'a produit. Le sens de ce courant est donné par la règle de la main droite de Fleming.

Cela peut être difficile à comprendre au premier abord—alors examinons un exemple.

Rappelez-vous qu'un courant induit par un champ magnétique produira son propre champ magnétique.

Ce champ magnétique sera toujours tel qu'il s'oppose au champ magnétique qui l'a initialement créé.

Dans l'exemple ci-dessous, si le champ magnétique “B” augmente – comme indiqué en (1) – le champ magnétique induit s'opposera à lui.

Lorsque le champ magnétique “B” diminue – comme indiqué en (2) – le champ magnétique induit s'opposera à nouveau à lui. Mais cette fois, "s'opposer" signifie qu'il agit pour augmenter le champ – puisqu'il s'oppose à la diminution du taux de changement.

La loi de Lenz est basée sur la loi de Faraday d'induction. La loi de Faraday nous dit qu'un champ magnétique changeant induira un courant dans un conducteur.

La loi de Lenz nous indique le sens de ce courant induit, qui s'oppose au champ magnétique initial qui l'a produit. Cela est indiqué dans la formule de la loi de Faraday par le signe négatif (‘–’).

Ce changement de champ magnétique peut être causé en modifiant l'intensité du champ magnétique en déplaçant un aimant vers ou loin de la bobine, ou en déplaçant la bobine dans ou hors du champ magnétique.

En d'autres termes, on peut dire que l'amplitude de la FEM induite dans le circuit est proportionnelle au taux de changement de flux.

Formule de la loi de Lenz

La loi de Lenz stipule que lorsque une FEM est générée par un changement de flux magnétique conformément à la loi de Faraday, la polarité de la FEM induite est telle qu'elle produit un courant induit dont le champ magnétique s'oppose au champ magnétique initial qui l'a produit.

Le signe négatif utilisé dans la loi de Faraday d'induction électromagnétique indique que la FEM induite (ε) et le changement de flux magnétique (δΦB) ont des signes opposés. La formule de la loi de Lenz est présentée ci-dessous :

Où :

• ε = FEM induite

• δΦB = changement de flux magnétique

• N = Nombre de spires de la bobine

Loi de Lenz et conservation de l'énergie

Pour respecter la conservation de l'énergie, le sens du courant induit par la loi de Lenz doit créer un champ magnétique qui s'oppose au champ magnétique qui l'a créé. En fait, la loi de Lenz est une conséquence de la loi de conservation de l'énergie.

Pourquoi ? Eh bien, imaginons que ce ne soit pas le cas et voyons ce qui se passe.

Si le champ magnétique créé par le courant induit est dans la même direction que le champ qui l'a produit, alors ces deux champs magnétiques se combineront et créeront un champ magnétique plus grand.

Ce champ magnétique combiné plus grand induirait à son tour un autre courant dans le conducteur, deux fois plus important que le courant induit initial.

Et cela, à son tour, créerait un autre champ magnétique qui induirait encore un autre courant. Et ainsi de suite.

On peut donc voir que si la loi de Lenz ne dictait pas que le courant induit doit créer un champ magnétique qui s'oppose au champ qui l'a créé – alors nous aurions une boucle de rétroaction positive infinie, violant la conservation de l'énergie (puisque nous créons effectivement une source d'énergie infinie).

La loi de Lenz obéit également à la troisième loi de Newton du mouvement (c'est-à-dire, à toute action il y a toujours une réaction égale et opposée).

Si le courant induit crée un champ magnétique qui est égal et opposé à la direction du champ magnétique qui le crée, alors seulement il peut résister au changement du champ magnétique dans la zone. Ceci est conforme à la troisième loi de Newton du mouvement.

Explication de la loi de Lenz

Pour mieux comprendre la loi de Lenz, considérons deux cas :