Cette expériences de physique amusante est très facile à réaliser et nécessite très peu de matériel.
Matériel
- un récipient assez large non métallique (type boîte de rangement en plastique, plat pour le four en verre ou autre)
- des aimants assez forts (que l’on peut commander par exemple sur internet)
- un moule en aluminium (de taille inférieure à la largeur du récipient)
Remarque :
– on peut remplacer le moule en aluminium par un disque de papier aluminium
– pour l’expérience proposée, nous avons utilisé dix aimants Néodyme/Bore de 3 mm d’épaisseur et de 12 mm de diamètre (tenant environ 2,1 kg).
Expérience
Mettre de l’eau dans le contenant choisi (hauteur de l’eau de l’ordre de quelques centimètres).
Déposer le moule sur l’eau (il doit flotter). Puis approcher les aimants au dessus du moule. Effectuer un mouvement de rotation avec la main tenant les aimants au dessus du moule en aluminium et observer. Changer le sens de rotation et observer.
Observations
Nous observons qu’en mettant en rotation les aimants au dessus du moule, ce dernier se met à tourner dans le même sens que la rotation effectuée par la main.
Si on fait la même expérience avec un moule constitué d’un matériau non conducteur, la rotation des aimants n’a aucun effet sur ce dernier.
ObservatiExon
Que se passe-t-il ?
Cette expérience illustre un phénomène très connu en physique : l’induction électromagnétique. Elle met en évidence tout particulièrement l’apparition de courants de Foucault dans le matériau constituant le moule lorsque l’aimant se déplace.
Lorsqu’un matériau conducteur est soumis à un champ magnétique variable, des courants sont induits dans ce dernier. Ces courants s’appellent communément « courants de Foucault ». Le champ magnétique créé par les aimants ici est variable dans le temps dans le matériau constituant le moule, à cause du mouvement de rotation de la main. Des courants sont donc générés dans le matériau du moule.
Or lorsqu’un conducteur est parcouru par un courant dans un champ magnétique, il subit une force appelée force de Laplace (voir article moteur homopolaire). Cette force est perpendiculaire au courant et au champ magnétique. C’est cette force qui provoque le mouvement du moule et qui prouve l’existence des courants de Foucault dans l’aluminium.
Enfin, il existe une loi importante en physique permettant de rendre compte des effets macroscopiques des phénomènes d’induction électromagnétique : la loi de Lenz. Cette dernière est une loi de modération, à l’origine empirique, et stipule que les effets produits par l’induction électromagnétique s’oppose aux causes. Le conducteur, en se mettant en rotation, s’oppose à la variation du champ magnétique imposée par la main.
Pour aller plus loin
Lorsqu’un matériau conducteur est parcouru par du courant, ce matériau chauffe : on parle d’effet Joule. Les électrons, en se déplaçant dans le matériau, donnent de l’énergie au réseau cristallin constituant le conducteur, via des chocs, puis ce dernier dissipe de la chaleur. C’est sur ce principe que fonctionnent les plaques à induction : un champ magnétique variable dans le temps présent dans le fond d’une casserole constituée d’un matériau conducteur est à l’origine de courants de Foucault. Ces courant chauffent la casserole par effet Joule et on peut ensuite chauffer les aliments présents dans la casserole. Bonne cuisson !