Retard du courant dans une bobine (deux ampoules)

Programmes : APC, Sek II

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Objectif

Observer comment une bobine retarde l’établissement du courant à la fermeture du circuit.

Le montage

Une source de 6 V et un interrupteur (ouvert). Deux branches en dérivation avec des ampoules de 6 V / 0,5 W : en bas — une ampoule et une résistance de 20 Ω, en haut — une ampoule et une bobine de 100 H dont l’enroulement a une résistance de 20 Ω.

Protocole

1. Fermez l’interrupteur et observez les deux ampoules.
2. Ouvrez l’interrupteur.
3. Dans le panneau des paramètres de la bobine, réduisez l’inductance à 10 H et recommencez.

Résultat attendu

L’ampoule avec la résistance s’allume aussitôt ; l’ampoule avec la bobine s’allume environ une à deux secondes plus tard, puis leur luminosité est la même : les résistances des branches sont égales. Après l’ouverture de l’interrupteur, les deux ampoules s’éteignent ensemble, en une demi-seconde environ : le courant de la bobine continue de circuler dans la boucle formée par les deux branches et traverse les deux ampoules. Le temps d’établissement du courant est de l’ordre de \(L / R\). Avec 10 H, le retard est dix fois plus court — environ un dixième de seconde, mais l’œil peut encore le remarquer. Une bobine de 100 H avec un enroulement de 20 Ω est très grande : pour les bobines scolaires à noyau de fer, \(L / R\) est une fraction de seconde, et le retard sur un vrai montage est tout aussi court.

Questions

1. Pourquoi une bobine empêche-t-elle le courant d’augmenter instantanément ?
2. Pourquoi les ampoules brillent-elles autant l’une que l’autre en régime permanent ?

Réponses

1. Quand le courant varie, le champ magnétique de la bobine varie et induit une force électromotrice d’auto-induction, proportionnelle à la vitesse de variation, \(L \cdot \Delta I / \Delta t\), et opposée à cette variation. Un saut brusque exigerait une force électromotrice infinie, donc le courant augmente progressivement, en un temps de l’ordre de \(L / R\) : une à deux secondes avec 100 H sur ce montage.
2. En régime permanent, le courant ne varie plus, donc il n’y a pas de force électromotrice d’auto-induction, et la bobine se comporte comme son enroulement de 20 Ω. Les deux branches comportent alors une ampoule en série avec 20 Ω sous la même tension, donc les intensités sont égales, et les ampoules brillent autant l’une que l’autre.