L'induction électromagnétique — Terminale Bac Pro – Groupement 2
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 10-15 min | Calculatrice autorisée
Barème : 20 points
On approche un aimant d'une bobine reliée à un voltmètre (voir figure).
a) Quand l'aimant avance vers la bobine, le voltmètre indique-t-il une tension ? (oui / non)
b) Quand l'aimant reste immobile devant la bobine, le voltmètre indique-t-il une tension ? (oui / non)
a) Oui. L'aimant qui avance fait varier le champ magnétique dans la bobine → une tension induite apparaît.
b) Non. Aimant immobile = champ magnétique constant = pas de variation → tension nulle.
Relier chaque situation au bon cas :
a) Un aimant que l'on déplace devant une bobine immobile → cas 1 ou cas 2 ?
b) Un cadre conducteur qui tourne entre les pôles d'un aimant fixe → cas 1 ou cas 2 ?
a) Cas 1 — circuit fixe, champ variable (c'est l'aimant qui bouge).
b) Cas 2 — circuit mobile dans un champ constant (c'est le cadre qui tourne).
On approche le pôle Nord de l'aimant de la bobine.
a) Par la loi de Lenz, la bobine cherche-t-elle à attirer ou à repousser l'aimant ?
b) Complète : « le courant induit s'oppose au … de l'aimant. »
a) La bobine repousse l'aimant (elle présente un pôle Nord face au pôle Nord qui approche).
b) « le courant induit s'oppose au rapprochement (mouvement) de l'aimant. »
Une dynamo de vélo est un petit alternateur.
a) Quelle forme d'énergie entre dans la dynamo ?
b) Quelle forme d'énergie en sort ?
a) L'énergie mécanique (la rotation de la roue).
b) L'énergie électrique (pour alimenter la lampe).
Un alternateur reçoit une puissance mécanique \(P_{\text{méca}} = 100\) W et fournit une puissance électrique \(P_{\text{élec}} = 90\) W.
a) Calculer le rendement : \(\eta = \dfrac{90}{100} = ...\)
b) Le rendement peut-il être supérieur à 1 ? (oui / non)
a) \(\eta = \dfrac{90}{100} = \mathbf{0{,}90}\) soit 90 %.
b) Non. Une partie de l'énergie est toujours perdue (chaleur, frottements), donc \(\eta \lt 1\).
Barème : 20 points
On éloigne un aimant d'une bobine reliée à un voltmètre.
a) Quand l'aimant recule, le voltmètre indique-t-il une tension ? (oui / non)
b) Quand l'aimant reste immobile, le voltmètre indique-t-il une tension ? (oui / non)
a) Oui. L'aimant qui recule fait varier le champ magnétique → une tension induite apparaît (dans l'autre sens que lorsqu'il avance).
b) Non. Aimant immobile = champ constant = pas de variation → tension nulle.
Relier chaque situation au bon cas :
a) Une bobine reliée à un électroaimant dont le courant augmente → cas 1 ou cas 2 ?
b) Une bobine que l'on fait tourner entre les pôles d'un aimant fixe → cas 1 ou cas 2 ?
a) Cas 1 — circuit fixe, champ variable (le courant de l'électroaimant change).
b) Cas 2 — circuit mobile dans un champ constant (c'est la bobine qui tourne).
On éloigne le pôle Nord de l'aimant de la bobine.
a) Par la loi de Lenz, la bobine cherche-t-elle à retenir (attirer) ou à repousser l'aimant ?
b) Complète : « le courant induit s'oppose à l'… de l'aimant. »
a) La bobine cherche à retenir (attirer) l'aimant qui s'éloigne (elle présente un pôle Sud face au pôle Nord qui part).
b) « le courant induit s'oppose à l'éloignement de l'aimant. »
Dans une éolienne, un alternateur est entraîné par les pales.
a) Quelle forme d'énergie entre dans l'alternateur ?
b) Quelle forme d'énergie en sort ?
a) L'énergie mécanique (la rotation des pales).
b) L'énergie électrique (courant alternatif).
Un alternateur reçoit une puissance mécanique \(P_{\text{méca}} = 200\) W et fournit une puissance électrique \(P_{\text{élec}} = 160\) W.
a) Calculer le rendement : \(\eta = \dfrac{160}{200} = ...\)
b) Le rendement peut-il être supérieur à 1 ? (oui / non)
a) \(\eta = \dfrac{160}{200} = \mathbf{0{,}80}\) soit 80 %.
b) Non. Une partie de l'énergie est toujours perdue (chaleur, frottements), donc \(\eta \lt 1\).
Barème : 20 points
Un électrotechnicien réalise l'expérience de la figure : il approche le pôle Nord d'un aimant d'une bobine reliée à un voltmètre.
a) Pourquoi une tension apparaît-elle aux bornes de la bobine alors qu'il n'y a aucun générateur ?
b) Que se passe-t-il si l'aimant reste immobile devant la bobine ? Justifier.
a) Le mouvement de l'aimant fait varier le champ magnétique traversant la bobine. Cette variation crée une tension induite : c'est le phénomène d'induction électromagnétique.
b) Aucune tension : aimant immobile → champ magnétique constant → pas de variation, donc pas d'induction.
Un technicien de maintenance étudie deux dispositifs :
Pour chaque dispositif, indiquer s'il s'agit d'un circuit fixe / champ variable ou d'un circuit mobile / champ constant.
Dispositif A : circuit fixe, champ variable (la bobine ne bouge pas, mais le champ créé par l'électroaimant change).
Dispositif B : circuit mobile, champ constant (le cadre tourne dans un champ fixe). C'est le principe de l'alternateur.
On approche le pôle Nord d'un aimant d'une bobine.
a) Le champ magnétique dans la bobine augmente-t-il ou diminue-t-il ?
b) En appliquant la loi de Lenz, expliquer si la bobine attire ou repousse l'aimant.
a) Le champ magnétique dans la bobine augmente (l'aimant se rapproche).
b) Par la loi de Lenz, le courant induit s'oppose à cette augmentation : la bobine crée un champ qui repousse l'aimant. Tout se passe comme si la bobine « résistait » au rapprochement.
Un bobinier teste un alternateur de groupe électrogène : il mesure une puissance mécanique fournie \(P_{\text{méca}} = 8\) kW et une puissance électrique produite \(P_{\text{élec}} = 6{,}8\) kW.
a) Calculer le rendement de l'alternateur.
b) Calculer la puissance perdue.
a) \(\eta = \dfrac{P_{\text{élec}}}{P_{\text{méca}}} = \dfrac{6{,}8}{8} = \mathbf{0{,}85}\) soit 85 %.
b) Pertes = \(8 - 6{,}8 = \mathbf{1{,}2}\) kW (dissipées en chaleur : effet Joule, frottements, pertes fer).
Un alternateur possède 2 paires de pôles et tourne à \(n = 1\,500\) tr/min. La fréquence de la tension produite est \(f = \dfrac{n \times p}{60}\).
a) Calculer la fréquence \(f\).
b) À quelle fréquence du réseau électrique cette valeur correspond-elle ?
a) \(f = \dfrac{1\,500 \times 2}{60} = \mathbf{50}\) Hz.
b) C'est la fréquence du réseau électrique français (50 Hz).
Barème : 20 points
Un électrotechnicien réalise une expérience : il éloigne un aimant d'une bobine reliée à un voltmètre.
a) Pourquoi une tension apparaît-elle aux bornes de la bobine alors qu'il n'y a aucun générateur ?
b) Que se passe-t-il si l'on double la vitesse de déplacement de l'aimant ? Justifier qualitativement.
a) Le mouvement de l'aimant fait varier le champ magnétique traversant la bobine → apparition d'une tension induite (phénomène d'induction électromagnétique).
b) Plus l'aimant se déplace vite, plus le champ magnétique varie rapidement, donc plus la tension induite est grande.
Un technicien de maintenance étudie deux dispositifs :
Pour chaque dispositif, indiquer s'il s'agit d'un circuit fixe / champ variable ou d'un circuit mobile / champ constant vu depuis les bobines.
Dispositif A : circuit fixe, champ variable (la bobine ne bouge pas, l'aimant en mouvement fait varier le champ).
Dispositif B : les bobines sont fixes et voient un champ variable car l'aimant tourne devant elles — c'est le principe de l'alternateur (source = mouvement du rotor).
On éloigne le pôle Nord d'un aimant d'une bobine.
a) Le champ magnétique dans la bobine augmente-t-il ou diminue-t-il ?
b) En appliquant la loi de Lenz, expliquer si la bobine attire ou repousse l'aimant.
a) Le champ magnétique dans la bobine diminue (l'aimant s'éloigne).
b) Par la loi de Lenz, le courant induit s'oppose à cette diminution : la bobine crée un champ qui tend à retenir (attirer) l'aimant. Tout se passe comme si la bobine « résistait » à l'éloignement.
Un bobinier teste un alternateur d'éolienne : il mesure une puissance mécanique fournie \(P_{\text{méca}} = 15\) kW et une puissance électrique produite \(P_{\text{élec}} = 12\) kW.
a) Calculer le rendement de l'alternateur.
b) Calculer la puissance perdue.
a) \(\eta = \dfrac{P_{\text{élec}}}{P_{\text{méca}}} = \dfrac{12}{15} = \mathbf{0{,}80}\) soit 80 %.
b) Pertes = \(15 - 12 = \mathbf{3}\) kW (dissipées en chaleur : effet Joule, frottements, pertes fer).
Un alternateur possède 1 paire de pôles et tourne à \(n = 3\,000\) tr/min. La fréquence de la tension produite est \(f = \dfrac{n \times p}{60}\).
a) Calculer la fréquence \(f\).
b) À quelle fréquence du réseau électrique cette valeur correspond-elle ?
a) \(f = \dfrac{3\,000 \times 1}{60} = \mathbf{50}\) Hz.
b) C'est la fréquence du réseau électrique français (50 Hz).
Barème : 20 points
Un électrotechnicien analyse l'expérience de la figure (aimant Nord approché d'une bobine).
a) Énoncer la condition nécessaire pour qu'une tension induite apparaisse.
b) Citer trois facteurs qui influencent la valeur de la tension induite dans cette expérience.
a) Il faut une variation du champ magnétique traversant la bobine (pas de variation → pas de tension induite).
b) Trois facteurs : la vitesse de déplacement de l'aimant (plus elle est grande, plus la variation est rapide), la force de l'aimant (champ plus intense), et le nombre de spires de la bobine (plus il y a de spires, plus la tension est élevée).
Un technicien de maintenance approche le pôle Nord d'un aimant d'une bobine, puis l'éloigne.
a) Dans chaque cas, indiquer le sens d'action de la bobine sur l'aimant (attraction / répulsion) en appliquant la loi de Lenz.
b) Montrer que ces deux comportements sont une conséquence de la conservation de l'énergie.
a) Quand on approche l'aimant : le champ augmente → la bobine crée un champ opposé → elle repousse l'aimant. Quand on l'éloigne : le champ diminue → la bobine crée un champ dans le même sens → elle attire (retient) l'aimant.
b) Dans les deux cas, la bobine s'oppose au mouvement. Il faut donc fournir un travail pour déplacer l'aimant : cette énergie mécanique se retrouve sous forme d'énergie électrique. Si le courant induit renforçait le mouvement, on créerait de l'énergie à partir de rien, ce qui violerait la conservation de l'énergie.
Un alternateur d'éolienne reçoit une puissance mécanique \(P_{\text{méca}} = 20\) kW. Son rendement est \(\eta = 0{,}88\).
a) Calculer la puissance électrique produite.
b) Calculer la puissance perdue, puis le pourcentage de pertes.
c) Citer deux origines physiques de ces pertes.
a) \(P_{\text{élec}} = \eta \times P_{\text{méca}} = 0{,}88 \times 20 = \mathbf{17{,}6}\) kW.
b) Pertes = \(20 - 17{,}6 = \mathbf{2{,}4}\) kW, soit \(\dfrac{2{,}4}{20} \times 100 = \mathbf{12\,\%}\) de la puissance mécanique.
c) Pertes par effet Joule (échauffement des bobinages) et pertes mécaniques (frottements des roulements). On peut aussi citer les pertes fer (courants de Foucault, hystérésis).
Un bobinier veut qu'un alternateur produise une tension de fréquence \(f = 50\) Hz. La fréquence est donnée par \(f = \dfrac{n \times p}{60}\).
a) L'alternateur possède 4 paires de pôles. Calculer la vitesse de rotation \(n\) nécessaire (en tr/min).
b) Si l'on double le nombre de paires de pôles, comment doit varier la vitesse pour conserver \(f = 50\) Hz ? Justifier.
a) On isole \(n\) : \(n = \dfrac{f \times 60}{p} = \dfrac{50 \times 60}{4} = \dfrac{3\,000}{4} = \mathbf{750}\) tr/min.
b) Si \(p\) double (8 paires), il faut que \(n\) soit divisé par 2 (\(n = 375\) tr/min) pour conserver le produit \(n \times p\) constant, donc \(f = 50\) Hz.
Barème : 20 points
Un électrotechnicien analyse une expérience : un aimant Sud approché d'une bobine.
a) Énoncer la condition nécessaire pour qu'une tension induite apparaisse.
b) Citer trois facteurs qui influencent la valeur de la tension induite dans cette expérience.
a) Il faut une variation du champ magnétique traversant la bobine (sans variation, pas de tension induite).
b) Trois facteurs : la vitesse de déplacement de l'aimant, la force (intensité) de l'aimant, et le nombre de spires de la bobine.
Un technicien de maintenance fait varier le courant d'un électroaimant placé près d'une bobine fixe : le courant augmente, puis diminue.
a) Dans chaque cas, la loi de Lenz impose que le courant induit s'oppose à la variation. Préciser le sens d'opposition du champ induit (même sens / sens contraire du champ appliqué).
b) Montrer que la loi de Lenz est une conséquence de la conservation de l'énergie.
a) Quand le champ appliqué augmente : le champ induit est en sens contraire (il s'oppose à l'augmentation). Quand le champ appliqué diminue : le champ induit est dans le même sens (il tend à maintenir le champ).
b) Le courant induit s'oppose toujours à la cause : produire du courant coûte de l'énergie prélevée à la source de la variation. Si le courant induit renforçait la variation, l'énergie serait créée à partir de rien, ce qui violerait la conservation de l'énergie.
Un alternateur de groupe électrogène reçoit une puissance mécanique \(P_{\text{méca}} = 12\) kW. Son rendement est \(\eta = 0{,}90\).
a) Calculer la puissance électrique produite.
b) Calculer la puissance perdue, puis le pourcentage de pertes.
c) Citer deux origines physiques de ces pertes.
a) \(P_{\text{élec}} = \eta \times P_{\text{méca}} = 0{,}90 \times 12 = \mathbf{10{,}8}\) kW.
b) Pertes = \(12 - 10{,}8 = \mathbf{1{,}2}\) kW, soit \(\dfrac{1{,}2}{12} \times 100 = \mathbf{10\,\%}\).
c) Pertes par effet Joule (échauffement des bobinages) et pertes mécaniques (frottements). On peut aussi citer les pertes fer.
Un bobinier veut qu'un alternateur produise une tension de fréquence \(f = 50\) Hz. La fréquence est donnée par \(f = \dfrac{n \times p}{60}\).
a) L'alternateur possède 3 paires de pôles. Calculer la vitesse de rotation \(n\) nécessaire (en tr/min).
b) Si l'on réduit le nombre de paires de pôles de moitié, comment doit varier la vitesse pour conserver \(f = 50\) Hz ? Justifier.
a) \(n = \dfrac{f \times 60}{p} = \dfrac{50 \times 60}{3} = \dfrac{3\,000}{3} = \mathbf{1\,000}\) tr/min.
b) Si \(p\) est divisé par 2, il faut que \(n\) soit multiplié par 2 (\(n = 2\,000\) tr/min) pour conserver le produit \(n \times p\) constant, donc \(f = 50\) Hz.