Paradoxe de Faraday

Le paradoxe de Faraday est une expérience décrite pour la première fois par Michael Faraday, qui semble à première vue contredire sa loi d'induction.

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Brosse brush, champ magnétique statique B, rotation ω, sa composante tangentielle v, force de Lorentz v × B.

Lorsque l'on fait tourner le disque d'aluminium, on peut capter une tension sur le voltmètre. Si, par contre, seul l'aimant est mis en rotation, la lecture de la tension reste nulle. Si l'on fait tourner l'aimant et le disque en aluminium, on peut mesurer une tension.

Le dispositif expérimental se compose d'un aimant permanent cylindrique et d'un disque conducteur adjacent, tous deux disposés de manière à tourner autour d'un axe. L'axe de symétrie de l'aimant et du disque coïncide avec l'axe de rotation, et l'aimant a sa polarisation dans la direction axiale (c'est-à-dire que les pôles sont sur l'axe). La tension électrique est mesurée sur le disque entre l'axe et son bord ; à cet effet, des contacts glissants sont placés sur sa face externe et près de l'axe.

Si l'on fait tourner le disque alors que l'aimant est au repos, une tension est produite aux bornes. Cela peut être décrit par la force de Lorentz ou la règle du flux (induction unipolaire). La tension aux bornes apparaît également lorsque le disque et l'aimant sont reliés mécaniquement et déplacés ensemble. Si, par contre, seul l'aimant est déplacé et que le disque est au repos, aucune tension aux bornes n'apparaît. Cela laissait Faraday perplexe car il supposait que tout ce qui importait pour que la tension se produise était que le disque se déplace contre l'aimant.

En fait, le champ magnétique de l'aimant permanent est (en grande partie) indépendant de sa rotation. Cela ne fait donc aucune différence qu'elle tourne ou non. En revanche, (pour un observateur au repos) la force de Lorentz agit sur les électrons du disque dès qu'ils sont déplacés dans le champ magnétique. Par conséquent, une tension est mesurée entre les contacts glissants stationnaires exactement lorsque le disque tourne.

Si nous considérons l'expérience non pas du point de vue de l'observateur au repos, mais comme un observateur se déplaçant avec le disque (en rotation autour de l'axe), nous mesurerons toujours une tension nulle entre le centre et le bord du disque ; le champ magnétique est indépendant de toute rotation de l'aimant. D'autre part, une tension d'induction sera mesurée dans le circuit entre les contacts glissants rotatifs (pour cet observateur), car ce circuit est un conducteur tournant dans le champ magnétique.

Cet effet, qui n'est pas facile à comprendre, a donné lieu à de nombreux malentendus et donc, par exemple, à diverses tentatives de construction d'une sorte de machine à mouvement perpétuel, la « machine N », sur la base de l'induction unipolaire.