Rails de Laplace et conversion d'énergie

Le dispositif des rails de Laplace

Deux rails conducteurs parallèles, reliés à un générateur, portent une tige mobile perpendiculaire, plongée dans un champ magnétique uniforme B lui-même perpendiculaire au plan des rails. Le courant I circule dans la tige et crée une force de Laplace F = ILB qui met la tige en mouvement.

Conversion énergie électrique vers énergie mécanique

Ce dispositif illustre la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique (travail moteur). Lorsque la tige se déplace à la vitesse v, elle est le siège d'une force électromotrice induite e = BLv (loi de Faraday), qui s'oppose partiellement au courant (loi de Lenz) : c'est le principe de base de tous les moteurs électriques à courant continu.

Application au moteur électrique

Dans un moteur réel, on remplace la tige par une spire ou un bobinage tournant dans un champ magnétique (souvent créé par des aimants ou des bobines fixes, le stator). La force de Laplace s'exerce sur chaque brin de la spire et produit un couple moteur qui fait tourner le rotor. Le collecteur (ou une alimentation alternative) permet d'inverser périodiquement le sens du courant pour maintenir un couple orienté dans le même sens de rotation.

Piège classique

Ne pas oublier que, lorsque le circuit est en mouvement, il faut distinguer la force de Laplace (due au courant imposé) de la force électromotrice induite (due au mouvement) : les deux coexistent et sont liées par un bilan énergétique complet, mais elles ne se calculent pas de la même façon.