Magnétisme et électromagnétisme
La force portante d'un électro-aimant est le poids maximal qu'il peut soulever. ...
Cette loi fournit la valeur maximale de la force qui s'exerce lorsque deux objets ...
part of the document
Magnétisme et électromagnétisme.
1 : Le magnétisme.
11 : les aimants.
Ce sont des corps capables dattirer le fer, le nickel, le cobalt et dautres matériaux rares.
Si on passe un aimant à proximité de limaille de fer, cette dernière est attirée.
Prenons une boussole et approchons-la de laimant. Laiguille de la boussole dévie, et ceci dautant plus fort que la distance entre laimant et la boussole est faible.
Présentons maintenant lautre extrémité de laimant à la boussole. Laiguille dévie mais dans lautre sens.
Enfin prenons un autre aimant et approchons les deux. Deux cas peuvent apparaître :
Les deux aimants se « collent » ;
Les deux aimants séloignent.
Deux pôles de noms différents sattirent ; deux pôles de même nom se repoussent.
12 : Le champ magnétique.
En saupoudrant de la limaille de fer sur un aimant et sa périphérie, on constate que la limaille sorganise en lignes reliant les deux extrémités de laimant.
Ces lignes sont les lignes de champ.
Par convention les lignes de champ sortent de laimant par le pôle Nord et rentrent par le pôle Sud.
Par un point de lespace, il ne passe quune seule ligne de champ.
13 : Linduction magnétique.
Linduction magnétique est lintensité du champ magnétique en un point de lespace. Elle est notée B et sexprime en Tesla (T.
On représente le champ magnétique à laide dun vecteur, appelé vecteur induction magnétique.
Lintensité du champ magnétique est le module du vecteur ;
La droite daction du vecteur est la tangente à la ligne de champ ;
Le sens des lignes de champ définit le sens du vecteur.
Application : Dessinez les vecteurs induction magnétique au point A dans les cas suivants :
Induction magnétique en A = 0,24 T
14 : Le flux magnétique.
Cest la quantité de champ magnétique transportée par un tube de champ. Elle se note ( (phi) et sexprime en Webers (Wb).
( = B x S x cos (
B : induction magnétique en Tesla; S : section du tube de champ en m2; ( : angle formé par la normale à la section et les lignes de champ.
Application : quelle est la valeur du flux magnétique qui traverse une section carrée de 300 x 300 mm formant un angle de 60° avec les lignes de champ, si linduction moyenne à cet endroit est de 0,28 T ?
2 : Lélectromagnétisme.
Cest létude des phénomènes magnétiques dus aux interactions entre les courants électriques et les champs magnétiques.
Si on place une boussole près dun conducteur alimentant un circuit, on constate que laiguille de la boussole dévie, que cette déviation est dautant plus importante que lintensité est grande, que laiguille dévie dans lautre sens si on inverse le générateur et enfin que laiguille reprend sa position de départ quand le courant est interrompu.
Un conducteur traversé par un courant électrique présente les mêmes effets magnétiques quun aimant.
Ces effets sont appelés effets électromagnétiques. Pour amplifier ces phénomènes, on enroule le conducteur en spires, créant ainsi une bobine.
21 : Le solénoïde.
Cest une bobine droite longue faite de spires jointives. Le champ magnétique obtenu est comparable à celui dun barreau aimanté.
22 : Linduction créée par le solénoïde.
Linduction dans lair ou le vide se note B0 et sexprime en Teslas (T).
Sa valeur est donnée par la formule :
B0 = (0 x N x I/L
Avec (0 la perméabilité de lair ( 4( x 10 7), N le nombre de spires, I lintensité en ampères et L la longueur du solénoïde en m.
Application : Quelle est la valeur de linduction au centre dune bobine solénoïde de 250m de longueur et comportant 350 spires, lorsquelle est parcourue par un courant de 5A ?
Lair, le vide, les autres matériaux non magnétiques sont peu perméables aux champs magnétiques.
Afin daugmenter les effets magnétiques des bobines, on utilise des matériaux magnétiques dans la réalisation des machines électromagnétiques.
Linduction devient :
(A = (0 x (R
B = (R x B0
Ou
B = (0 x (R x N x I/L
La perméabilité relative dun matériau (R nest pas constante, elle varie avec lexcitation magnétique.
H = N x I/L
Application: Quelle sera la valeur de linduction créée au centre de la bobine solénoïde précédente, si lair du noyau est remplacé par un noyau présentant une perméabilité relative (R = 185 ?
23 : Le flux total.
Si une bobine constituée de N spires est soumise à un flux magnétique (, le flux embrassé par la bobine est :
(T = N x (
Cest le flux propre de la bobine.
24 : Linductance dune bobine.
Linductance dun circuit est une grandeur qui caractérise le circuit et ceci indépendamment de lintensité qui le traverse. Elle se note L et sexprime en Henrys (H).
L = (T / I = (0 x N/L
Application: Quelle est linductance de la bobine précédente?
3 : Utilisation des phénomènes électromagnétiques.
31 : Les moteurs à courant continu.
Les moteurs électriques sont des systèmes qui transforment lénergie électrique en énergie mécanique.
Le bobinage « inducteur » installé sur la partie fixe ( le stator) créé un champ magnétique constant.
Le bobinage « induit » installé sur la partie tournante ( le rotor) créé un autre champ magnétique.
Les quatre pôles créés produisent un système de forces entraînant le rotor en rotation.
311 : Linduction.
Introduisons un aimant à lintérieur dune bobine solénoïde branchée à un ampèremètre à 0 central.
Laiguille de lampèremètre dévie à lintroduction de laimant et dévie dans lautre sens lors du retrait de laimant.
La déviation de laiguille de lampèremètre est dautant plus importante que laiment est bougé rapidement.
312 : La force électromotrice induite.
Cest la tension qui apparaît aux bornes dun enroulement lorsque celui-ci subit une variation de flux.
La valeur moyenne de cette fem dépend de la variation du flux dans le temps.
Elle se note E et sexprime en volts (V).
E = - ((T / (t
((T : variation du flux total en Webers (Wb) ;
(t : durée de variation du flux en seconde (s).
Application : Quelle est la fem induite aux bornes dune bobine de 350 spires, si elle subit une variation de 45 Wb en 5 ms ?
32 : Les alternateurs.
Ce sont des systèmes qui transforment lénergie mécanique en énergie électrique.
Le bobinage « inducteur » monté sur le rotor est entraîné en rotation par un moteur et crée un champ magnétique tournant.
Le bobinage « induit » installé sur le stator voit une variation de flux dans le temps. Une fem alternative de forme sinusoïdale apparaît alors aux bornes de linduit.
33 : Les contacteurs.
Le passage dun courant électrique dans une bobine crée dans larmature fixe une force portante qui attire larmature mobile. Lorsque le circuit magnétique se ferme , les contacts changent détat.
On appelle électro-aimant lensemble formé par la bobine et le circuit magnétique.
La force portante dun électro-aimant est le poids maximal quil peut soulever.
Elle se note F et sexprime en Newtons (N).
F = B2 x S/(2(0)
Cette loi fournit la valeur maximale de la force qui sexerce lorsque deux objets sont en contact avec un entrefer parfait.
Dans la réalité, lentrefer nest pas parfait et il y a de lair présent entre les deux surfaces. Lair étant peu perméable au champ magnétique, la force portante est plus faible.
Application : Quel poids maximal peut soulever un aimant sil présente une section rectangulaire de 6cm x 5cm et si l inductance magnétique sous chaque pôle est de 0,5T ?
Nom : Date : Groupe :
Evaluation.
Une bobine en forme de tore comportant 1900 spires a un diamètre intérieur de 28cm et un diamètre extérieur de 32cm. Elle est traversée par un courant de 5A.
1 : Calculez le diamètre moyen de la bobine ?
Calculez le champ dinduction magnétique Bint sur la circonférence intérieure puis celle sur la circonférence extérieure Bext ?
Calculez ensuite le champ moyen avec Bmoy= (Bint+Bext)/2 ?
Calculez ensuite le champ dinduction sur la circonférence moyenne ?
Que constatez-vous ?
- PAGE 1 -
