Electromagnet is Me

8/8/2019 Electromagnet is Me

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L'lectromagntisme

Voici le chapitre consacr au magntisme du au courant. Nous allons voir ici des proprits qui sont mises en applicationau quotidien dans notre hobby.

Quels sont les systmes susceptibles de produireun champ magntique ?

Fondamentalement deux :1 - les aimants2 - les courants lectriques

Mise en vidence du champ magntique :

Prenez un aimant droit, une boussole et approchez l'aimant de laboussole. Vous constatez que que vous pouvez faire dvierl'aiguille. Il y a bien une action mcanique distance du champmagntique

Dfinition :

On dit qu'il existe un champ magntique, aussi appelexcitation mantique, si en une rgion de l'espace, ilexiste un tat magntique susceptible de se manifesterpar des forces

Symbole et unit:

--->H : vecteur excitation magntique

qui se mesure en ampre/mtre A/m

On ne doit plus parler aujourd'hui du champ magntique H, mais de l'excitation magntique. Que ceux dont les tudes

remontent un certain temps s'y rsolvent ! De mme l'induction magntique B est devenue le champ magntique.

Comment se matrialise un champ magntique ?

Par des lignes de force (ou de champ c'est pareil), pourles voir, il suffit d'taler sur une table de la limaille defer et d'approcher un aimant. La limaille va pouser leslignes du champ.

Retenez ce qui suit :

Un champ magntique est produit ds l'instant o unecharge lectrique est en mouvement.

Donc tous nos fils parcourus par un courant gnreront unchamp magntique. Cette proprit fut dcouverte par Oersteden 1819.


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Cas n1 : fil rectiligne

o IB = ______

2 a

avec B en Tesla

o = 4 10-7I en ampre

a = distance en mtre en le fil et le point de mesure

Cas n 2 la spire

o N IB = ______

2 r

avec B en Tesla


r = rayon en mtre de la spire

N : nombre de spires

Cas n3 bobine longue

o N IB = ______

l

avec B en Tesla


l = longueur en mtre du solnode

Notion de flux:


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Le flux magntique est la mesure du flux d'inductionmagntique B traversant une surface donne S

= B SAvec :

en Weber

S en m2B en Tesla

Et si notre surface pour une raison ou une autre n'estpas rigoureusement perpendiculaire au champ, laformule s'crira

= B S cos

Avec = angle form par le plan de la surface et le champ

La notion de flux est extrmement importante pour lasuite comme vous allez le constater. D'ici l nous allonsfaire une petite pause pour vous permettre de bienassimiler la dclinaison d'excitation magntique, dechamp magntique et de flux.

Et tout naturellement si on dterminera le flux embrass par unebobine de N spires par la formule

total = N

Avez-vous une ide de la valeur du champ magntiqueterrestre ?

Celle-ci est trs faible, de l'ordre de 4 5 10-4 T qui plus est ellen'est pas constante, puisque trs forte aux ples et diminuant l'quateur.

Le moment est venu de passer la suite, savoir l'induction lectromagntique.

Ralisons le montage et l'exprience suivants:

Rien de compliqu, on ralise une bobine contenant unnombre N de spires, on relie cette bobine unvoltmtre sensible (cd capable de mesurer de toutespetites tensions) et on se munit d'un aimant.

Quand nous allons approcher notre aimant de l'axe dela bobine, nous allons constater que le voltmtre dvie.Comment un tel miracle peut-il se produire ?


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Notre aimant par dfinition produit un champmagntique permanent, vous le savez dj.Quand nous approchons notre aimant, nous produisons

une variation du flux C'est cette variation du flux qui produit cette tensiondtecte par notre voltmtre

Ce phnomne s'appelle l'induction lectromagntique, il y acration d'un courant induit dans la bobine et consquemmentd'une tension induite.

Ceci nous amne tout naturellement vers la loi de Lenz qui dit :

Une variation du flux travers un circuit lectrique cre un courant induit i. Le sens du courant i est tel que leseffets qu'il produit tendent s'opposer la cause qui lui a donn naissance

Nous retiendrons que toute variation de fluxmagntique produit un courant induit

Pouvons nous dterminer la valeur de la fem (forcelectromotrice) induite ?

oui simplement, la loi de Lenz nous dit :

d e = - _____

dt

Ce qui se traduira pour nous par :

e = variation du flux / variation du temps.ceci est vrai pour une spire, il faudrait multiplier ce rsultat nousN spires

Auto-induction:Si nous poussons notre raisonnement, nous avons vuqu'une spire et a fortiori un solnode parcourus par uncourant produisent un champ magntique B. Si cecourant est variable, le champ sera variable, ce qui

veut dire que le flux sera galement variable ( =B S cos ) ce qui signifie galement qu'il y auraun courant induit dans notre solnode qui respecterala loi de Lenz, cd qui s'opposera la cause lui ayantdonn naissance, cd au courant initial variable.

Ce phnomne s'appelle l'auto-induction de l'anglais selfinduction.La tension d'auto-induction aura pour valeur :

de = _________

d t

d : variation du fluxd t : variation du temps en secondee : en volt

= L idi

e = - L ___dt

En l'absence de matire ferromagntique (de noyau), le fluxpropre travers un circuit est proportionnel l'intensit ducourant dans ce circuit


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Mise en vidence de l'auto-induction :

Il s'agit d'une classique exprience de lyce, voici lemontage, R la mme valeur ohmique que L, A et Bsont des ampoules

Quand on ferme l'interrupteur Int, La lampe A brilleimmdiatement, tandis que la lampe B s'claire

progressivement. A l'ouverture de Int; phnomneinverse, A s'teint tout de suite, B s'teintprogressivement

Explication du phnomne :

A la fermeture de Int, un courant s'tablit dans L, ce courant provoque un flux magntique. Comme ce flux s'tablitprogressivement, il y a apparition d'une fem auto-induite qui s'oppose la cause qui lui a donn naissance, savoirl'tablissement du courant initial

Consquences :- retard l'allumage- retard l'extinction

Que se passe t-il si un conducteur parcouru par un courant se trouve plong dans un champ magntique ?

Il subit une force, dite force de Laplace. Regardez ce

petit dessin :

Nous avons un conducteur articul autour d'un axe(en noir au dessus de l'aimant), aliment par unebatterie avec un interrupteur dans le circuit et unaimant permanent. Initialement le circuit est ouvert, iln' a pas de courant dans le circuit.

Nous fermons le circuit, un courant circule et leconducteur subit une force F qui le fait tourner autourde son axe. Si nous ouvrons le circuit le conducteurretrouve sa position normale.

Si nous inversions le sens du courant, le conducteur dedplacerait dans l'autre sens

Si nous inversions le sens du champ magntique, nousobtiendrions le mme effet savoir un dplacement en senscontraire.

Cette force, appele Force de Laplace est quantifiepar la formule

F = I B l sin


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Application la plus clbre : le moteur lectrique et lehaut-parleur lectrodynamique. Celui-ci estconstitu d'une bobine pouvant coulisser entre lesples d'un aimant. La bobine est solidaire de lamembrane du HP. Quand la bobine est alimente,celle-ci est soumise une force de Laplace qui la faitde dplacer et ce dplacement cre des ondes de

pression que nous entendons.

Avec F en newtonI en AmpreB en Teslal en mtre (longueur du dplacement)

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