L’électromagnétisme

Lien entre électricité et électromagnétisme

O L’électromagnétisme constitue l’ensemble des phénomènes résultant de l’interaction entre l’électricité et le magnétisme

O Il existe un lien très étroit entre ces 2 concepts puisque…O la circulation du courant électrique dans

un fil génère un champ magnétique (CM)O dans certaines conditions, un CM peut

générer un courant électrique

Le CM produit par l’électricité dynamique

O Lorsque qu’un courant électrique circule dans un fil, il se crée instantanément un champ magnétique autour de ce fil

O Le champ magnétique existe tant et aussi longtemps que le courant circule et disparait aussitôt que le courant cesse de circuler

Description de la forme du CM autour d’un fil droit

O Ce champ magnétique est représenté par un ensemble de cercles concentriques dont les centres se situent exactement sur le fil

O En réalité ces cercles sont plutôt des cylindres qui enveloppent le fil, mais la coupe transversale révèlera des cercles

Forme du CM autour du fil droit

Fil traversant un plan

Sens des lignes de CMO Première règle de la main droite

(PRMD)O Le pouce pointe dans le sens

conventionnel de circulation du courant dans le fil droit (borne + vers borne -)

O Les autres doigts de la main s’enroulent dans le sens de rotation des lignes de CM

O Les lignes de CM sortent toujours d’un pôle « N » pour entrer dans un pôle « S »

La PRMD

Inversion de la polarité de la source

O Si on inverse la polarité de la source d’alimentation, le sens des lignes de force du CM est inversé, mais la forme du champ demeure la même

La boussole autour du fil

O Les lignes sortent encore et toujours du pôle « N » pour entrer dans le pôle « S »

O http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Elec/Champs/topoB.html Animation aimant fil droit solénoïdes

O http://www.youtube.com/watch?v=CfUCOlMoQvE vidéo première règle main droite 3 min 25

Intensité du CMO Plus on s’éloigne du fil, moins le CM

est intenseO Plus la valeur du courant qui circule

dans le fil (le nombre d’ampères) est élevée, plus le CM est intense

CM d’un solénoïdeO Un solénoïde est une bobine constituée

de plusieurs enroulements (appelés des « spires ») de fil conducteur

O L’augmentation du nombre de tours de fil a comme effet une augmentation importante de l’intensité du CM

O Pour mettre en évidence un CM on utilise de la limaille de fer (de petits grains de forme allongée qui s’alignent parallèlement aux lignes de CM)

CM autour d’un solénoïde tel que révélé par la limaille de fer

Un solénoïde et son CM

Forme du CM d’un solénoïde : comme celui d’un aimant droit

Sens des lignes de CM: deuxième règle de la main droite (DRMD)

O Les doigts s’enroulent dans le sens conventionnel du courant qui parcourt le solénoïde et le pouce pointe vers le pôle Nord du solénoïde

La DRMD

Orientation des lignes de CM dans un solénoïde (DRMD)

Orientation des lignes de champ magnétique

Attraction ou répulsion?

O Y aura-t-il répulsion ou attraction entre l’aimant et le solénoïde?

O Attraction!

En résumé

Avantages des solénoïdes sur les aimants droits

O Contrairement à l’aimant, le CM d’un solénoïde peut être « allumé » ou « éteint » à volonté

O Le sens des lignes du CM peut être inversé à volonté simplement en inversant le sens du courant dans le solénoïde, ce qui n’est pas possible avec un aimant droit

O On peut modifier l’intensité du CM d’un solénoïde (en jouant sur l’intensité du courant qui circule dans son fil)

O Pour toutes ces raisons, les solénoïdes sont extrêmement répandus dans les objets technologiques

3 façons de modifier l’intensité du CM d’un solénoïde

O Plus l’intensité du courant qui circule dans le solénoïde est grande, plus le CM est intense (augmenter le courant)

O Plus le nombre de spires est élevé, plus le CM est intense (augmenter le nombre de spires)

O L’insertion d’une tige de métal ferromagnétique (un noyau) à l’intérieur du solénoïde augmente l’intensité du CM (insérer un noyau de substance ferromagnétique)

L’électroaimant

Il s’agit d’un solénoïdeà l’intérieur duquel on ainséré un noyau (unetige cylindrique) faitd’une substanceferromagnétique

électroaimant

solénoïde

Électroaimant d’une grue

Intérieur de l’électroaimant d’une grue

O On sait déjà qu’un courant électrique génère un champ magnétique (fil droit, solénoïde).

O En faisant l’opération inverse, c. à.-d. créer un courant électrique à partir d’un champ magnétique, on fait ce que l’on nomme l’induction électromagnétique. Le principe: faire varier un champ magnétique autour d’un conducteur.

L’induction électromagnétique

2 façons de faire de l’induction électromagnétique

O Pour qu’un CM puisse générer un courant électrique dans un conducteur, son intensité doit varier.

O Il suffit donc…O Soit de déplacer le conducteur à

l’intérieur du CM de l’aimant.O Soit de déplacer l’aimant autour du

conducteur.

Améliorer l’induction électromagnétique

O L’induction électromagnétique consiste donc à générer un courant électrique dans un conducteur en faisant varier l’intensité d’un CM par rapport à ce conducteur

O L’induction électromagnétique produira un courant d’autant plus élevé que le CM est intense et que sa vitesse de variation est rapide

L’induction électromagnétique dans nos vies

O C’est la façon de produire de l’électricité à grande échelle sur notre planèteO Centrales hydroélectriques,

thermiques, nucléaires, éoliennes, etc.

O http://www.nbpower.com/html/fr/safety_learning/learning/electricity_generated/hydro/hydro.html animation centrale hydrélectrique

O https://www.youtube.com/watch?v=d_aTC0iKO68 anglais moteur générateur 2 min