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Introduction lElectromagntismeNotions / Grandeurs / UnitsBas sur
le FET, Electrotechnique, Fascicule 3, ISBN 2-940025-16-9,
Suisse
s.bolay, Electronicien Mult 2, CFPs-EMVs, 2011
Les aimants
Aimants naturels:
oxydes de fer (la magntite)
Aimants artificiels: alliages
alnico [acier/aluminium/nickel/cobalt];
ferrites durs [oxydes de fer/oxydes de cobalt]
Proprits:
soriente toujours dans la mme direction si on vite toute prsence
proche du courant lectrique ou dautre aimant.
par convention, lextrmit qui dsigne le nord gographique, est
appele ple nord et lextrmit oppose ple sud.
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Loi des ples
Lexprimentation montre:
deux ples de mme nom se repoussent
deux ples de noms contraires sattirent
en partageant un aimant en deux, on obtient deux demi-aimant
ayant les mmes proprits.
laimantation est une proprit de la particule lmentaire:
latome.
Le champ magntique
Dfinition:
Lespace situ autour dun aimant et dans lequel se produisent les
effets magntiques est appel champ magntique.
Le spectre magntique est la mise en vidence par exemple laide de
limaille de fer du champ magntique.
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Proprits des lignes de champ magntique
Elles sont orientes du nord vers le sud lextrieur de
laimant;
Elles forment des courbes fermes et non interrompues.
En un point de lespace, il ne passe quune seul ligne de champ,
ce qui implique que deux lignes de champ ne se croisent jamais.
Le Flux Magntique
Le flux magntique (phi) est lensemble des lignes de champ
produites par un aimant ou un lectroaimant.
Il sexprime en webers [Wb].
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Linduction magntique
Il est souvent utile de connatre quelle est la grandeur du flux
magntique par unit de surface. Le rapport du flux magntique sur la
section est appele: induction magntique.
Linduction magntique est le nombre de lignes de champ magntique
par unit de surface.
Linduction magntique B sexprime en teslas [T].
B =
A
B induction magntique [T] flux magntique [Wb]A surface
perpendiculaire au flux [m2]
LElectromagntisme
Lorsquun courant circule dans un conducteur, il produit un champ
magntique.
Pour dterminer le sens de rotation du champ magntique autour du
conducteur on utilise la rgle de la main droite (le pouce indiquant
le sens du courant).
http://www.epsic.ch/pagesperso/schneiderd/Magnb/Corpus_Magn.htm
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Relation flux magntique et courant lectrique
Sur deux conducteurs parallles parcouru par un courant de mme
sens s'exercent des forces qui tendent rapprocher les
conducteurs.
Sur deux conducteurs parallles parcouru par un courant de sens
contraire s'exercent des forces qui tendent loigner les
conducteurs.
http://www.epsic.ch/pagesperso/schneiderd/Magnb/Corpus_Magn.htm
http://www.epsic.ch/pagesperso/schneiderd/Magnb/Corpus_Magn.htm
Champ magntique dune spire
Au centre de la spire, les lignes de champ sont pratiquement des
droites.
Proche du conducteur, les lignes de champ se courbent de plus en
plus et forment des cercles autour du conducteur.
La dtermination du sens des lignes de champ respecte l encore la
rgle de la main droite.
X signifie que le courant entre dans le conducteur (arrire de la
flche)
signifie que le courant sort du conducteur (pointe de la
flche)
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Champ magntique dune bobineBobine sans noyau
Le spectre magntique dune bobine ressemble celui dun aimant
droit.
Pour le sens des lignes de champ, la mme rgle que celle de la
spire est applicable.
Champ magntique dune bobineBobine avec noyau (lectroaimant)
En pratique, on munit souvent le bobines dun noyau magntique
(fer doux).
Le champ magntique de la bobine est ainsi multipli par la
prsence des aimants lmentaires du noyau.
Le noyau joue donc le rle dun amplificateur de champ
magntique.
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Excitation magntique
On parle d'excitation magntique (ou force magntomotrice)
lorsqu'on a affaire un enroulement (bobine, transformateur,
etc.).
L'excitation magntique () se calcul en faisant le produit du
courant par le nombre de tours du conducteur autours du noyau. Son
unit est l'ampre [A].
excitation magntomotrice [A]N nombre de spires [-]I intensit du
courant [A]
= N I
1. Dans l'ancien temps, l'unit du tours tait symbolise par la
lettre t. Donc l'unit de l'excitation magntique tait des ampres
tours [At].
2. Plus la valeur de est grande, plus le champ, le flux ou la
force magntique seront grands.
Intensit du champ magntique(ou solnation)
Lintensit du champ magntique (H) reprsente la force
magntomotrice dun circuit magntique par mtre de longueur et
sexprime en ampres par mtre [A/m].
H intensit du champ magntique [A/m] excitation magntomotrice [A]
longueur des lignes de champ du
circuit magntique [m]
H =
l
H intensit du champ magntique [A/m]N nombre de spires [-]I
intensit du courant [A] longueur des lignes de champ du
circuit magntique [m]
H =N I
l
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Induction dynamique, tension induite (FEM) par le mouvement.Il y
a production dune tension induite dans un circuit aussi longtemps
que le conducteur coupe des lignes de champ magntique variable.
En approchant ou en loignant un aimant dune bobine laiguille du
galvanomtre dvie. Il y a cration dune tension induite.
S N
Induction dynamique, tension induite (FEM) par le mouvement.Il y
a production dune tension induite dans un circuit aussi longtemps
que le conducteur coupe des lignes de champ magntique variable.
En approchant ou en loignant un aimant dune bobine laiguille du
galvanomtre dvie. Il y a cration dune tension induite (dplacement
mcanique).
E force lectromotrice induite [V]B induction magntique [T]
longueur active du conducteur [m]v vitesse de dplacement [m/s]
E = B l v
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Induction statique, tension induite (FEM) par la variation du
flux.
Il y a production dune tension induite dans un circuit aussi
longtemps quil est soumis une variation de flux. (loi de
Faraday).
En variant la tension (courant) du primaire dun transformateur,
on cre un champ magntique variable dans le noyaux. Par rpercussion,
il y a cration dune tension induite dans le bobinage secondaire
(sans dplacement mcanique).
E force lectromotrice induite [V]N nombre de spires [-]
variation du flux [Wb]t dure de la variation du flux [s]
E = N
t
A lapproche du ple nord de laimant, le courant induit produit un
ple nord la bobine induite, sopposant ainsi laugmentation du flux
travers la bobine.
Le rsultat est le mme si laimant est immobile et que la bobine
se dplace.
Sens du courant induit:augmentation du flux
Le courant inducteur produit du cot induit des effets qui
sopposent aux changements.
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En loignant le ple nord de laimant, le courant induit produit un
ple sud, sopposant ainsi la diminution du flux.
Le rsultat est le mme si laimant est immobile et que la bobine
se dplace.
Sens du courant induit:diminution du flux
Le courant inducteur produit du cot induit des effets qui
sopposent aux changements.
Loi de Lenz:
Le sens du courant induit est tel que le champ magntique quil
produit soppose toujours la variation
du flux qui lui donne naissance.
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Self-induction
Lorsquune bobine est soumise des variations de courant (donc de
flux), elle est le sige dune tension induite qui tend sopposer ces
variations. Ce phnomne est appel self-induction (ou
auto-induction).
La tension qui soppose ces variations est appele force
contre-lectromotrice E (ou FCEM)
Self-induction
La FCEM est dautant plus grande que la variation de lintensit du
courant est rapide et que le coefficient de self-induction ou
inductance est grand.
Linductance dune bobine reprsente la force contre-lectromotrice
produite par une variation de courant pendant un temps donn.
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Induction dune bobine sans noyau ferromagntique
Linductance dune bobine sans noyau dpend de lintensit du champ
magntique et de la constante de permabilit dans le vide 0.La
constante 0 est caractristique du milieu dans lequel se dveloppent
les lignes de champ.
Symbole de la bobine:
La permabilit magntique 1/2La permabilit magntique d'un matriau
est dfinie comme le rapport entre la norme de l'induction magntique
(B) et celle du champ magntique (H) appliqu au matriau.
B0 induction dans lair [T]0 permabilit du vide [Tm/A]H intensit
du champ magntique [A/m]
B0 = 0 H
Pour des champs suffisamment grands, ce rapport n'est pas
constant et tend vers 0. Il peut tre vu comme la permabilit
magntique intrinsque du vide. Cette constante physique (constante
magntique), est galement nomme permittivit magntique du vide.
0 = 4 pi 107
1.25 106Tm
A
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Induction dune bobine avec noyau ferromagntique
(lectroaimant)
Linduction dun lectroaimant dpend de la matire dans laquelle se
trouve le champ magntique.
Laugmentation dinduction est caractrise par un facteur
damplification appele permabilit relative r.Llectroaimant est la
principale application de la bobine avec noyau
Symbole de la bobine avec noyau:
La permabilit magntique 2/2Linduction dun lectroaimant est de ce
fait dtermine par la permabilit du vide, la permabilit relative et
lintensit du champ magntique.
B induction dans llectroaimant [T]r permabilit relative [-]0
permabilit du vide [Tm/A]H intensit du champ magntique [A/m]
B = r 0 H
= r 0
permabilit absolue [Tm/A]r permabilit relative [-]0 permabilit
du vide [Tm/A]
Matire Permabilit relative rFer doux 10000
Fer-Silicium 20000
Fer-Nickel 90000
Valeurs usuelles (indicatives)
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Dfinition de lunit de linductance
1 Henry est linductance lectrique dun circuit ferm dans lequel
une force lectromotrice de 1 volt est induite lorsque le courant
lectrique qui parcourt le circuit varie uniformment la raison de 1
ampre/seconde.
L inductance [H] permabilit absolue du noyau [Tm/A]N nombre de
spires de la bobineA section du noyau [m2] longueur active du
conducteur [m]
L =N2A
l
E= L
I
t
E' force contre-lectromotrice [V]L inductance [H]I variation de
lintensit du courant [A]t dure de la variation [s]
Enclenchement dune inductance en courant continu
0
25
50
75
100
0 1 2 3 4 5
I [%
]
t [s]
=L
R
I =U
R
i = I(1 et
)
On constate avec la courbe ci-dessus que le courant dans une
bobine est en retard sur la tension.
63%
86%
95% 98% 99%
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