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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