introduction - sitew.com

28
Cahier N°2 – V 1.1 - 2014 L’électromagnétisme 1 2.1 Introduction L’électromagnétisme étudie les actions réciproques des courants électriques et des champs magnétiques. A partir du 18 ème siècle, plusieurs physiciens ont cherché à comprendre et établir la relation entre l’électricité et le magnétisme. 2.2 Champ magnétique produit par un fil rectiligne C’est en 1820 que le physicien danois, Hans Christian Oersted s’aperçoit qu’une aiguille aimantée placée à proximité d’un fil électrique parcouru par un courant continu est déviée. Il venait ainsi d’établir qu’un courant électrique produit un champ magnétique. A proximité d’un segment de fil rectiligne, l’aiguille se place de façon à être tangente à une circonférence autour de lui, dans un plan perpendiculaire comme le montre la figue suivante : Ceci veut dire que le courant qui circule dans le fil produit un champ magnétique dans l’espace qui l’entoure (comme un aimant) et que ce champ magnétique à la direction de l’aiguille aimantée. Pour se souvenir du sens de H on applique la règle du tire-bouchon : On prend le fil dans sa main droite, pouce pointé dans le sens du courant, les doigts entourent alors le fil dans le sens du champ magnétique.

Upload: others

Post on 31-Oct-2021

13 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 1

2.1 Introduction

L’électromagnétisme étudie les actions réciproques des courants électriques et des

champs magnétiques. A partir du 18ème siècle, plusieurs physiciens ont cherché à

comprendre et établir la relation entre l’électricité et le magnétisme.

2.2 Champ magnétique produit par un fil rectiligne

C’est en 1820 que le physicien danois, Hans Christian Oersted s’aperçoit qu’une

aiguille aimantée placée à proximité d’un fil électrique parcouru par un courant

continu est déviée.

Il venait ainsi d’établir qu’un courant électrique produit un champ magnétique.

A proximité d’un segment de fil rectiligne, l’aiguille se place de façon à être

tangente à une circonférence autour de lui, dans un plan perpendiculaire comme le

montre la figue suivante :

Ceci veut dire que le courant qui circule

dans le fil produit un champ magnétique

dans l’espace qui l’entoure (comme un

aimant) et que ce champ magnétique à la

direction de l’aiguille aimantée.

Pour se souvenir du sens de H on

applique la règle du tire-bouchon : On prend le fil dans sa main droite, pouce pointé dans le sens du courant, les doigts entourent alors le fil dans le sens du champ magnétique.

Page 2: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 2

Champs autour de conducteurs – vue en coupe

Les lignes du champ magnétique forment des cercles dont le fil est le centre.

Le champ existant en un point, à une distance « d » prise perpendiculairement à ce

fil vaut :

Avec pour unités :

[ H ] = A/m

[ d ] = m

[ I ] = A

2.3 Champ magnétique produit par une spire

Si un conducteur parcouru par un courant à la forme d’une spire, le champ

magnétique circule autour de lui ainsi qu’à travers le plan de la spire.

On retrouve le champ matérialisé par les lignes de forces concentriques dont la

figure ci-dessous ne représente qu’un plan passant au centre de la spire :

Page 3: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 3

Le sens du champ magnétique est donné par la règle du tire-bouchon.

Le champ total vaudra au centre de la spire :

Le rayon de la spire est donné par r et est exprimé en mètres.

2.4 Champ magnétique produit par une bobine plate

Si on bobine des spires côte à côte, on renforce le champ magnétique. Les champs

produits par chaque spire se renforcent mutuellement.

L’intensité du champ magnétique de cette bobine plate ayant un nombre de spires

« N » et un rayon « r », sera au centre O de la bobine :

Autre détermination des pôles d’une bobine On regarde une des faces et on examine le courant :

Page 4: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 4

2.5 Champ magnétique produit par une bobine longue

(solénoïde)

En considérant que la longueur « l » du solénoïde est beaucoup plus grande que son

rayon, les lignes de champ sont parallèles et le champ est uniforme à l’intérieur de

la bobine.

Pour un solénoïde de nombre de spire « N » et de longueur « l », on a :

Avec pour unités :

[ H ] = A/m

[ l ] = m

[ N ] = nombre de spires

Page 5: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 5

2.6 Force magnétomotrice

La force magnétomotrice est la force capable de faire sortir les lignes de force du

pôle nord d’un électro-aimant ou d’un solénoïde.

La force magnétomotrice se définit par le produit du nombre de spires et du

courant circulant dans le solénoïde. On a donc :

F = N.I

Avec pour unités :

[ I ] = A

[ N ] = nombre de spires

[ F ] = At (Ampère Tour)

La force magnétomotrice est comparable à la F.E.M. d’un circuit électrique.

Sur base de cette nouvelle définition, l’intensité du champ magnétique devient :

L’intensité du champ magnétique est la force magnétomotrice « N.I » par unité de

longueur « l » et s’exprime en At/m.

Production d’un flux magnétique

o Appliquer une tension continue « U » aux bornes d’un solénoïde, il se crée

un courant « I » limité par la résistance interne « R » de la bobine.

o Ce courant génère une force magnétomotrice « F »

o Cette force associée à la longueur du bobinage délivre une intensité de

champ magnétique « H »

o Cette intensité de champ magnétique traversant la perméabilité d’un

corps (ici l’air) délivre une induction « B »

o Cette induction associée à la section « S » de la bobine délivre un flux

« Φ ». Le flux est donc comparable au courant électrique.

Ainsi :

U/R ~ I.N ~ F /l ~ H.μ0.μr ~ B.S ~ Φ

Page 6: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 6

2.7 Le solénoïde en pratique

Le solénoïde aussi appelé bobine, self ou inductance peut être bobiné dans l’air ou

entourer un noyau ferromagnétique d’une perméabilité donnée et de forme

spécifique.

Ce noyau peut être un simple barreau ou un circuit magnétique fermé sur lui-même.

Le noyau en forme de tore en est un exemple.

o Calcul de l’inductance propre d’un solénoïde

L’inductance d’un circuit est définie par le rapport entre le flux total vu par le

bobinage (composé de N spires) divisé par le courant d’excitation :

o Energie stockée dans une self

Le travail nécessaire pour accroître le courant de 0 à I dans une self vaut :

Avec pour unités :

[ I ] = A

[ L ] = H (Henry)

[ W ] = J (Joule)

Page 7: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 7

2.8 Conservation du flux

On définit un tube de champ comme l’ensemble des lignes de champ contenues dans

un contour « C »

Soit S1 et S2 les sections droites du tube de champ, le flux embrassé par la section

1 est identique à celui de la section 2 soit :

Φ = B1.S1 = B2.S2

C’est la conservation du flux.

On peut généraliser ce principe en disant qu’au sein d’un volume fermé, le flux

entrant est égal au flux sortant, par exemple :

En appliquant la loi de conservation du flux, on obtient :

Φ = B1.S1 = B2.S2 + B3.S3

Page 8: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 8

2.9 Règle du flux maximum

Expérience : On approche près d’une bobine plate mobile, alimentée par un courant I, un aimant :

La bobine se rapproche de l’aimant de manière à embrasser le flux maximum.

Si on place deux bobines en face de l’autre et qu’elles sont parcourues par une

intensité I, celles-ci se positionnent de manière à embrasser aussi le flux maximum.

Définition :

Tout conducteur délimitant une surface, parcouru par un courant et placé dans un

champ magnétique tend à s’orienter de façon à ce que le flux au travers de la

surface soit maximum (en valeur absolue et positif).

Réluctance

Tout comme un courant électrique dans un circuit fermé subit une opposition à son

passage appelée résistance, le flux subit une opposition tout le long du circuit

magnétique. Cette opposition s’appelle « réluctance ».

Page 9: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 9

Avec pour unités :

[ L ] = m (longueur moyenne du circuit magnétique)

[ S ] = m2

[ R ] = At/Wb

[ μ0 ] = perméabilité du vide, soit 4 π.10-7 H/m (Henry/mètre)

[ μr ] = perméabilité relative du milieu (μr=1 pour l’air et le vide).

2.10 Loi d’Hopkinson (loi d’Ohm des circuits magnétiques)

En combinant la force magnétomotrice à la réluctance, on obtient la relation

d’Hopkinson :

F = R. Φ

La réluctance ne dépend que des caractéristiques géométriques (Longueur et

section) et de la perméabilité du circuit magnétique.

La force magnétomotrice représente l’excitation magnétique qui va générer le flux

au sein du circuit magnétique mais qui est indépendante du circuit et de ses

caractéristiques. On est dans le cas analogue d’un générateur de tension qui débite

dans une résistance et qui génère un courant.

Analogie Magnétique – Electrique

A tout circuit magnétique on peut affecter une représentation électrique

permettant d’étudier le circuit magnétique à l’aide de la relation électrique.

Les lois de Kirchoff relatives aux mailles et aux noeuds s’appliquent également aux

circuits magnétiques.

Page 10: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 10

o Exemple d’application de la loi d’Hopkinson

Exercice d’application

Page 11: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 11

2.11 Perméabilité des corps ferromagnétiques

Les matériaux ferromagnétiques sont essentiels pour l’électrotechnique. Ils se

basent sur l’utilisation du Fer, Cobalt, Nickel et leurs alliages.

La courbe ci-dessous donne un ordre de grandeur et l’évolution de la perméabilité

relative pour trois matériaux en fonction de l’induction magnétique qui les

traversent.

La perméabilité relative d’un matériau n’est pas constante, elle varie avec la

température mais surtout avec la valeur du champ magnétique qui est appliquée au

matériau. Cela implique que la relation entre B et H peut se complexifier.

2.12 Courbe de 1ère aimantation d’un matériau

Cette courbe montre comment le matériau ferromagnétique (non aimanté) réagit à

l’excitation magnétique H lorsqu’elle est appliquée pour la 1ère fois :

Page 12: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 12

o On distingue deux zones importantes dans la courbe B = f (H)

La zone linéaire : dans cette zone B = μ0.μr.H avec la perméabilité μr

constante. C’est la zone qui est généralement exploitée pour les

transformateurs et les machines tournantes.

La zone de saturation : Lorsque H devient trop grand, B ne varie presque

plus. Le matériau est dit saturé. On a toujours B = μ0.μr.H, mais μr n’est plus

constant, « il s’écroule ». B tend vers le champ de saturation Bs.

2.13 Cycle d’hystérésis

C’est la courbe B = f (H) lorsque le corps ferromagnétique possède déjà une

aimantation.

En bleu : la courbe de 1ère aimantation

En rouge : la courbe d’hystérésis

o Induction rémanente ± Br : champ qui subsiste lorsque H=0 ( I=0)

o Champ coercitif ± Hc : excitation H nécessaire pour annuler le champ

rémanent ± Br

Page 13: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 13

o Hystérésis : c’est le dédoublement de la caractéristique B = f (H) du

matériau magnétique. B dépend de H mais aussi de l’aimantation antérieure.

Les substances ferromagnétiques sont donc douées de mémoire.

Le cycle d’hystérésis a pour conséquence :

Il subsiste une induction rémanente Br lorsqu’on annule l’excitation. Si l’on souhaite

annuler Br, il faut inverser le champ d’excitation H, on appelle la valeur de ce

champ, le champ coercitif Hc.

Voici l’évolution de la courbe B = f (H) pour différentes amplitudes d’excitation :

2.14 Classification des matériaux magnétiques

Matériaux durs

- Forte aimantation rémanente

difficile à annuler (Hc grand)

- Cycle d’hystérésis très large

(104 < Hc < 106 A/m)

- Utilisé comme aimants permanents.

Matériaux doux

- Faible aimantation rémanente

facile à annuler (Hc petit)

- Cycle d’hystérésis très petit

(10-2 < Hc < 100 A/m)

- Utilisé pour transformateurs et

machines tournantes.

Ferrite (Oxyde de

Fer)

Saturation : 0,6 T

Br = 0,4 T

Hc = 200 kA/m

Samarium-Cobalt

Saturation : 1 T

Br = 0,8 T

Hc = 500 kA/m

FeSi 3,5 % de Si

Saturation : 2 T

Br = 0 - Hc = 0

μr = 7000 à 50 Hz

FeSi à grains orientés

Saturation : 3 T

Br = 1,4 T

Hc = 8 A/m

μr > 40000 à 50 Hz

Page 14: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 14

2.15 Applications industrielles de l’électromagnétisme

o L’électro-aimant

o Le contacteur

o Le transformateur

o Le moteur

Page 15: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 15

2.16 La force électromagnétique (force de Laplace)

L’expérience de Oersted nous indique qu’un courant électrique exerce une force sur

un aimant (aiguille d’une boussole). En vertu du principe action = réaction (3ème loi de

Newton) on peut s’attendre qu’un aimant exerce en retour une force sur un

conducteur parcouru par un courant.

L’existence de cette force se vérifie par l’expérience suivante :

Un conducteur de longueur « l » et placé dans un champ magnétique d’induction « B » et parcouru par un courant I, subit une force appelée force de Laplace.

L’orientation de la force peut être déduite par la règle de la main droite

- Les doigts s’alignent et pointent

dans la direction du courant

- Les doigts se plient ensuite à 90°

afin de s’aligner dans le sens NS

de l’induction magnétique. Ce

mouvement peut amener à orienter

différemment la paume de la main

- Le pouce levé indique le sens de la

force.

Page 16: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 16

Pour un conducteur perpendiculaire aux lignes du champ magnétique, on a :

F = B.I.L

Avec pour unités :

[ L ] = m (longueur du conducteur en mètres)

[ I ] = A

[ B ] = T

[ F ] = N

Si le fil fait un angle θ avec le champ magnétique, l’intensité de la force est

proportionnelle au sinus de cet angle.

F = B.I.L sin θ

2.17 Discussion et exercices

o Force de Laplace

En se basant sur la figure de gauche quel

est le sens et la direction de la force ?

Si on inverse le courant ou le champ ?

Si on inverse le courant et le champ ?

Page 17: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 17

o Efforts Electro-dynamiques

Décrire l’origine des efforts Electro-dynamiques exercés sur les conducteurs de

distribution de courant électrique.

Déterminer la direction et le sens des forces exercées mutuellement par deux

conducteurs parallèles parcourus par un courant de même sens.

2.18 Forces agissant sur une boucle de courant

Considérons une boucle rectangulaire de côté « a » et « b », parcourue par un

courant I et pivotant sur un axe sur un axe vertical passant par son centre.

Déterminer le sens, la direction et le point d’application des forces qui s’exercent

sur le chacun des côtés de la boucle.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Page 18: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 18

Que se passe t’il lorsque le courant est appliqué sur la boucle représentée dans la

position de la figure précédente ?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Lorsqu’on positionne la boucle perpendiculairement au champ magnétique que

constate-t-on ?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Lorsque la boucle dépasse la position et est inclinée de l’autre côté, que constate-t-

on ?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2.19 Le galvanomètre à cadre mobile

Cet appareil mesure le courant électrique, quelles lois fondamentales utilise-t-il et

comment fonctionne-t-il ?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Page 19: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 19

2.20 Le moteur électrique

Schéma de principe du moteur électrique :

Vérifiez le sens des forces en présence en utilisant la règle de la main droite.

Détail collecteur

Pour quelle raison utilise-t-on une

commutation faite de bagues et de

balais ?

Page 20: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 20

Dans ce montage, il n’y a pas qu’une seule boucle mais un grand nombre de boucles,

formant bobinage. Expliquer l’avantage de cette solution ?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2.21 La force de Lorentz

Nous avons vu qu’un fil parcouru par un courant, c’est-à-dire des charges

électriques en mouvement, subit une force lorsqu’il se trouve dans un champ

magnétique. On peut donc s’attendre à ce que des particules chargées qui se

déplacent librement soient elles aussi soumises à une force magnétique. C’est ce

qu’à démontré le physicien Néerlandais Lorentz.

Déviation faisceau d’électrons

Principe du tube cathodique

Page 21: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 21

2.22 L’induction électromagnétique (loi de Faraday)

Nous avons montré qu’un courant électrique produit un champ magnétique et que ce

dernier exerce une force sur une charge électrique en mouvement, donc sur un

courant. Il est donc normal de se demander si, à l’inverse, un champ magnétique

pouvait faire apparaître un courant électrique.

Michael FARADAY, physicien anglais, confirma cette intuition en 1831.

Expérience de Faraday

Faraday montra que l’apparition d’une f.é.m. induite dépend d’un mouvement d’un

aimant ou bien de la bobine.

Il constata que la f.é.m. produite est proportionnelle à la vitesse de variation du

champ et à la surface de la spire que celui-ci embrasse, ce qui s’écrit :

Avec pour unités :

[ Φ ] = Wb (Weber)

[ t ] = s

[ e ] = V

Page 22: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 22

Le signe négatif indique que la f.é.m. est de signe contraire à la variation du flux ∆Φ

Si le flux augmente, alors ∆Φ > 0 et e < 0 Si le flux diminue, alors ∆Φ < 0 et e > 0

2.23 Le courant de la f.é.m. induite (loi de Lenz)

Le physicien russe Lenz démontra que :

« La f.é.m. induite fait toujours apparaître un courant dont le champ magnétique s’oppose à la variation initiale du flux magnétique »

Discussion

Déterminer le sens des courants dans les 4 spires suivantes en appliquant la loi de

Lenz et la règle du Tire-bouchon.

De même, lorsqu’on produit le champ magnétique à l’aide d’une bobine à noyau, on

obtient une f.é.m. induite sur l’autre bobinage placé dans le prolongement du même

noyau. Cette f.é.m. sera influencée par la présence du noyau et le dimensionnement

physique et électrique de la bobine.

Page 23: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 23

2.24 Auto-induction (Self induction)

On peut ainsi définir « L », le coefficient d’auto-induction, appelé aussi inductance propre de la bobine

Avec pour unités :

[ Φ ] = Wb (Weber)

[ I ] = A

[ L ] = H (Henry)

L’inductance propre est fonction :

o De la géométrie de la bobine

o Du nombre de spires

o Du milieu magnétique

o De la forme du noyau (barreau, tore, C-Core)

En remplaçant la valeur de ∆Φ, de l’équation de « L » dans celle de la loi de

Faraday, on obtient la formule pratique de la Self induction :

Avec pour unités :

[ t ] = s

[ I ] = A

[ L ] = H (Henry)

[ e ] = V

Page 24: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 24

2.25 Le circuit RL série

Soit le circuit suivant:

Au départ le courant est nul dans le circuit et on place l’interrupteur en position 1

La tension appliquée sur le circuit RL fait naître un courant et donc une variation de

flux qui provoque une f.é.m. induite par self-induction dans « L ». Cette f.é.m. ainsi

que la résistance R1 s’opposent au passage du courant ce qui a pour résultat une

croissance progressive du courant dans le circuit. Cette croissance se présente

comme suit :

Cette figure montre la croissance exponentielle du courant en % de la valeur finale

qui correspond à la valeur maximum du courant pouvant s’établir dans le circuit.

C’est-à-dire Imax = U / R1 + Rself

Page 25: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 25

Le temps après lequel la valeur du courant dans le circuit a atteint 0,63.Imax

s’appelle la constante de temps (exprimée en secondes)

On admet en pratique que le courant Imax atteint sa valeur finale après un temps

égal à 5.L/R ou après 5.

Si ensuite on bascule l’interrupteur en position 2, on obtient le graphe suivant :

La self épuise son énergie stockée en s’opposant à la diminution du courant dans le

circuit. C’est la f.é.m. de self-induction qui sert de source de tension permettant

d’entretenir le courant dans le circuit RL.

Si l’énergie de la self n’était pas dissipée de cette manière, on retrouverait à ses bornes, au moment de la coupure du courant une f.é.m. de self-induction très élevée pouvant entraîner des effets destructifs.

Au bout de la constante de temps , il ne reste que 0,63.Imax .

Après un temps de 5., la self aura épuisé complètement son énergie.

Page 26: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 26

2.26 Synthèse Lois de Faraday et Lenz

2.27 Courants de Foucault – Frein de Foucault

Prenons l’exemple d’une roue conductrice en rotation placée dans un champ

magnétique agissant seulement sur une partie de la surface. La rotation de la plaque

induit l’apparition d’une f.c.é.m. dans cette zone puisque le conducteur se déplace.

Ces courants liés à cette f.c.é.m. se mettent donc à circuler comme représenté

dans la figure b). Ces courants sont appelés courant de Foucault et ils exercent

une force qui a tendance à s’opposer à la rotation de la roue. Ces courants

produisent aussi un dégagement de chaleur par effet joule. Ils sont aussi présents

dans les circuits magnétiques soumis à des champs variables. Pour éviter

l’échauffement dû aux courants de Foucault, les circuits magnétiques ne sont pas

réalisés en blocs métalliques pleins, mais en blocs métalliques laminés (c’est-à-dire

constitués d’une superposition de feuilles métalliques isolées les unes des autres).

Page 27: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 27

2.28 EXERCICES

1. Calculer l’induction magnétique dans l’air à une distance de 1 cm mesurée

perpendiculairement à un conducteur de grande longueur et parcouru par un

courant de 1 A ?

Si on positionne, à 1cm, une boussole dont l’aiguille est dans le même plan que le

conducteur lorsque le courant y est nul, quel sera l’angle de déviation de la

boussole lorsque on applique le courant de 10 A ?

(L’induction magnétique terrestre, applicable sur l’aiguille de la boussole est de

20 μT)

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

2. Déterminer la valeur de l’induction magnétique si un solénoïde a une longueur de

5 cm, contient 1000 spires et est parcouru par un courant de 6 A ?

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

3. Un solénoïde mesurant 32 cm de longueur et 1,2 cm de diamètre doit produire

un champ magnétique de 0,2 T en son centre. Combien de spires doit-il

comporter s’il est parcouru par un courant de 3,7 A ?

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

4. Un circuit magnétique de forme torique a les caractéristiques suivantes :

Longueur moyenne du circuit : 20 cm,

Section droite constante : 5 cm2

Perméabilité relative : μr = 1000

Page 28: Introduction - SiteW.com

Cahier N°2 – V 1.1 - 2014

L’électromagnétisme 28

a) Quelle est la réluctance du circuit ?

b) Calculez la force magnétomotrice qui permet d’obtenir à l’intérieur du

circuit un flux de 6 mWb.

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

5. Un circuit magnétique canalise un flux magnétique de de 75 mWb. La

réluctance du circuit magnétique est = 20 kA/Wb

a) Quelle est la force magnétomotrice qui crée ce flux ?

b) Quelle est l’intensité I du courant traversant les N spires de

l’enroulement qui entoure le circuit magnétique ? On donne N=500 spires.

c) Le circuit magnétique est torique de rayon moyen r=10 cm. Quelle est

l’excitation magnétique H à l’intérieur du circuit ?

d) Calculer le champ magnétique B à l’intérieur du circuit sachant que la

section droite s du tore est égale à 10 dm2 ?

e) Déterminer la perméabilité relative du matériau constituant le circuit ?

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

6. Une self de puissance est parcourue par un courant de 1000A, ce qui produit un

flux total de 1 Wb dans son noyau. Quelle est l’inductance propre L de la self et

quelle énergie a-t-elle emmagasinée ? Si on interrompt le courant dans la self en

le faisant décroître jusque la valeur zéro en 10 μs, calculez la tension induite

aux bornes de la self ?

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................