Le canon magnétique - mines2010-26

Le canon magnétique
 Fonctionnement du canon :
Le principe est simple, le canon utilise le champ magnétique crée
dans une bobine fait de fil de cuivre entouré autour d’un tube de
plastique (crayon bic vide) nous avons fait 502 tours de fil. Le fil est
connecté à une source de courant comme le présente la photo cidessous, le champ magnétique crée suis le courant donc crée un
mouvement si on introduit un objet magnétique du coté où le courant
arrive. Donc en mettant une vis a cette extrémité et une petit bille a l’autre
la vis agit comme percuteur et propulse la bille.
 Calcul de la valeur de la bobine créée :
a = rayon de la bobine en cm = 0,4 cm
b = longueur de la bobine en cm = 96 cm
n = nombre de spires = 502
k = coefficient donné par le tableau = 1
L = inductance en µH = ?
 Formule :
L = (0,0395 x a2 x n 2 x k) / b
L = (0,0395 x 0,4cm2 x 5022 x 1) / 96cm
L = 16,59 mm Henry
 Utilisation du magnétisme dans le domaine électrique :
Dès le VIe siècle av. J.-C., les philosophes grecs décrivaient — et tentaient d'expliquer —
l'effet de minerais riches en magnétite. Ces roches étaient issues entre autres de la cité de
Magnésie : elle donna son nom au phénomène.
La magnétite, minerai présentant des propriétés magnétiques, intriguait déjà les Grecs il y
a 2 600 ans.
L'aiguille « Montre-sud » est mentionnée pour la première fois au XIe siècle par Chen
Koua et, même s'il y a des attestations de la connaissance de l'aimant en Chine2 dès le
IIIe siècle av. J.-C., le problème du magnétisme terrestre apparaît beaucoup plus tard.
L'utilisation de la boussole dans les techniques de navigation daterait du XIIe siècle et son
usage exact reste à préciser du fait d'une navigation essentiellement côtière à cette
époque2. Les boussoles faisaient usage du champ magnétique terrestre, qui se trouve être
aujourd'hui à peu près aligné avec l'axe de rotation terrestre, raison pour laquelle une
boussole, en indiquant le pôle magnétique, indique aussi (quoique approximativement) la
direction du pôle géographique terrestre.
En Occident, Pierre de Maricourt fut l'un des premiers à travailler sur le magnétisme et
publia son Epistola de magnete à peu près à la même époque que les savants chinois. Audelà du simple problème des priorités, il serait intéressant de savoir comment certaines
techniques ont pu voyager et s'il n'est pas possible que des développements parallèles, et
chronologiquement presque concomitants, se soient produits2.
Pour les encyclopédistes des Lumières3, « le magnétisme est le nom général qu’on donne
aux différentes propriétés de l’aimant ». Ils attribuent ses effets à une « matière subtile4,
différente de l’air » (parce que ces phénomènes ont également lieu dans le vide) qu’ils
appellent magnétique. Plus loin ils affirment que « c’est encore une question non moins
difficile que de savoir s’il y a quelque rapport entre la cause du magnétisme & celle de
l’électricité, car on ne connoît guère mieux l’une que l’autre. »
Jusqu'au début des années 1820, on ne connaissait que le magnétisme des aimants
naturels à base de magnétite. Hans Christian Ørsted montra en 1821 qu'un courant
électrique parcourant un fil influence l'aiguille d'une boussole située à proximité. Il fut
cependant incapable d'expliquer ce phénomène à la lumière des connaissances de
l'époque. La même année, Michael Faraday énonce la loi de Faraday, qui trace un
premier lien entre électricité et magnétisme.
En 1822, le premier moteur électrique est inventé : la roue de Barlow.
André-Marie Ampère proposa peu après une loi phénoménologique, aujourd'hui
démontrée dans le cadre général de l'électromagnétisme, appelé théorème d'Ampère, qui
relie le champ magnétique aux courants. Peu après, en 1825, l'électricien William
Sturgeon crée le premier électroaimant.
En 1873, James Clerk Maxwell unifie le champ magnétique et le champ électrique, au
sein de la théorie de l'électromagnétisme. Ce faisant, il découvre une incompatibilité entre
les lois de la mécanique classique et les lois de l'électromagnétisme. Ces dernières
prédisent que la vitesse de la lumière est indépendante de la vitesse d'un observateur par
rapport à la source qui émet la lumière, hypothèse incompatible avec les lois de la
mécanique classique.
En 1873, l'ingénieur belge Zénobe Gramme découvre le premier moteur électrique à
courant continu, utilisable à grande échelle.
En 1887, les Américains Albert A. Michelson et Edward Morley vérifient
expérimentalement (expérience de Michelson-Morley) les prédictions de Maxwell.
En 1905, Albert Einstein résout le paradoxe découvert par Maxwell en montrant que les
lois de la mécanique classique doivent en réalité être remplacées par d'autres lois, celles
de la relativité restreinte.
En 1933, Walther Meissner et Robert Ochsenfeld découvrent qu'un échantillon
supraconducteur plongé dans un champ magnétique a tendance à expulser celui-ci de son
intérieur (effet Meissner).
En 1944, Lars Onsager propose le premier modèle (dit modèle d'Ising) décrivant le
phénomène de ferromagnétisme.
En 1966, le docteur Karl Strnat découvre les premiers aimants samarium-cobalt, d'une
énergie phénoménale (18 à 30 MGOe)5.
En 1968 sont découverts les pulsars, cadavres d'étoiles extraordinairement denses, siège
des champs magnétiques les plus intenses existant aujourd'hui dans la nature (4×108 teslas
pour le pulsar du Crabe, par exemple).
En 1983, une équipe internationale crée des aimants néodyme-fer-bore, les plus puissants
aimants permanents connus à ce jour (35 MGOe soit environ 1,25 tesla5).
En 1998, une équipe russe crée un champ magnétique pulsé par une explosion qui atteint
2 800 T6.
Le 12 décembre 1999, une équipe américaine crée un champ magnétique continu d'une
intensité de 45 T7.
En 2006, des champs magnétiques pulsés ont atteint 100 T sans destruction8.
Aujourd’hui l’utilisation du magnétisme dans le domaine électrique est
beaucoup utilisée par exemple pour :
Dipôle :
Une bobine est un terme générique en électricité pour désigner un dipôle
formé de Beaucoup de spires de fil autour d'un noyau (dans notre cas un
tube de crayon bic). Ce noyau peut être vide ou en un matériel
conducteur (materiel ferromagnétique, afin d'augmenter la valeur de la
force magnétique.)
L'utilisation du magnétisme dans le domaine de l'électrique :
Disque dur :
On trouve des plateaux rigides en rotation. Chaque plateau est constitué
d'un disque réalisé généralement en aluminium, qui a les avantages
d'être léger, facilement usinable et non magnétique. Des techniques plus
récentes utilisent le verre ou la céramique, qui permettent des états de
surface encore meilleurs que ceux de l'aluminium. Les faces de ces
plateaux sont recouvertes d'une couche magnétique, sur laquelle sont
stockées les données. Ces données sont écrites en code binaire [0,1] sur
le disque grâce à une tête de lecture/écriture, petite antenne très proche
du matériau magnétique. Suivant le flux électrique qui la traverse, cette
tête modifie le champ magnétique local pour écrire soit un 1, soit un 0, à
la surface du disque. Pour lire, c'est le même principe qui est utilisé, mais
dans l'autre sens : le champ magnétique local engendre au sein de la
tête un flux électrique qui dépend de la valeur précédemment écrite, on
peut ainsi lire un 1 ou un 0.
Moteurs électriques :
Le premier moteur électrique fut construit par Peter Barlow : une roue, soumise à un
champ magnétique permanent, est parcourue par un courant électrique. Il s'exerce donc
une force sur cette roue, qui se met alors en rotation : c'est la roue de Barlow. Elle
constitue de fait le premier moteur électrique à courant continu.
Transformateur électrique :
Un transformateur électrique est un convertisseur, qui permet de modifier
les valeurs de la tension et de l'intensité du courant délivrées par une
source d'énergie électrique alternative en un système de tension et de
courant de valeurs différentes, mais de même fréquence et de même
forme. Il effectue cette transformation avec un excellent rendement. Il est
analogue à un engrenage en mécanique (le couple sur chacune des
roues dentées étant l'analogue de la tension et la vitesse de rotation étant
l'analogue du courant).
Référence :
Site : Wikipédia (le moteur électrique).
Wikipédia (Réalisation et calcul de self et bobinages).
Wikipédia (Champs magnétique)