04 Circuits magntiques

Les circuits magnétiques
Si on considère un solénoïde de grande
longueur à l'intérieur duquel nous introduisons
un noyau de fer et dans lequel nous faisons
varier le courant à partir de zéro. Pour
diverses valeurs du courant I, nous mesurons
l'intensité du vecteur induction magnétique B.
I. Vecteur excitation magnétique ()
Nous remarquons que le module du vecteur induction
magnétique B dans le fer est supérieur à celui dans le bois.
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Dans la deuxième phase nous remplaçons le
noyau de fer par un noyau de bois de même
dimension et nous mesurons l'intensité de
vecteur induction magnétique B pour les
mêmes valeurs des intensités du courant I.

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I.1. Définition
Nous appellerons excitation magnétique, l'expression  = .
dont la valeur commune
aux deux circuits ne dépend pas de la nature des noyaux.
H : l'excitation magnétique est exprimée en Ampère par mètre [A/m] ;
I : le courant est exprimé en Ampère [A] ;
l : la longueur du solénoïde est exprimée en mètre [m].
I.2. Relation entre excitation magnétique et champ magnétique
Le champ magnétique à vide peut être exprimé comme suit : = . = ..
, avec
le vecteur induction magnétique et vecteur excitation magnétique sont colinéaires.
μ0: la perméabilité est exprimée en Henry par mètre, elle est de l'ordre
de 4.10-7 [H/m].
II.1. La perméabilité relative
II. La perméabilité
Par définition, pour un champ magnétique la perméabilité relative μrd'une substance est le
quotient du champ magnétique qui y est produit par celui qui existerait dans le vide ou l'air.
=

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Ferromagnetisme :
- Les matériaux ferromagnétiques (Fe, Co, Ni et alliages) réagissent en renforçant très fortement
l’induction B : µr (perméabilité magnétique relative du matériau) peut valoir de 1000 à > 100000.
- Un morceau de fer vierge de toute aimantation contient un grand nombre de moments
magnétiques élémentaires µ orientés au hasard. Dès qu’on lui impose une excitation magnétique
H, une partie de ces moments s’aligne sur H, contribuant à augmenter l’induction B. Plus H est
élevé, plus il y a des moments magnétiques µ alignés avec H et plus B sera grand.
- Lorsque tous les moments sont alignés, on dit que le fer est saturé : toute augmentation ∆H de H
n’entraîne plus qu’une augmentation ∆ B=µ0 ∆H de l’induction.
- La valeur élevée de µr a une conséquence cruciale : l’induction "passe" µr fois plus facilement
dans le fer que dans l’air. Dès que l’on place un morceau de fer dans un lieu où existe un champ
magnétique, les lignes d’induction s’y engouffrent et sont canalisées par le circuit magnétique
(tant que le fer n’est pas saturé).
- Ainsi toutes les machines électrotechniques classiques comportent un circuit presque totalement
constitué de fer. L’espace d’air (entrefer) qui sépare la partie fixe (stator) de la partie tournante
(rotor) est réduit au minimum.
- Sans ferromagnétisme il n’y aurait pas d’électricité industrielle (alternateurs, transformateurs,
moteurs).

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Matériaux
ferromagnétiques µr (valeur maximale) Température de Curie en °C
Cobalt 250 1 115
Fer 10 000 770
Mu-métal 150 000 420
Nickel 600 358
Pour les matériaux ferromagnétiques, il existe une température
caractéristique, dite température de Curie Tc, au-dessus de laquelle ils
perdent leur propriété ferromagnétique pour redevenir paramagnétiques. Le
tableau précédent liste quelques valeurs.

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