Induction et ferromagnétisme
publicité
Induction et ferromagnétisme 1. Induction 1.1. Vecteur surface La direction du vecteur surface sera toujours perpendiculaire à la surface du circuit. Son sens sera déterminé par la règle de la main droite ( il dépendra du sens choisi ) Exemple : Sens choisi Unité : 1.2 Flux :définition = N.B.S .cos ( B , S ) N : nombre de spires B : champ magnétique ( T ) S : surface d’une spire ( m² ) B , S : angle entre les 2 vecteur : flux en WEBER ( Wb ) Application numérique : Sens choisi On place un aimant à une certaine distance de la spire circulaire ( rayon = 5 cm ). Cet aimant crée un champ magnétique B = 5mT. Calculer alors le flux crée par cet aimant Remarque : selon le sens choisi , on trouvera un flux positif ou négatif Dès que le flux varie, il apparaît une tension appelée tension induite. Page 1 Pour faire varier le flux, on peut faire varier * * * 1.3. Mise en évidence de tension induite Expérience 1 : On éloigne un aimant d'une bobine, laquelle est branchée en série un groupe de LED Constatation : Une des 2 LED s’allume, mettant ainsi en évidence ainsi la circulation d’un courant induit Explication : Expérience 2 Faisons tourner une bobine carrée face à un aimant. A l’oscilloscope, on s’aperçoit qu’une tension induite apparaît aux bornes de la bobine Page 2 POSITION 1 POSITION 2 ( le cadre a tourné de 90 ° ) Vue face Sens rotation Vue profil Explication : Expérience 3 : dynamo de vélo Proposer une explication à l’apparition d’une tension induite Culasse Expérience n° 4 : transformateur u2 N1 spires u1 N2 spires N1 N2 U1 U2 Page 3 Pourquoi a t-on une tension au secondaire ? Remarques : 1. Que va t-il se passer si on alimente le primaire en continu ? Pourquoi ? 2. Que se passe t-il au niveau de U2eff si on diminue le nombre de spires au secondaire ? Même question au niveau de l’intensité au secondaire autres expériences : frein par courant de Foucault : voir la vidéo sur le site http://physiquelannion.wifeo.com dans la rubrique Terminale/travaux pratique attention : ne pas mettre www ) application et avantage des freins par courants de Foucault : freins de bus sur bus et camions. Ces freins sont d’autant plus efficaces que la vitesse est élevée ( contrairement aux freins de voitures). De plus, n’ayant aucun contact entre le frein et les roues il n’y a pas d’usure plaque à induction : Page 4 2. Ferromagnétisme 1. Définitions Un corps ferromagnétique est un corps pouvant être aimanté On note H l’excitation magnétique. H s’exprime en A/m B = µ0.µr. H B : champ magnétique en Tesla ( T ) µ0 : perméabilité absolue du vide = 4.10-7 S.I µr : perméabilité relative du matériau ( sans unité ) : dépend du matériau Remarques : On a donc B = µ0.µr.H µr air = 1 Si on introduit un matériau dans un circuit, B variera. Par contre, H restera constant Application de la formule : teslamètre Mesurons B1 = Calculons H1 = noyau teslamètre Mesurons B2 Calculons µr 2.Influence d’un corps ferromagnétique Utilisons des aiguilles aimantées pour visualiser les lignes de champ comprises entre deux aimants droits Les lignes de champ sont parallèles. est orienté dans le sens l’aiguille aimantée de S N Page 5 Introduisons maintenant un matériau ferromagnétique entre les deux aimants : Explication : Sous l’effet des aimants, le corps ferromagnétique s’aimante. Au voisinage de ce corps, les lignes de champ sont alors soumises à la somme de deux champs magnétiques ; ce qui crée un champ plus intense. 3. courbe de première aimantation et cycle d’hystérésis A l’aide d’un oscilloscope en mode XY, relevons B en fonction de H pour deux types de matériau ( doux et dur ). Afin de comparer les 2 cycles, nous fixerons la tension au primaire à environ 100 V X 5 ; 8 W 10 µF Y 10000 Matériau doux : Page 6 Matériau dur Matériau doux La courbe de première aimantation est la courbe B = f ( H ) lorsque le corps ferromagnétique ne possède aucune aimantation En fait, on visualise quelques points de la courbe de première aimantation lorsque Cycle hystérésis : courbe B= f ( H ) lorsque le corps possède déjà une aimantation 2.3.1. Exploitation : On s’aperçoit qu’il existe une zone linéaire ( donc B proportionnel à H : B = µ0.µr.H ) : c’est la zone exploitée dans les machines électriques et les transformateurs Il existe une partie de la courbe où il y a une saturation. Si on augmente H ( alors I augmente mais aussi par conséquent les pertes Joule ), B n’augmente plus. C’est donc une partie inintéressante ( baisse du rendement ) Br : champ rémanent : HC : excitation coercitive : Page 7 2.3.2. Comparaison des 2 cycles-Application Plus la surface du cycle d’hystérésis est importante, plus les pertes par échauffement sont importantes. Utilisation des matériaux doux ( Ex : fer ) : possède un champ magnétique Br facile à annuler ( car HC est faible ). De plus, la surface du cycle est moins importante utilisés pour et tôles des circuits magnétiques des Utilisation des matériaux durs ( Ex : acier ) : possède un champ magnétique rémanent important et difficile à annuler ( HC important ) Page 8
