les forces electromagnetiques

Première STI Électrotechnique
Chapitre 12
LES FORCES ELECTROMAGNETIQUESS
I.
ACTION D’UN CHAMP MAGNÉTIQUE SUR UN FAISCEAU DE PARTICULES CHARGÉES
1. Expérience
Faisceau d’électrons entre les bobines d’Helmholtz.
Le champ créé par ces bobines est uniforme entre elles.
I=0
I≠0
⇒
⇒
I<0
⇒
trajectoire rectiligne des électrons.
la trajectoire s’incurve.
De plus si I suffisamment important et v ⊥ B, la trajectoire est circulaire.
Si v ⊥ B la trajectoire est elliptique.
la trajectoire s’incurve dans l’autre sens.
2. Interprétation
I=0
I≠0
⇒
⇒
pas de champ magnétique, il ne se passe rien.
si v ⊥ B , les électrons subissent une force F = q.v.B
Dans une zone où règne un champ magnétique uniforme de vecteur B, une particule chargée
de charge q ayant une vitesse v perpendiculaire à la direction de B subit une force
magnétique F telle que :
 F = q.v.B
 La direction de F est perpendiculaire à la direction de v et B.
 son sens est donné par la règle des trois doigts de la main droite.
Règle des trois doigts de la main droite :
pouce →
index →
Majeur→
sens de la vitesse
sens du champ magnétique
Force magnétique
F
B
B
q>0
v
q<0
v
F
Cette particule aura une trajectoire circulaire de rayon :
R = m.v/(q.B)
m : masse de la particule (kg)
v : vitesse de la particule (m.s-1)
B : (T)
q : charge de la particule ( C )
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rem 1 : on avait vu avec les condensateurs que F = q.E (force électrostatique) et celle-ci ne
dépend que de q et E. Ici F dépend de la vitesse des particules. Donc les particules
immobiles ne subissent pas de force magnétique.
rem 2 : R dépend de q, v, et B mais aussi de la masse de la particule : c’est une
caractéristique importante que l’on utilise dans les spectromètres de masse.
3. Applications
Spectromètre de masse
cf. transparent
Il permet notamment de séparer les isotopes ( ex : uranium 235 et uranium 238 )
II.
ACTION D’UN CHAMP MAGNÉTIQUE SUR UN ÉLÉMENT DE CIRCUIT PARCOURU PAR UN
COURANT
1. Expérience de Laplace
B
I
F
Quand on fait circuler un courant dans les rails et la barre, la barre se déplace.
La barre subit donc une force que l’on appelle force de Laplace.
Le sens de déplacement de la barre dépend du sens du courant et du champ magnétique.
2. Énoncé de la loi de Laplace
Un conducteur parcouru par un courant électrique et placé dans un champ magnétique est
soumis à une force électromagnétique dite force de Laplace dont les caractéristiques sont les
suivantes :




point d’application : c’est le milieu du conducteur soumis à B.
direction : perpendiculaire au plan défini par le conducteur et le vecteur B.
sens : donné par la règle d’orientation.
norme :
F:N
F = B.I.L.sin ( L ; B )
B:T
I:A
L:m
rem : . si L // B alors sin (L ;B) = 0 ⇒ F = 0
. F est maximale pour sin (L ;B) = 1 soit L ⊥ B
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3. Règle d’orientation
Règle des trois doigts de la main droite :
Pouce ⇒
Index ⇒
Majeur⇒
courant I
champ B
Force F
ou moyen mnémotechnique :
Pouce ⇒
Index ⇒
Majeur⇒
Poussée ( force )
Intensité ( courant )
Magnétisme ( champ )
(donner 1 ou 2 exemples)
I.
APPLICATIONS
4. Le haut-parleur électrodynamique
rappel :
Un signal sonore est constitué par la succession de compressions et de
dépressions se produisant périodiquement en un point et se propageant à
partir de ce point.
Les fréquences audibles vont de 20Hz à 20kHz.
Dans un haut-parleur électrodynamique, on utilise le déplacement d’un circuit sous l’action
des forces de Laplace pour provoquer l’émission d’un signal sonore.
Le circuit est une bobine d’axe horizontal alimentée sous une tension u et placée dans un
champ magnétique créé par l’aimant. Cette bobine est reliée à une membrane qui émettra
les sons quand elle se déplacera. (Compléter le schéma)
L’aimant a ses pièces polaires creusées de façon à avoir des lignes de champ
perpendiculaires à l’axe de la bobine et de plus, B est constant.
Le champ magnétique créé par l’aimant est radial. (Compléter le schéma)
La bobine, parcourue par un courant et placée dans un champ magnétique, est donc soumise
à une force de Laplace horizontale (perpendiculaire à I et B) (Compléter le schéma)
Elle va donc se déplacer horizontalement et entraîner avec elle la membrane.
Si on applique à la bobine une tension périodique prenant alternativement des valeurs
positives puis négatives, les déplacements de la membrane se feront donc dans un sens puis
dans l’autre, provoquant ainsi des compressions et des dépressions, donc des sons.
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5. Le moteur à courant continu
Pour expliquer son fonctionnement, on se limitera à un schéma de principe simple ne
comprenant qu’une seule paire de pôles et une seule spires au rotor.
Le champ magnétique est créé par des pôles dits pôles inducteurs. Ici on supposera que ce
sont des aimants permanents.
La spire est bobinée sur le rotor (ou induit) et elle est parcouru par un courant I.
Comme elle est parcourue par un courant et qu’elle est soumise à un champ magnétique, elle
est soumise à une force de Laplace perpendiculaire à B et I.
(Compléter le schéma avec B (radial) et les forces sur les différentes parties de la spire)
rem : lors du passage de la spire par la ligne de neutre, le champ magnétique change de
sens et donc la force aussi. La spire aurait donc tendance à revenir dans l’autre sens et
le moteur ne tournerait donc pas. Pour remédier à ce problème, au passage par la
ligne de neutre, on inverse le sens du courant dans la spire : c’est ce que l’on appelle
la commutation.
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