1 - ULB

Vélo Énergie
NS
Champ magnétique
Tout aimant possède un champ magnétique. Il peut être
représenté par des lignes de champ. Ce champ est tangent
à celles-ci en tout point de l’espace. Plus les lignes de
champ sont proches et plus le champ est intense. Le champ
magnétique en un point dénit la force magnétique que
subirait une charge en mouvement en ce point.
Lignes de champ
d’un aimant
Force de Lorentz
v
fM
B
+
-
EV
fM = q v x B fE = qE
À l’instant initial, on déplace une barre
conductrice dans un champ magnétique
homogène B.
Celle-ci va subir une force magnétique fM,
appelée force de Lorentz, due au champ B
qui va attirer les charges positives vers le bas.
Une force électrique fE va apparaître à cause
d’un défaut de charges positives dans le haut
de la barre.
Finalement, les forces magnétique et électrique
vont s’équilibrer, et on aura une difference de
potentiel aux bornes de la barre.
fM
fE
+
-
E
v
Barre à l’instant
initial
Barre après un
temps t Barre à l’équilibre
NS
N
Noyau ferromagnétique
Nos Améliorations
Normalement, les lignes de champ divergent très vite
lorsque l’on s’éloigne un peu de l’aimant, c’est-à-dire
que le champ magnétique diminue très vite en intensité.
Pour palier ce problème, on utilise un noyau
ferromagnétique qui permet de concentrer les lignes
de champ.
Bobine sans noyau ferromagnétique
Bobine avec noyau ferromagnétique
S
temps (s)
Intensité (en A)
Tension (en V)
temps (s)
Intensité (en A)
Tension (en V)
Adaptation d’impédance
Bien que le terme semble compliqué, l’adaptation
d’impédance correspond simplement au choix
des éléments dans le circuit électrique.
D’abord, il faut choisir la valeur de la résistance.
Après une analyse théorique, on en déduit que
la résistance chauffante doit avoir la même valeur
que la résistance de la source (circuit + bobine).
La puissance à un instant donné est le produit de
la tension et de l’intensité à cet instant. Pour fournir
la plus grande puissance, on voit qu’il est important
que les maximums de ces deux grandeurs coïncident.
Comme la bobine induit un retard du courant sur la
tension, il faut en théorie mettre un condensateur (qui
quant-à lui retarde la tension) pour remettre corriger
le retard du courant.
Le fait d’ajouter un condensateur dans notre circuit
implique l’apparition d’un phénomène qui s’appelle
la résonance. En effet, il existe une fréquence
particulière de pédalement, nommée la fréquence
propre du circuit, pour laquelle on observe un pic
de puissance.
Tension et intensité en fonction
du temps sans déphasage
Tension et intensité en fonction
du temps avec déphasage
dΦM
dt
E = -
Loi de Faraday
L’aimant avance vers la spire
L’aimant s’éloigne de la spire
wB
NS
Principe de fonctionnement
+-
E
w
B
NS
+
-
E
D’après le principe de relativité galiléene
qui dit que les lois physiques de la
mécanique sont identiques dans tout
repère inertiel, on peut démontrer qu’une
barre se déplaçant à une vitesse w dans
un champ magnétique est équivalent
à une barre immobile dans un champ
qui varie dans le temps malgré que la
vitesse des charges soit nulle dans ce cas.
Quand le champ B varie, il y a une différence
de potentiel (appelée force électromotrice E)
aux bornes de la spire. La polarité est
différente selon que l’on approche ou que
l’on éloigne l’aimant.
Depuis le 19ème siècle et la révolution que l’électricité a provoquée dans le domaine des sciences et des technologies, les ingénieurs ont cherché les solutions les plus performantes pour générer cette électricité. A l’aube du
XXIème siècle, nous nous rendons compte que les solutions que nos prédécesseurs utilisaient, celles qui faisaient la part belle aux énergies fossiles, posaient de gros problèmes pour l’environnement. De nombreuses recherches,
mettant en oeuvre des moyens énormes, sont depuis mises en place pour trouver des sources d’énergie dites « propres », c’est-à-dire ne rejetant pas de CO2 ou d’autres gaz nocifs pour notre atmosphère, et ne produisant pas de
déchets. En partant d’un phénomène relativement simple et des fondements de l’électromagnétisme, nous avons tenté de perfectionner notre système pour obtenir un maximum de puissance électrique à partir de la puissance
mécanique fournie par les jambes d’un cycliste sur sa machine.
À vous de jouer !
Qui saura générer le plus de puissance ?