Cours delectrotechnique niveau 2 circuits magnetiques et bob
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1.1 Généralités
Un circuit magnétique est le volume où se referment toutes les lignes de force d’un champ magnétique. Dans tous les domaines où l’on a à utiliser des phénomènes magnétiques (par exemple : machines, appareils de mesure), on est amené à canaliser les lignes de force dans un circuit bon conducteur du flux magnétique. Ce circuit sera constitué par des matériaux dits ferromagnétiques et en particulier par du fer.
1.1.1 Définition du circuit magnétique
Un circuit magnétique est un chemin fermé où les lignes de champ magnétique se concentrent. Il est conçu pour minimiser les pertes de flux magnétique et optimiser le transfert d’énergie dans les applications magnétiques.
1.1.2 Champ magnétique et induction magnétique
Lorsqu’un champ magnétique H circule dans un matériau ferromagnétique, il se crée une induction magnétique B, dont la variation suit la relation : B = μ × H, où :
- B : induction magnétique en Tesla (T)
- H : champ magnétique en ampères par mètre (A/m)
- μ : perméabilité magnétique du matériau
1.1.3 Force magnétomotrice (F.m.m)
La force magnétomotrice est la cause qui engendre le flux magnétique. Elle est égale à N × I, où :
- N : nombre de spires
- I : courant traversant les spires
1.2 Théorème d’Ampère
Le théorème d’Ampère énonce que la circulation de l’excitation magnétique le long d’une courbe fermée est égale à la somme algébrique des forces magnétomotrices traversant toute surface s’appuyant sur le contour. La somme algébrique des courants est appelée force magnétomotrice.
1.3 Reluctance d’une portion de circuit magnétique
La reluctance (ou réluctance) est une grandeur qui caractérise l’opposition d’un matériau au passage du flux magnétique. Elle s’exprime en henrys inverse (H−1).
1.3.1 Relation d’Hopkinson
Pour une portion de circuit de longueur l et de section droite S, la relation d’Hopkinson est donnée par : F.m.m = l × Φ/(S × μ), où :
- Φ : flux magnétique
- l/(S × μ) : reluctance, notée <
1.3.2 Analogie entre circuits électriques et magnétiques
| Circuits Électriques | Circuits Magnétiques |
|---|---|
| Champ électrique E | Champ magnétique H |
| Tension V | Force magnétomotrice N × I |
| Courant I | Flux Φ |
| Résistance R | Reluctance < |
1.4 Force de Laplace
Un conducteur parcouru par un courant I et plongé dans un champ magnétique B est soumis à une force appelée force de Laplace. Sa valeur est donnée par : F = B × l × I × sin(α), où :
- I : intensité en ampères (A)
- l : longueur du conducteur en mètres (m)
- B : champ magnétique en teslas (T)
- α : angle entre le courant et le champ magnétique
1.5 Loi de Faraday
La loi de Faraday énonce que la force électromotrice induite dans un circuit fermé baigné par un champ magnétique est directement proportionnelle à la variation dans le temps du flux du champ magnétique pénétrant dans le circuit. Elle s’exprime par : e(t) = −N × dΦ/dt, où :
- N : nombre de spires
- Φ(t) : flux magnétique traversant les spires
FAQ
Qu’est-ce qu’un matériau ferromagnétique ?
Un matériau ferromagnétique est un matériau capable d’être fortement aimanté sous l’effet d’un champ magnétique, comme le fer, l’acier ou certains alliages. Ces matériaux sont utilisés pour canaliser le flux magnétique dans les circuits magnétiques.
À quoi sert la force magnétomotrice ?
La force magnétomotrice (F.m.m) est essentielle pour créer un flux magnétique dans un circuit. Elle est utilisée dans les bobines, les transformateurs et les machines électriques pour générer des champs magnétiques nécessaires au fonctionnement.
Quelle est la différence entre la force de Laplace et la loi de Faraday ?
La force de Laplace décrit l’effet d’un champ magnétique sur un conducteur parcouru par un courant, produisant une force mécanique. La loi de Faraday, quant à elle, explique comment une variation de flux magnétique induit une tension électrique dans un circuit.