MESURES SUR DES APPLICATIONS PROFESSIONNELLES S01 CIRCUITS PARCOURUS PAR DU COURANT CONTINU Bobine : auto-induction

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1 Lycée Professionnel Les CANUTS BAC PRO ELEEC COMMUNICATION TECHNIQUE EXPERIMENTATION MESURES SUR DES APPLICATIONS PROFESSIONNELLES S01 CIRCUITS PARCOURUS PAR DU COURANT CONTINU Bobine : auto-induction Objectifs : A la fin du T.D., vous devez être capable de : Observer et comprendre le fonctionnement d'une bobine vis-à-vis des variations de flux auxquelles elle est soumise et vis-à-vis des variations subies par une alimentation continue. Pré requis : Savoir placer et utiliser un multimètre numérique en vue d effectuer une mesure de tension et de courant. Connaître la loi d ohm, la loi des nœuds et la loi des mailles. Domaine de connaissances : On Donne : - le document de travail, - le matériel nécessaire aux expériences à réaliser, - les schémas des différents montages, - les appareils de mesures. On Demande : - de compléter le document de travail, - de réaliser les montages demandés, - la mise sous tension se fera en présence du formateur, - d effectuer les mesures en toute sécurité. Savoirs: S0 Électrotechnique Expérimentation et mesures S1 Distribution de l énergie électrique S2 Utilisation de l énergie électrique S3 Installations et équipements électriques S4 Installations communicantes S5 Sécurité des personnes des biens et de l environnement S6 Représentation graphique et modélisation Cours TD TP Durée 2 nde 1 ère Terminale 3 h 00 NOM : Prénom :. Date : Note :./ 20 1/7

2 A. Problématique Les moteurs à essence nécessitent, une "amorce" d'allumage qui débutera la combustion du mélange gazeux pré comprimé. Cette amorce est réalisée grâce à la bougie ; directement en contact avec les gaz, elle donne l'étincelle nécessaire à la combustion, très sollicitée car, confrontée à de fortes contraintes thermiques ainsi qu'à des variations de pression continues. Le problème réside dans l'obtention de l'étincelle qui se produit pour des tensions comprises entre 15 et volts alors que la batterie de la voiture ne fournit que 12 V. Schéma de réalisation : Batterie d'accumulateurs 12 V Bougie Bobine Condensateur Rupteur Came B. 1 ère partie : effet magnétique du courant et loi de Faraday Prendre connaissance de la leçon S0-3 / 1 sur les électroaimants puis sur l'induction électromagnétique du guide des métiers de l'électrotechnique. Lorsque le bobinage est traversé par un courant, il y a création d'un comparable à celui d'un aimant droit. En revanche, en coupant l'alimentation, la force d'attraction. D'autre part, la loi de Faraday exprime la force électromotrice produite par l'effet d'une variation de champ magnétique dans une bobine. Le signe moins traduit le fait que cette force électromotrice est de nature à s'opposer à la cause qui lui a donné naissance (loi de Lenz). Ainsi, en approchant un pôle nord de la bobine par exemple, celle-ci crée un courant induit dont le sens est tel que la bobine produit à son tour un pôle nord qui tend à repousser l'aimant. 2/7

3 Applications 1. Le microphone : Dans un microphone électrodynamique (dispositif de conversion des ondes sonores acoustiques...), le son capté met en mouvement une bobine montée mobile sur un aimant. Une force électromotrice (f.e.m.) est alors créée qui fait circuler un courant dans la bobine. 2. la plaque à induction Dans une plaque à induction, une bobine est à l origine d un champ magnétique variable qui crée des courants induits appelés courants de Foucault dans le récipient métallique posé dessus. Le dégagement de chaleur permet une cuisson rapide des aliments, car les pertes de chaleur sont limitées. Schéma de principe : C. 2 ème partie : Auto-induction L'auto-induction est la combinaison des deux phénomènes établis précédemment : L'effet magnétique du courant dans une bobine et la production d'un courant induit lié à la variation de flux magnétique dans cette bobine. Visualisation du phénomène d'auto-induction : Un voyant de 24 V est branché aux bornes d'une pile de 3 V. Le voyant s'éclaire-t-il? oui non Expliquer la raison de ce résultat. 3/7

4 Réalisons à présent le montage suivant S 1 3 V Bobine 1,1 H 10 Voyant 24 V Réalisez le montage et appelez le professeur pour vérification. Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur Observations Au repos, le montage est hors tension sous tension valeur de la tension : le voyant est éteint allumé S 1 fermé : le montage est hors tension sous tension valeur de la tension : le voyant est éteint allumé Au moment de l'ouverture de S 1 : le montage est immédiatement hors tension oui non le voyant est éteint s'allume Conclure sur les observations précédentes 4/7

5 Energie emmagasinée par une bobine D une manière générale, on sait que W = U I t Pour une résistance W = R I 2 t Pour une bobine W = 1 2 L I2 W en (J) L en (H) I en (A) Application Pour le montage étudié précédemment, calculer l'intensité dans la bobine en régime établi puis déterminer l'énergie emmagasinée par la bobine. 2 ème expérience S V H 1 24V/40W L 1,1H/10 H 2 24V/40W Rh(106 ) Réglé à 10 Réalisez le montage et appelez le professeur pour vérification. Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur Observations À la fermeture de S 1, La lampe H 1 s'éclaire légèrement avant après la lampe H 2 Cela signifie que dans une bobine le courant s'établie avant après la tension. 5/7

6 D. 3 ème partie : Synthèse La bobine réagit à la mise sous et hors tension du circuit, c'est le phénomène d'auto-induction. A la mise sous tension, il y a un retard à l'établissement du courant dans la bobine. A la mise hors tension, il y a un retard à la coupure du courant dans la bobine. Caractéristique d'une bobine On dit que le courant dans une bobine est en retard sur la tension La propriété d'une bobine à faire varier le flux d'induction en fonction de la variation du courant est appelée inductance ou coefficient d'auto-induction. On la repère par la lettre L ; son unité est le Henry. L inductance en Henry (H) d variation de flux en Weber (Wb) di variation d'intensité en ampère (A) Expression de la tension aux bornes d'une bobine L = d di La force électromotrice crée par l'auto-induction est : e = d dt or puisque d = L. di e = L. d I dt Image du courant dans une bobine en fonction de sa tension U I E I = E R 5 5 t Mise sous tension Mise hors tension Le courant s'établit ou s éteint progressivement en fonction d'une constante de temps noté " ". = L R L en H R en en (s) En pratique on considère que le courant s'établit ou se coupe en un temps égal à 5. 6/7

7 Application : Pour la bobine étudiée {L = 1,1 H ; r = 10 }, calculer la constante de temps et en déduire en combien de temps s'établit le courant lors de sa mise sous tension. E. 4 ème partie : Exercices 1. La tension d'induction qui apparaît aux bornes d'un circuit est appelée : f.i.m. f.m.m. f.e.m. (force électromotrice) 2. Le phénomène d'induction apparaît lorsqu'un circuit est soumis à un champ magnétique : d'intensité élevée uniforme variable dans le temps 3. Une bobine est soumise à un champ magnétique uniforme et constant. Pour qu'il y ait induction, il faut que : la bobine possède un nombre élevé de spires l'axe de la bobine soit de même direction que le champ magnétique la bobine se déplace perpendiculairement au champ magnétique 4. La loi de Lenz nous dit, entre autre, que le courant induit produit à son tour un champ magnétique qui s'oppose : au champ magnétique inducteur à la variation du champ magnétique inducteur à la cause qui lui a donné naissance 5. On donne l'expression suivante pour calculer l'inductance d'un solénoïde : L = N 2 S L : inductance du solénoïde en H N : nombre de spires S : surface embrassée par une spire en m 2 : longueur du solénoïde en m On demande de calculer l'inductance d'une bobine, longue de 20 cm et de diamètre moyen 5,5 cm, formée de 800 spires et parcourue par un courant de 3 A. En déduire la force électromotrice induite lors de la coupure du courant en 0,01 s. 7/7