Module d Electricité. 3 ème partie : Magnétisme. Fabrice Sincère (version 2.0.1)

Transcription

1 Module d Electicité 3 ème patie : Magnétisme Fabice Sincèe (vesion 2.0.1) 1

2 Le magnétisme est la patie de la physique qui étudie les effets magnétiques des couants électiques et des aimants. 2

3 Chapite 1 Foce magnétique et f.e.m. induite 1-1- Foce de Loentz Soit une paticule de chage q se déplaçant dans une égion où ègne un champ électique E et un champ magnétique : v E 3

4 La paticule est soumise à une foce électomagnétique (foce de Loentz) : F = q(e + v ) v E Fe F m F Cette foce a deux composantes : - foce électostatique - foce magnétique F F m e = qe = qv 4

5 1-2- Loi de Laplace Soit un conducteu électique pacouu pa un couant I, soumis à un champ magnétique : d l df Une potion de conducteu de longueu dl est soumise à une foce magnétique (foce de Laplace) : df = I dl 5

6 Cas paticulie d un conducteu ectiligne F La foce totale qui s applique su le conducteu est égale à la somme des foces qui s appliquent su chaque potion du cicuit : F df = = Idl = I l l Remaques : F conducteu F F = Ilsin( l, ) en tesla (T) 6

7 Applications de la foce de Laplace - galvanomète - ampèemète et voltmète magnétoélectiques - moteu électique - haut-paleu - tube cathodique (déflexion magnétique) - etc 7

8 1-3- F.e.m. induite Soit un conducteu ectiligne plongé dans un champ magnétique unifome et entaîné à la vitesse v : v l Une tension électique appaaît ente les deux extémités du conducteu : c est une «foce électomotice induite» (fem induite). Ici: e = lv Applications - dynamo, altenateu - micophone électodynamique 8

9 Chapite 2 Champ magnétique cée pa les couants Nous savons que les aimants sont des souces de champ magnétique. L expéience d Oested (1820) a monté que les couants électiques céent aussi des champs magnétiques. 9

10 2-1- Loi de iot et Savat Une potion de conducteu de longueu dl cée en un point M de l espace un champ magnétique élémentaie : d d l d = µ 0I 4π dl 3 µ 0 = 4π 10-7 H/m : peméabilité magnétique du vide 10

11 2-2- Specte magnétique L ensemble des lignes de champ magnétique constitue le specte magnétique. solénoïde Remaque : l aimant doit a le même specte. 11

12 conducteu ectiligne infiniment long intensité du champ magnétique (Cf. annexe) 12

13 Chapite 3 Induction électomagnétique Expéience Quand on déplace l aimant ou la bobine, il appaaît une tension aux bones de la bobine : c est une fem induite. Si on feme la bobine, la fem induite engende un couant : c est un couant induit. C est le phénomène d induction électomagnétique (Faaday 1831). 13

14 3-1- Flux d un champ magnétique C est la même définition que pou le flux d un champ électique : d Φ = ds Unité : webe (Wb) Remaque : Le flux à taves un cicuit électique coespond au flux à taves la suface que délimite ce cicuit. 14

15 3-2- Loi d induction de Faaday Dans un cicuit électique qui est le siège d une vaiation de flux magnétique, il se cée une fem induite e : e = dφ dt Exemple : expéience des «ails de Laplace» v 15

16 On déplace le ail à la vitesse v vaiation du flux magnétique dans le cicuit fem induite e un couant induit i appaaît. S v l Φ = S = + lx e = dφ dt = d dt dx (l x) = l = + lv dt Loi d Ohm : i = e R = lv R 16

17 3-3- Loi de Lenz Le couant induit, pa ses effets, s oppose aux causes qui lui ont donné naissance. Repenons l exemple des ails de Laplace : i > 0 ésistance R v F Fig. 11 Le couant induit povoque dans le ail une foce de Laplace qui s oppose au mouvement de celui-ci. 17

18 3-4- Auto-induction Un cicuit électique pacouu pa un couant i est une souce de champ magnétique. Il cée son pope flux magnétique : on pale de flux pope. Φ α α i Le flux pope est donc popotionnel au couant électique : Φ = L i L est l inductance du cicuit (en heny H). La fem auto-induite s écit donc : e dφ = dt = d dt (Li) = L di dt 18

19 3-5- obine électique L inductance L d une bobine est gande. Relation ente couant et tension dans une bobine pafaite di u = e = + L (en convention écepteu) dt Enegie emmagasinée Une bobine contient de l énegie sous fome électomagnétique : W = 1 2 Li² 19