Chapitre 8 : INDUCTION ELECTROMAGNETIQUE ET AUTO - INDUCTION

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1 5/6 Chaptre 8 : INDUCTION EECTROMAGNETIQUE ET AUTO - INDUCTION I- Inducton électromagnétque : 1.1. Qu est-ce que l nducton électromagnétque? a- d un amant devant un crcut fxe : Expérence : On branche aux bornes d une bobne un voltmètre à zéro central. On déplace un amant permanent devant celle-c. Observatons : A chaque déplacement de l amant devant la bobne, ou l nverse, le voltmètre : l est soums à une. ; les deux éléments sont fxes, l agulle du voltmètre. Il faut un. pour avor la créaton d une f.é.m. Interprétatons : Dès que l on approche ou élogne une source de champ magnétque (amant ou bobne parcourue par un courant) d un crcut électrque fxe (bobne), ou nversement, le.. et une force électromotrce (f.é.m.) apparaît aux bornes de ce crcut : l se comporte comme un a source de champ varable est appelée.., et le crcut où apparaît la f.é.m. est appelé.. e phénomène observé est appelé b- du crcut devant un champ magnétque constant dans le temps : Expérence : On fat tourner le crcut et l amant reste fxe. Observatons : agulle du voltmètre déve, l apparaît donc. ; agulle déve dans un sens, pus dans l autre (ce changement de sgne est d autant plus rapde que l on tourne plus vte le crcut). Interprétatons : En fasant tourner le crcut, on fat varer... C est cette varaton qu est à l orgne de la f.é.m. observée. On retrouve de nouveau le phénomène Page 1 sur 6

2 c- Observaton d une f.é.m. ndute : 5/6... u R ( G.B.F.)... e voe R R voe 1 e t(ms) t(ms) a résstance R permet de vsualser, en voe 1, l allure de l ntensté du courant. N le courant vare alors le champ magnétque.. ( B = µ ), ce qu entraîne l l exstence dans l autre bobne. d- Applcatons utlsant l nducton électromagnétque : On utlse à nouveau l expérence du 1.., mas cette fos-c on remplace le voltmètre par un osclloscope. De la même façon, on constate qu l y a créaton. Elle ressemble à une tenson. alternateur : C est un convertsseur d énerge mécanque en énerge électrque. Il est consttué des éléments suvants : le rotor (.) est consttué d amants ou de bobnages almentés pour produre un champ magnétque ; le stator (.) consttué de bobnages dont la tenson apparaît lorsque le rotor est ms en rotaton (turbnes, éolennes ). alternateur est utlsé pour produre l énerge électrque. On le trouve auss dans les automobles. e transformateur : C est un convertsseur d énerge en énerge Il est prncpalement utlsé pour abasser ou élever la tenson présente sur le réseau de dstrbuton d énerge électrque. a fgure c-dessous montre la consttuton nterne d un transformateur : e prncpe de fonctonnement est le suvant : 1. une source de tenson alternatve u 1 est branchée au prmare et fat crculer un courant 1 qu va créer dans la structure métallque (carcasse) ; Page sur 6

3 5/6. la carcasse métallque va vers la bobne secondare ; 3. la bobne secondare est donc le sège et une tenson u ndute prendra nassance aux bornes de la bobne secondare. on a N 1 spres au prmare et N spres au secondare, on a les relatons suvantes : U N1 I1 = = U N I Courants nduts - lo de enz : a- Courants nduts : le crcut électrque étudé précédemment est fermé, la f.é.m. ndute provoque. Ce courant ndut n exste que parce qu l y a une b- o de enz : On reprend l expérence précédente et on constate que : s l on approche de la bobne le pôle nord de l amant, celle-c crée une face.. (pour le..) ; s l on élogne de la bobne le pôle nord de l amant, celle-c crée une face (pour l.). Concluson : Enoncé de la lo de enz c- Applcatons : Courants de Foucault : Expérence : Un pendule osclle dans l entrefer d un électroamant en coupant les lgnes de champ. K Dsquealumnum pouvant oscller Bobne E Page 3 sur 6

4 5/6 Observatons : En l absence de courant dans l électroamant, le dsque métallque Dès la fermeture de l nterrupteur, le dsque métallque est Interprétaton : On retrouve la lo de enz, le phénomène d nducton électromagnétque est tel que, par ces effets, l s oppose à la cause qu lu donne nassance. Ces courants nduts, appelés, sont soums à : l y a donc.. Applcatons : fours ou plaques à nducton : on met à proft les courants de Foucault pour chauffer des pèces métallques (la bobne nductrce génère un champ magnétque varable à f > 1 khz, dont les lgnes de champ sont gudées vers la pèce métallque à chauffer) ; frens de camons : dans l expérence précédente, on constate un frenage rapde de la rotaton. es courants de Foucault s opposent à la cause de leur nassance, c est-à-dre à la rotaton (frens TEMA des camons et autobus) ; moteur à nducton ou moteur asynchrone : le stator d un moteur asynchrone est consttué de bobnes almentées en courant alternatf. le rotor est un cylndre métallque plen, l y apparaît des courants de Foucault qu vont s opposer à la varaton du champ magnétque statorque et provoquer sa rotaton. Remarque : Dans les machnes électrques comme le transformateur, les courants de Foucault crculant dans les crcuts magnétques sont à l orgne de pertes énergétques se tradusant par un échauffement préjudcable au fonctonnement de la machne. On dmnue leurs effets en augmentant la résstance (feulletage : tôles solées les unes des autres). II- Auto-nducton :.1. Qu est-ce que l auto-nducton? a- Etablssement du courant dans une bobne : Cette expérence permet d'observer la dfférence de comportement entre une résstance et une bobne lors d'une apparton brutale de tenson. Une lampe branchée en sére avec chaque dpôle (la résstance et la bobne) permettra d'observer l'établssement du courant lors de la fermeture de l'nterrupteur. K R E Observatons : A la fermeture de l nterrupteur K, la lampe s allume en par rapport à 1, qu s allume nstantanément. Interprétatons : augmentaton de l ntensté dans la bobne engendre. Page 4 sur 6

5 5/6 Il y a donc un phénomène d et une f.é.m. e apparaît aux bornes de la bobne qu va (lo de enz). a bobne s oppose donc à. (nducteur et ndut confondus), d où le terme b- Expresson de la tenson aux bornes d une bobne déale : Almentons une bobne à noyau avec une tenson e en créneaux et vsualsons la forme du courant à l osclloscope : Y 1 e GBF r u Y u r u a résstance r est de fable valeur et permet de vsualser l mage du courant ( = r ). a r tenson u r est donc néglgeable devant la tenson u aux bornes de la bobne. On peut donc consdérer que u e et que la voe Y 1 représente ben la tenson u. Observatons : pour une tenson constante et postve, le courant a de coeffcent drecteur.. ; pour une tenson constante et négatve, le courant a de coeffcent drecteur.. ; s on augmente l ampltude des créneaux, le coeffcent. ; s on augmente la valeur de la bobne, le coeffcent Interprétatons : a varaton du courant donne une varaton de.. qu ndut a tenson u est proportonnelle à la varaton On a donc u =., avec k :.. a conventon récepteur donne u > pour >. c- Inductance propre d une bobne (d un crcut) : nductance propre d une bobne tradut.. Une bobne de forte nductance fera apparaître un fort phénomène d auto-nducton avec une tenson élevée lors de varatons de courant. Page 5 sur 6

6 5/6 Défnton : l nductance notée d une bobne est le rapport constant entre la tenson u à ses bornes et la varaton du courant qu traverse cette bobne dans la conventon récepteur : u : tenson en volt (V), d u = ou u = : nductance en ( ), dt avec : en ampère (A), : en seconde (s). d Remarque : s l ntensté du courant est constante = I alors = et donc u = V. dt.. Modèles équvalents d une bobne : a- Bobne déale : Défnton : c est une bobne pour laquelle on consdère que. Représentaton chéma équvalent u b- Bobne réelle : Défnton : c est une bobne pour laquelle on consdère que u Représentaton, R chéma équvalent R On a alors la relaton suvante : u u u R.3. Energe magnétque emmagasnée par une bobne : Un crcut, ne comportant qu une nductance (bobne parfate) et parcouru par un courant d ntensté, absorbe et stocke de l énerge qu l peut resttuer. K en poston 1 :. E ; K en poston : 1 M m Cette énerge est donnée par la relaton suvante : W 1 I = avec : W en J ; en H ; I en A Page 6 sur 6