de l induction magnétique.

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1 Teminale STI Ce chapite pemet de compende un aspect du fonctionnement des machines tounantes et des tansfomateus. 1 Définitions Cops feomagnétiques : cops cistallins pouvant ête aimantés (Fe, Gd, Fe 3 C). L aimantation peut ête gande et este pemanente en l absence de champ extéieu. Cops feimagnétiques : cistaux (les feites) dont les popiétés magnétiques se situent ente celles des antifeomagnétiques (qui ne peuvent ête aimantés) et les feomagnétiques. Excitation ou champ magnétique H (A.m -1 ): le champ magnétique H est cée dans le vide pa toute chage électique en mouvement ou pa un aimant pemanent. Le champ magnétique H ne dépend que de la souce. Induction magnétique B (en Tesla, T): en pésence de matièe, le champ H induit dans cette matièe une polaisation magnétique J (une oientation et une agitation des molécules ou des atomes de la matièe) dons les effets s ajoutent à ceux de H et on est conduit à défini un nouveau vecteu, l induction magnétique B = μ 0. H + J = μ 0.μ. H. B = μ 0.μ. H L induction magnétique B dépend de la souce et du point de mesue. Peméabilité du vide : μ 0 = H.m -1. Peméabilité elative (pa appot au vide) : μ (sans dimension - μ peut vaie en fonction de paamète telle que la tempéatue.). Peméabilité : μ = μ 0.μ (H.m -1 ). Bien que les vais temes sont ceux utilisés ci-dessus, on enconte souvent les appellations suivantes: B, champ magnétique, champ d induction magnétique, densité de flux magnétique, intensité de l induction magnétique. B = B, intensité de l induction magnétique. H = H, intensité du champ magnétique. 2 Expéimentations 2.1 Lignes de champs Un champ magnétique unifome est cée à l aide de deux aimants. En pésence d un élément feomagnétique les lignes de champ se concentent pou passe à taves le milieu feomagnétique. 20/5/98 Claude Divoux, /5

2 Teminale STI Explication : sous l effet de B, le cops feomagnétique subit une aimantation et cée un champ magnétique qui s ajoute au pemie. Le champ total est donc plus intense autou du cops feomagnétique. 2.2 Mesue de l induction magnétique Une bobine est pacouue pa un couant de 1 A. Sans noyau feomagnétique, l intensité de l induction magnétique est de 4 mt, avec le noyau feomagnétique elle est de 40 mt. Pou le mêmes aisons qu au 2.1, B est 10x plus intense avec le noyau. Remaque : H est le même pou les deux mesues. On peut détemine une valeu appochée de la peméabilité elative du noyau feomagnétique. H = B 0 μ 0 et B = μ 0 μ H = μ B 0 μ = B B 0 = 40 4 = 10 3 Coube de pemièe aimantation, cycle d hystéésis Ces coubes montent comment un cops feomagnétique éagit à l excitation magnétique H. Coube de pemièe aimantation : coube B = f(h) losque le cops feomagnétique ne possède aucune aimantation. Cycle d hystéésis : coube B = f(h) losque le cops feomagnétique possède une déjà une aimantation. 20/5/98 Claude Divoux, /5

3 Teminale STI Zone linéaie : dans cette zone, B = μ.h avec μ constante. C est cette zone qui est généalement exploitée pou les tansfomateus et les machines tounantes. Satuation du milieu feomagnétique : losque H devient top gand, B ne vaie pesque plus. Le matéiau magnétique est dit satué. On a toujous B = μ.h, mais μ n est plus constant. Champ émanent B : champ qui subsiste losque H = 0 (i 1 = 0). Excitation coecitive Hc : excitation H nécessaie pou annule le champ émanent B. Hystéésis : c est le dédoublement de la caactéistique B(H) du matéiau magnétique. Donc B dépend non seulement de H, mais aussi de l aimantation antéieue. Les substances feomagnétiques sont douées de mémoie. Remaque : hystéésis = etad en gec - etad à la désaimantation. Matéiaux dus : matéiaux (ex. : acie) qui pésentent une fote aimantation émanente et difficile à annule (Hc est gand). Ils sont utilisés pou faie des aimants pemanents. Le cycle est lage. Exemple d alliages utilisés pou les aimants. Feite (oxyde de fe) Satuation à 0,6 T B 0,4 T Hc 200 ka/m Matéiaux doux : Samaium-Cobalt (Sm-Co) satuation à 1 T B = 0,8 T Hc = 500 ka/m matéiaux (ex. : fe) qui possèdent une aimantation émanente facile à annule (Hc est petit). Ils sont utilisés pou les moteus et les tôles des cicuits magnétiques des tansfomateus. le cycle est étoit. 20/5/98 Claude Divoux, /5

4 Teminale STI Exemple d alliages utilisés pou les tôles des tansfomateus FeSi 3,5% de Si Satuation à 2 T B 0 Hc 0 μ = 7000 à 50 Hz FeSi à gains oientés satuation à 3 T B = 1,4 T Hc = 8 A/m μ > à 50 Hz 4 Cicuit magnétique avec et sans entefe Un cicuit magnétique est la patie feomagnétique guidant le flux magnétique d un système électique (exemples : le noyau d un tansfomateu ou le cops d un moteu). De nombeux cicuits magnétiques, entant dans la constitution des machines électiques, compotent obligatoiement un entefe. Exemple des moteus dont le cicuit magnétique est composé du stato (patie fixe) et du oto (patie mobile). L entefe est indispensable pou pemette la otation du oto. 4.1 Toe sans entefe D apès le théoème d Ampèe 4.2 Toe avec un entefe H.L = N.I L : longueu moyenne des lignes de champ (m) N : nombe de spies de la bobine I : couant dans la bobine (A) H : excitation magnétique (A/m) D apès le théoème d Ampèe pou N et I constants ; dans la matièe : H.(L - e) = N.I dans l entefe : H 0.e = N.I L : longueu moyenne des lignes de champ (m) e : longueu de l entefe (m) N : nombe de spies de la bobine I : couant dans la bobine (A) H : excitation magnétique dans la matièe (A/m) H 0 : excitation magnétique dans l entefe (A/m) Si e << L, les lignes de champs tavesent l entefe sans top de pete. B mat = B ai μ 0.μ.H = μ 0.H 0 μ.h = H 0 μ 1000 pou du fe. H 0 est 1000 fois plus impotant que H. Donc si l on a besoin d une excitation donnée dans l entefe, on peut calcule le couant qui sea nécessaie. Celui-ci sea d autant plus faible que μ sea gand. H 0.(L e) + H 0.e = N.I μ 20/5/98 Claude Divoux, /5

5 Teminale STI 5 Quelques appels d électomagnétisme Extait de Physique appliquée 1es STI R. Méat, R. Moeau - éd. Nathan /5/98 Claude Divoux, /5