D où vient le magnétisme?

DEP 5330 (Routiers) ou 5331 (Chantier) Compétence 10 et 18 (Routiers) Compétence 8 et 12 (Chantier) Vérification de systèmes électrique et électronique Réparation des éléments de cabine,de leurs accessoires et de leurs circuits D où vient le magnétisme? Déjà, dans les temps anciens, on avait remarqué que certaines matériaux attiraient des particules de fer : c était du magnétite! Un jour, quelqu un suspendit une pièce de cet alliage par un fil et se rendit compte que cette pièce pointait toujours dans la même direction. LE ORD MGÉTQUE Boussole primitive et induction magnétique (General Motors) Le magnétisme est une propriété de certains matériaux d attirer des particules de fer ou de métaux ferreux. l est possible de communiquer le magnétisme à un morceau de fer en le plaçant à proximité d un aimant : c est l induction magnétique. Renvoi : Figure 3.1, page 3.2 1

ttraction et répulsion (General Motors) Des pôles contraires s attirent. Des pôles semblables se repoussent. Les phénomènes d attraction et de répulsion des pôles d un aimant sont largement exploités dans de nombreux capteurs et actionneurs. Renvoi : Figure 3.2, page 3.3 nvisible mais vrai Lorsqu il y a champ magnétique, il y Lignes de force Effet du champ magnétique sur l orientation de l aiguille d une boussole imant Renvoi : Figure 3.3, pages 3.4 2

Lignes de force Un aimant est entouré d un nombre infini de lignes courbes régulières, que l on appelle lignes de force. Une convention établit que ces lignes s orientent du nord au sud. Renvoi : Figure 3.4, pages 3.4 llustration de la théorie d Ewing (General Motors) Fer non aimanté Fer aimanté James lfred Ewing (1855 1935) proposa une théorie pour expliquer le magnétisme du fer : un morceau de fer non aimanté serait composé d un grand nombre de petits aimants disposés au hasard, qui s aligneraient suivant l axe nord-sud lorsque le morceau de fer est soumis à un champ magnétique. Renvoi : Figure 3.5, page 3.4 Champ magnétique d un aimant droit (General Motors) Limaille de fer l est possible de «voir» la forme du champ magnétique autour d un aimant en saupoudrant de la limaille de fer sur une feuille placée au-dessus. Renvoi : Figure 3.6, page 3.5 3

Rapport entre le flux magnétique et l angle de la surface d un aimant Flux maximal Flux faible Flux nul L importance du flux magnétique qui traverse une surface dépend de l importance de cette surface, de la concentration des lignes de force et de l orientation de la surface par rapport aux lignes de force. Renvoi : Figure 2.8, page 2.5 l y a plus d une forme de magnétisme. L électromagnétisme Expérience d Oersted Un courant électrique produit un champ magnétique. L expérience d Oersted permit de découvrir qu un champ magnétique semblable à celui d un aimant permanent entoure un conducteur parcouru par un courant. Renvoi : Figure 3.9, page 3.8 4

Forme du champ magnétique autour d un fil conducteur de courant Direction du courant Comme le champ magnétique autour du conducteur prend la forme de cercles concentriques, il est impossible de connaître directement la direction des lignes de force. Renvoi : Figure 3.10, page 3.9 Règle de la main droite Courant La règle de la main droite permet de déterminer la direction des lignes de forces autour d un conducteur : lorsque le pouce est orienté dans le sens conventionnel du courant, les autres doigts pointent dans la direction des lignes de force. Renvoi : Figure 3.11, page 23.9 Représentation conventionnelle du sens du courant dans un conducteur (General Motors) Courant Courant l ne faut pas confondre la croix qui indique que le courant pénètre dans le conducteur avec le signe + indiquant une polarité positive. Renvoi : Figure 3.12, page 3.9 5

Densité du champ magnétique en fonction de l intensité du courant (General Motors) 1 1 2 3 Le flux magnétique autour d un conducteur est directement proportionnel à l intensité du courant qui le traverse. Renvoi : Figure 3.13, page 3.10 Rapport des champs magnétiques opposés sur des conducteurs Effet de champs magnétiques puissants sur les conducteurs Deux conducteurs adjacents et parallèles transportant des courants de sens contraire produisent des champs magnétiques opposés, dont la réaction produit un éloignement (répulsion) des conducteurs. Renvoi : Figure 3.14, page 3.10 Rapport entre des champs magnétiques de même sens Les champs magnétiques entre les deux conducteurs s annulent. nfluence des champs magnétiques faibles sur les conducteurs Les conducteurs tendent à se rapprocher l un de l autre. Deux conducteurs adjacents et parallèles parcourus par un courant de même sens produisent un champ magnétique de même sens lui aussi, ce qui rapproche les conducteurs (attraction). Renvoi : Figure 3.15, page 3.11 6

Polarité du champ magnétique autour d un conducteur en boucle Pôle nord Pôle sud B Champ d un courant dans un fil circulaire imant en forme de disque En courbant un conducteur pour qu il forme une boucle puis en appliquant la règle de la main droite, on peut attribuer une polarité conventionnelle au champ magnétique qui entoure le conducteur. Renvoi : Figure 3.16, page 3.12 Champ magnétique d un solénoïde L augmentation du nombre de spires amplifie le champ magnétique. Lorsqu un courant circule dans le solénoïde, un champ magnétique est créé autour de chaque spire. Ces champs de même direction se combinent pour former le champ magnétique de la bobine. Renvoi : Figure 3.17, page 3.13 Pôles d une bobine solénoïde La règle de la main droite pour solénoïde permet de déterminer les pôles d un solénoïde : lorsqu on place les doigts pour qu ils pointent dans le sens de la circulation du courant dans les spires, le pouce indique le pôle nord de la bobine. Renvoi : Figure 3.18, page 3.13 7

Bobines à noyau d air et à noyau de fer doux (General Motors) Bobine à noyau d air Bobine à noyau de fer doux L insertion d un noyau de fer doux peut multiplier par 2500 la puissance magnétique d une bobine. L ensemble prend alors le nom d électroaimant. Renvoi : Bobines à noyau, page a Un moyen de réduire l entrefer d un aimant (General Motors) On appelle entrefer la distance entre les pôles d un aimant. Pour concentrer les lignes de force, on réduit l entrefer en courbant l aimant. Renvoi : Moyen de réduire l entrefer, page. 3.14 8

nfluence de l entrefer sur la résistance magnétique d un circuit 1 2 10 000 lignes de force * 2,5 mm (= 0,1 po) 5 000 lignes de force ** 5 mm (= 0,2 po) Comme l air offre beaucoup plus de résistance que le fer à la circulation des lignes de force, plus l entrefer d un électroaimant est grand, plus la résistance magnétique est forte. Renvoi : Figure 3.19, page 3.14 Masses polaires, enroulement d excitation et force électromagnétique Masses polaires Champ magnétique Enroulement d excitation La réaction d un conducteur porteur de courant placé dans un champ magnétique est à la base du fonctionnement des moteurs électriques. Le conducteur prend alors la forme d un cadre. Renvoi : Figure 3.21, page 3.17 Effets de la force électromagnétique sur un conducteur rectiligne a b c d e a)ituation initiale : existence de deux champs magnétiques. b)nsertion du conducteur rectiligne dans le champ magnétique : les lignes de force ne peuvent se croiser. c)les lignes de force sont dans le même sens : le conducteur est repoussé vers le bas. d)les lignes de force sont en sens contraire : le conducteur est repoussé vers le haut. e)les lignes de force sont dans le même sens : le conducteur est repoussé vers le bas. Renvoi : Figure 3.22, page 3.17 9

Effet d un cadre conducteur placé dans un champ magnétique B C F 2 CD B D F 1 Vue en plan Vue de profil Les segments du cadre conducteur parallèles au champ magnétique ne subissent pas son influence, tandis que ceux qui y sont perpendiculaires subissent fortement son influence. L action combinée des forces s exerçant sur les segments perpendiculaires au champ magnétique provoque l amorce de la rotation du cadre. Renvoi : Figure 3.23, page 3.18 Montage des cadres dans un moteur électrique Balais Masses polaires nducteur Collecteur nduit En combinant plusieurs cadres, on augmente suffisamment le couple pour faire tourner l ensemble. Ce principe est à la base du fonctionnement des moteurs électriques. Renvoi : Figure 3.24, page 3.18 Règle des trois doigts de la main droite Déplacement du conducteur ens des lignes de force ens électronique du courant Le sens du courant induit dans un conducteur coupant des lignes de force peut être déterminé avec la règle des trois doigts de la main droite. Renvoi : Figure 3.30, page 3.23 10

nduction dans un cadre rectangulaire a) b) c) B B C D 0 V +10 V D rotation d) C e) 0 V D B a) Le cadre coupe les lignes de force à angle droit : l induction est maximale. b) Le cadre est parallèle aux lignes de force : l induction est nulle. c) Le cadre coupe à nouveau les lignes de force à angle droit : l induction est maximale mais de signe contraire à la situation a en raison du changement de polarité des segments du cadre. d) Même situation qu en b. e) Retour à la situation initiale (a). C +10 V B D D -10 V C C B Renvoi : Figure 3.32, page 3.24 Comme dans le circuit de l alternateur F.é.m. induite par rapport à l angle de rotation du cadre 10 5 f.é.m. induite 0-5 0 90 180 270 360 450 Degrés ngle -10 La courbe illustrée représente la valeur de la tension induite par la rotation du cadre. Un tour du cadre correspond à un cycle de courant alternatif, tandis que le nombre de tours par seconde correspond à la fréquence du courant. Renvoi : Figure 3.33, page 3.25 11

ens de la tension induite dans une bobine Courant alternatif (nimatech) Principe de la bobine d allumage 12

nduction mutuelle 1 1 B B B a b c : Courant inducteur 1 : Courant induit a) Les bobines et B sont enroulées sur un même noyau et la bobine est reliée à une source d alimentation. b) À la fermeture de l interrupteur, un flux magnétique prend naissance dans le noyau, induisant une tension dans la bobine B. c) À l ouverture de l interrupteur, le champ magnétique s affaisse, induisant une tension de sens contraire dans la bobine B. Renvoi : Figure 3.40, page 3.31 Relais type Ressort Contact mobile Contact fixe Électroaimant Renvoi : Figure 3.48, page 3.39 Fonctionnement d un relais normalement ouvert (Ford) nterrupteur du circuit de commande ouvert Contacts ouverts rrivée de la source de courant Ressort de rappel Contact mobile Vers l accessoire nterrupteur du circuit de commande fermé Contact fixe Enroulement Renvoi : Relais, page 3.39 13

Relais unipolaire deux directions (Bosch) Ce type de relais compte habituellement cinq bornes. Bobinage de l électroaimant Contact mobile Contact fixe Contact fixe Renvoi : Relais, page 3.39a LE REL Circuit de Circuit de Puissance Bobine Commande oyau en fer doux Par Eric Tremblay 2012 LE REL + Circuit de commande - Par Eric Tremblay 2012 14

UTLTO DU REL Démarreur Batterie 12 volts Par Eric Tremblay 2012 UTLTO DU REL Batterie 12 volts + R = 600 Ω - Démarreur Par Eric Tremblay 2012 UTLTO DU REL 2000w Batterie 12 volts + - Démarreur Par Eric Tremblay 2012 15