Bases de l'électromagnétisme Flashcards
Définition des aimants ?
Corps capables d’attirer le fer, ces propriétés se manifestent aux extrémités : les pôles
Quels sont les différents type d’aimant ?
- Aimants naturels (oxyde de fer) ou aimants artificiels (permanant)
- Différentes formes : Barreau/U/Aiguille
Caractéristiques des pôles formés avec l’aimant ?
- On a un pôle nord et pôle sud
*Pôle nord s’oriente vers le pôle nord magnétique terrestre - Pôle sud s’oriente vers le pôle sud magnétique terrestre
- 2 pôles de même nom se repoussent, de noms différents s’attirent
Soit une aiguille G aimantée suspendue à
un fil sans torsion, située à proximité d’un
barreau aimanté ou d’un circuit parcouru
par un courant, qu’observe-t-on ?
- déviation du fil : aiguille est attirée par l’aimant
- orientation dans une position d’équilibre
- A proximité de l’aimant : il existe des forces : forces magnétiques
Champs magnétique définition ?
On appelle champ magnétique toute région de l’espace dans laquelle une aiguille aimantée est soumise à des forces magnétiques
Quelles sont les sources principales de champs magnétique ?
- Les sources principales de champ magnétique sont les aimants ou les circuits parcourus par un courant
- Il existe un champ magnétique terrestre faible, qui peut être souvent négliger par rapport au champ créé par les autres sources
Champs magnétique terrestre en France ?
0,5 10^-4 T
Champs magnétique dans une IRM ?
1,5 - 3T
Définition du vecteur champ magnétique ?
Il est définit par :
- Direction
- Sens SN de l’aiguille
- Intensité : Tesla (T)
Définition d’un champ uniforme ?
On dit qu’un champ magnétique est uniforme quand il a même direction, même sens et même intensité en tout point de espace champ
Que sont les lignes de champ ?
=> courbes tangentes en chacun de leurs points au champ et orientées dans le sens du champ
* les lignes de champ sont orientées du pôle Nord vers le pôle Sud à l’extérieur de l’aimant ( cas particulier de l’aimant en U)
Définition d’un champ magnétique vectoriel créé par un courant rectiligne ?
- Direction : Perpendiculaire au plan défini par le conducteur et M
- Sens : dépend du sens du courant
- Intensité : proportionnelle à i et inversement proportionnelle à d
Comment définit-on le sens du courant ?
Règle de l’observateur d’Ampère : sens donné par son bras gauche quand le courant lui rentre par les pieds
Calcul de l’intensité du champ magnétique créé par un courant rectiligne ?
B = (µ0i)/(2π*d)
B en Tesla, i en ampère , d en mètre, µ0 perméabilité du vide
Comment est généré un champ magnétique crée par un courant circulaire (spire) ?
Un courant circulaire présente la symétrie de révolution autour de l’axe X’X perpendiculaire au cercle et passant par son centre
Définition d’un champ magnétique vectoriel créé par un courant circulaire ?
- Direction : B est contenu dans le plan méridien donc perpendiculaire à la spire
- Sens : donné par le bras gauche de l’observateur d’Ampère
- Intensité : proportionnelle à i et inversement proportionnelle à d
Calcul de l’intensité du champ magnétique créé par un courant circulaire ?
=> Loi de Biot et Savart appliquée à un courant circulaire
B= (µ0Ni)/(2R)
B en Tesla, i en ampère , R (le RAYON) en mètre, µ0 perméabilité du vide
Lignes de champ d’un champ magnétique crée par un courant circulaire ?
- Lignes de champ : traversent le circuit vers la gauche de l’Observateur d’Ampère qui regarde l’intérieur du circuit
=> On peut définir une face nord et une face sud de la spire
Face sud de la spire ?
Face sud = Le courant circule dans le sens des aiguilles d’une montre
Face nord de la spire ?
Face nord = Le courant circule dans le sens inverse des aiguilles d’une montre
Définition d’un solénoïde ?
*Portion de circuit constituée d’un fil conducteur enroulé régulièrement en hélice de sorte que les spires se touchent (spires jointives) ou restent très voisines, appelé aussi bobine longue
* Chaque spire est assimilable à un courant circulaire
Définition d’un champ magnétique vectoriel créé par un solénoïde (à l’intérieur du solénoïde) ?
- B est uniforme
- Contenu dans le plan méridien (passant par l’axe du système)
- Sens défini par l’observateur d’Ampère
- Permet de définir un pôle Nord et un pôle Sud
- Intensité (Biot et Savart): B = µ0ni
B en Tesla, i en ampère , n = N/l = nbre de spires par mètre
Champs magnétique à l’extérieur du solénoïde ?
- Divergence des lignes de champ
- Diminution de l’intensité du champ B
Définition de la force électromagnétique ?
- Loi de Laplace : caractérisation de F
- Direction : perpendiculaire au plan défini par B et l’élément de courant
- Sens varie avec le sens de i et celui de B
- Intensité proportionnelle à i, à la longueur
de l’élément de courant et à B sinα
Loi de Laplace ?
La force électromagnétique exercée par un champ magnétique B, uniforme, sur un élément de circuit MN de longueur l, traversé par un courant d’intensité i :
F = i l B sinα
B en Tesla, i en ampère , l en mètre, F en Newton
Définition du vecteur de la force électromagnétique ?
- une direction perpendiculaire au plan (B,MN)
- un sens défini par la règle des 3 doigts
de la main droite - une intensité définie par la formule de Laplace
Travail des forces électromagnétiques si B est perpendiculaire au plan des rails sur lesquels roule la barre cylindrique MN sous l’effet de F ?
- W = F . MM’ or
- F = i. NM. B et
- S = MM’. NM d’où
=> W = i . S . B
W en J, i en A, S en m2 et B en T
Travail des forces électromagnétiques si B n’est pas perpendiculaire au plan des rails sur lesquels roule la barre cylindrique MN sous l’effet de F ?
- le travail de la force F se réduit à celui de sa
composante normale
=> W= i . S . B cos θ
W en J, i en A, S en m2 et B en T
Qu’est-ce que la grandeur : SBcosθ ?
– cette grandeur est appelée ϕ : Flux d’induction coupé ou balayé à travers un circuit plan (et s’exprime en Weber Wb)
=> ϕ = S B cosθ
=> ϕ = S B si cosθ = 1 (B normal au circuit)
Rapport entre la force électromagnétique, le travail et ϕ ?
Lorsqu’un élément de courant se déplace dans un champ magnétique, la force électromagnétique qui s’exerce sur lui effectue un travail égal au produit de i par ϕ : flux d’induction que l’élément de courant coupe au cours de son déplacement
Expression de W en fonction de ϕ ?
– W= i . S . B cosθ, on a ϕ = S B cosθ
– Donc W = i ϕ
Variation du flux à travers le circuit ?
- Soient S1 et S2 les surfaces avant et après le déplacement MM’ de la barre MN et ϕ1 et ϕ2
les flux à travers ces surfaces
=> Variation de flux d’induction:
ϕ2- ϕ1 = (S2- S1)Bcosθ = SBcosθ = ϕ
Expression de W avec la variation de flux ?
W = i (ϕ2- ϕ1)
Que dit la loi de Maxwell ?
– Lorsqu’un circuit se déplace dans un champ magnétique, le travail des forces électromagnétiques qui s’exercent sur lui est égal au produit de l’intensité du courant par la variation de flux qui le traverse
– On compte les flux positivement si les lignes d’induction traversent le circuit de la face Sud à la face Nord
Que dis la règle du flux maximal ?
Un circuit parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique tend à se déplacer vers une position d’équilibre telle que le flux d’induction qui le traverse de sa face sud à sa face nord soit maximal
Type de travail lorsqu’un circuit se déplace sous l’action des forces électromagnétiques ?
Il est moteur car positif car ϕ2>ϕ1
Que produit le déplacement relatif d’un circuit fermé et d’un champ magnétique ?
Un courant induit
Rôle de la variation de flux dans la création d’un courant induit lors du déplacement relatif d’un circuit fermé et d’un champ magnétique ?
Cette variation de flux est la cause du courant induit => ce courant induit s’annule dès que le flux cesse de varier
Production d’un courant induit sans déplacement ?
- Le circuit du solénoïde est le circuit
inducteur => avec le générateur - La variation de flux est appelée variation du
flux inducteur - Le circuit S est le circuit induit => sans générateur
Lois générales de l’induction électromagnétique ?
– Toute variation du flux d’induction à travers un circuit fermé s’accompagne de la production d’un courant induit dans ce circuit
– Le courant induit apparaît dès que commence la variation de flux ; il disparaît dès que cesse cette variation
Loi de Lenz ?
– Le sens du courant induit est tel que par ses effets, il tend à s’opposer à la cause qui lui a donné naissance
Relation entre la circulation d’un courant induit, une force électromotrice d’induction et la variation du flux inducteur ?
La circulation d’un courant induit dans un circuit fermé traversé par un flux d’induction variable est liée à une force électromotrice d’induction f.e.m, liée à la variation du flux inducteur et à la durée de cette variation
Relation entre la f.e.m, la variation de flux et la durée de cette variation ?
a f.e.m est proportionnelle à la variation de flux et inversement proportionnelle à la duré de cette variation : E = Δϕ/Δt
Loi de Pouillet ?
e = RI d’où I = e / R (I en ampère, e en volts, R en ohm)
Que se passe-t-il si les f.e.m produisent un déplacement quand un circuit fermé se déplace dans un champs magnétique ?
=> Moteur électrique
Que se passe-t-il si les f.e.m s’oppose au déplacement quand un circuit fermé se déplace dans un champs magnétique ?
=> générateur électromagnétique (dynamo)
