Électromagnétisme

La découverte de la relation entre le magnétisme et l'électricité a été, comme tant d'autres découvertes scientifiques, presque par accident. Le physicien danois Hans Christian Oersted donnait une conférence un jour en 1820 sur la possibilité de l'électricité et du magnétisme étant liés l'un à l'autre, et dans le processus l'a démontré de manière concluante par une expérience devant toute sa classe !

En faisant passer un courant électrique à travers un fil métallique suspendu au-dessus d'un compas magnétique, Oersted a pu produire un mouvement défini de l'aiguille de la boussole en réponse au courant. Ce qui a commencé comme une conjecture au début de la session de classe a été confirmé comme un fait à la fin. Inutile de dire qu'Oersted a dû réviser ses notes de cours pour les prochains cours ! Sa découverte fortuite a ouvert la voie à une toute nouvelle branche de la science :l'électromagnétique.

Des expériences détaillées ont montré que le champ magnétique produit par un courant électrique est toujours orienté perpendiculairement à la direction du flux. Une méthode simple pour montrer cette relation est appelée la règle de la main droite . En termes simples, la règle de la main droite dit que les lignes de flux magnétique produites par un fil porteur de courant seront orientées dans la même direction que les doigts recourbés de la main droite d'une personne (en position « auto-stop »), avec le pouce pointant vers le sens du courant conventionnel :

Le champ magnétique entoure ce morceau droit de fil porteur de courant ; les lignes de flux magnétique n'ayant pas de pôles « nord » ou « sud » définis.

Alors que le champ magnétique entourant un fil porteur de courant est en effet intéressant, il est assez faible pour des quantités de courant courantes, capable de dévier une aiguille de boussole et pas beaucoup plus. Pour créer une force de champ magnétique plus forte (et par conséquent, plus de flux de champ) avec la même quantité de courant électrique, nous pouvons enrouler le fil dans une forme de bobine, où les champs magnétiques entourant le fil se joindront pour créer un champ plus grand avec un polarité magnétique définie (nord et sud) :

La quantité de force de champ magnétique générée par un fil enroulé est proportionnelle au courant traversant le fil multiplié par le nombre de « tours » ou « enroulements » de fil dans la bobine. Cette force de champ est appelée force magnétomotrice (mmf), et est très analogue à la force électromotrice (E) dans un circuit électrique.

Un électroaimant est un morceau de fil destiné à générer un champ magnétique avec le passage d'un courant électrique à travers lui. Bien que tous les conducteurs porteurs de courant produisent des champs magnétiques, un électro-aimant est généralement construit de manière à maximiser la force du champ magnétique qu'il produit dans un but particulier. Les électro-aimants trouvent une application fréquente dans la recherche, l'industrie, la médecine et les produits de consommation.

En tant qu'aimant contrôlable électriquement, les électro-aimants trouvent une application dans une grande variété de dispositifs «électromécaniques» :des machines qui génèrent une force ou un mouvement mécanique grâce à l'énergie électrique. L'exemple le plus évident d'une telle machine est peut-être le moteur électrique .

Un autre exemple est le relais , un interrupteur à commande électrique. Si un mécanisme de contact de commutation est construit de manière à pouvoir être actionné (ouvert et fermé) par l'application d'un champ magnétique, et qu'une bobine d'électroaimant est placée à proximité immédiate pour produire ce champ requis, il sera possible d'ouvrir et de fermer l'interrupteur par l'application d'un courant à travers la bobine. En effet, cela nous donne un dispositif qui permet à l'électricité de contrôler l'électricité :

Les relais peuvent être construits pour actionner plusieurs contacts de commutation, ou les faire fonctionner en « inverse » (la mise sous tension de la bobine s's'ouvrira le contact de l'interrupteur, et la mise hors tension de la bobine lui permettra de se refermer à nouveau).

AVIS :

• Lorsque le courant circule dans un conducteur, un champ magnétique est produit autour de ce conducteur.
• La règle de la main droite stipule que les lignes de flux magnétique produites par un fil porteur de courant seront orientées dans la même direction que les doigts recourbés de la main droite d'une personne (en position « auto-stop »), avec le pouce pointant vers le sens du courant conventionnel.
• La force de champ magnétique produite par un fil porteur de courant peut être considérablement augmentée en façonnant le fil en une bobine au lieu d'une ligne droite. S'il est enroulé en forme de bobine, le champ magnétique sera orienté le long de l'axe de la longueur de la bobine.
• La force de champ magnétique produite par un électro-aimant (appelée force magnétomotrice , ou mmf), est proportionnel au produit (multiplication) du courant traversant l'électro-aimant et au nombre de « tours » complets de la bobine formée par le fil.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail sur l'électromagnétisme intermédiaire et l'induction électromagnétique
• Feuille de travail de base sur l'électromagnétisme et l'induction électromagnétique