La découverte d'Oersted
En 1819 le savant danois Oersted découvrit qu'un conducteur
parcouru par un courant électrique produisait un champ
magnétique capable de faire dévier l'aiguille d'une
boussole. Le champ magnétique est d'autant plus fort que
l'intensité du courant est importante et le sens des lignes
de forces (appelées aussi lignes de champ) dépend
du sens du courant. L'induction magnétique B (en tesla
T) est égale à :
Où :
µ0 est la perméabilité du
vide = 4p.10-7
I : intensité du courant en ampère
d : distance entre le point considéré et le conducteur.
1 T = 1 Wb/m²
1 gauss = 1 maxwell / cm² = 10-4 teslas
Induction magnétique dans
une spire
. Règle du tire-bouchon.
Un conducteur en forme de boucle est appelé "spire".
Le champ magnétique qui se forme autour du conducteur se
trouve concentré à l'intérieur de la spire.
Le sens du vecteur induction B est déterminé
conventionnellement avec la règle dite du "tire-bouchon"
; en tournant le tire-bouchon dans le sens du courant parcourant
la spire celui-ci se visse dans le sens de l'induction.
L'induction dans la spire dépend du diamètre D de
celle-ci et de l'intensité I du courant qui parcoure la
spire.
Induction magnétique dans
un solénoïde
Un solénoïde est un
conducteur électrique enroulé en forme de ressort.
On l'appelle communément "bobine". Voir électro-aimant
et tension induite.
Une bobine est constituée de spires trés proches
les unes des autres. L'induction B à l'intérieur
de la bobine est proportionnelle au nombre de spires mais inversement
proportionnelle à la longueur de la bobine :
où :
N : nombre de spires
lg : longueur de la bobine en m
I : intensité du courant électrique en A
Perméabilité magnétique
La perméabilité
magnétique est à l'induction ce que la conductibilité
électrique est à la conduction. Elle dépend
du matériau : le fer est bien connu pour être magnétique.
Utilisé sous forme de noyau pour une bobine, il augmente
fortement l'induction en concentrant les lignes de champ. La comparaison
avec la conductibilité a ses limites : contrairement à
un conducteur, un matériau magnétique se sature
à partir d'un certain flux, µr dépend aussi de l'excitation
magnétique.
Sur la figure sont représentés :
- une self avec noyau cylindrique.
- une self avec circuit magnétique fermé canalisant
totalement le champ magnétique.
Un solénoide muni d'un noyau se comporte comme un aimant
lorsqu'il est parcouru par un courant. C'est le principe des électro-aimants
présents dans les relais.
Le vide ou l'air ont une perméabilité magnétique
µo
qui sert de référence. La perméabilité
relative µr des matériaux peut varier dans de grandes
proportions en fonction des matériaux et de la forme du
noyau. La formule de calcul de l'induction dans une bobine avec
noyau est :
Flux magnétique
Lorsqu'un champ magnétique
d'induction B (en teslas) traverse une surface S
(en m²) avec un angle q , le flux en weber (Wb) est égal
à :
1 Wb = 108 maxwells
Excitation magnétique ou champ
L'excitation magnétique H en un point de l'espace est :
Pour un solénoïde (bobine longue) la formule précédente
de l'induction B permet d'exprimer H :
avec :
H en ampére/mètre
lg en mètre
I en ampère
Cycle d'hystérésis
Lorsqu'un barreau de matériau
magnétique est placé à l'intérieur
d'une bobine, l'induction B n'est pas proportionnelle à
l'excitation magnétique (champ) H. Si l'on part
d'un barreau non aimanté la courbe de première aimantation
ressemble à la courbe OAS en bleu sur la figure ci-jointe.
En A commence la saturation : si le champ augmente l'induction
B n'augmente plus que très faiblement.
Si le champ diminue jusqu'à s'annuler, l'induction est
conservée en partie : le barreau est aimanté. Pour
H= 0 il reste une induction rémanente +Br.
Pour annuler cette induction il est nécessaire d'inverser
le champ magnétique jusqu'à la valeur -Hc
appelé champ "coercitif".
Si l'on diminue H jusqu'à la valeur -Hs, d'intensité
égale à Hs puis que l'on ramène H à
zéro l'induction B dans le barreau reste à -Br.
Les pertes par hystérésis sont proportionnelle à
la surface grisée sur la figure, elles dépendent
du matériau utilisé. Les aimants permanents artificiels
sont réalisés avec des matériaux à
fort champ coercitif.