Cours d’électricité / électrotechnique
2ème année Electronique Médicale
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Cours d’électricité / électrotechnique Remarque Ces diapositives constituent un deuxième support de cours. Elles seront complétées par des démonstrations et explications en classe. Suivi des exercices en cours! La présence en cours est donc fortement conseillée ! Se présenter à la classe avant le début de la séance de cours.
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Table des matières I. Electromagnétisme II. Machine à courant continu III. Machine AC III.1. Les transformateurs III.2. Moteur asynchrone III.3. Système triphasé IV. Moteur pas-à-pas
Cours d’électricité / électrotechnique I. Electromagnétisme I.1. Introduction I.2. Loi fondamentales de l'électromagnétisme
Chapitre I – Electromagnétisme Introduction au magnétisme Les aimants Ferromagnétiques et électroaimants Les ferromagnétiques Les électroaimants Ferromagnétique et électromagnétique La source de tous Magnétisme Les champs magnétiques et les lignes de champ magnétique
Chapitre I – Electromagnétisme Introduction au magnétisme Les roches magnétiques trouvées en Magnésie, qui fait maintenant partie de l'ouest de la Turquie, a suscité l'intérêt au cours de l'Antiquité. Une application pratique pour les aimants a été retrouvée plus tard, quand ils ont été employés comme outil de navigation. L'utilisation d'aimants a entraîné non seulement une amélioration de la navigation à longue distance, mais aussi de savoir ou se trouve la direction vers le «nord» et le «sud», étant donné les deux types de pôles magnétiques.
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Chapitre I – Electromagnétisme Introduction au magnétisme Aujourd'hui le magnétisme joue plusieurs rôles importants dans nos vies. La compréhension des physiciens du magnétisme a permis le développement de technologies qui affectent notre vie quotidienne. L'iPod dans votre sac à main ou sac à dos, par exemple, n'aurait pas été possible sans les applications du magnétisme et de l'électricité à petite échelle.
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Chapitre I – Electromagnétisme Introduction au magnétisme La découverte que des changements faibles dans un champ magnétique dans un film mince de fer et de chrome pourraient provoquer beaucoup de grandes variations de la résistance électrique a été l'un des premiers grands succès de la nanotechnologie. Le Prix Nobel de Physique 2007 est allé à Albert Fert de la France et Peter Grunberg d'Allemagne pour cette découverte de la magnétorésistance géante et ses applications à la mémoire de l'ordinateur. Tous les moteurs électriques, avec des usages aussi divers que l'alimentation des réfrigérateurs, démarreur des voitures, et les ascenseurs se déplaçant, contenant des aimants. Générateurs, si la production hydroélectrique ou des feux de vélo, utilisent des champs magnétiques.
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Chapitre I – Electromagnétisme Introduction au magnétisme Des centaines de millions sont dépensés chaque année sur le confinement magnétique de la fusion comme source d’énergie du futur. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) « Magnetic resonance imaging – MRI » est devenue un outil important de diagnostic dans le domaine de la médecine, et l'utilisation du magnétisme pour explorer l'activité du cerveau est un sujet de recherche et de développement contemporain. La liste des applications comprend également des disques durs d’ordinateur, l'enregistrement sur bande, la détection de l'amiante inhalée et lévitation de trains à grande vitesse. Le magnétisme est utilisé aussi pour expliquer les niveaux de l'énergie atomique.
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Chapitre I – Electromagnétisme Les aimants Tous les aimants attirent le fer, telle que celle d'une porte de réfrigérateur. Cependant, les aimants peuvent s’attirer ou se repousser avec d'autres aimants. L'expérimentation montre que tous les aimants ont deux pôles. Si un aimant est suspendu librement, un pôle sera dirigé vers le nord. Les deux pôles sont ainsi nommés le pôle magnétique nord et le pôle magnétique sud (ou plus correctement, un pôle recherche le nord et l’autre le sud).
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Chapitre I – Electromagnétisme Alerte Idée fausse : pôle Nord géographique de la Terre se cache un S La Terre se comporte comme un barreau aimant avec son pôle sud près du pôle Nord géographique. C'est pourquoi le pôle nord de la boussole est attiré vers le pôle nord géographique de la Terre parce que le pôle magnétique qui se trouve près du pôle Nord géographique est en fait un pôle magnétique sud!
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Chapitre I – Electromagnétisme Caractéristiques universelles des aimants et des pôles magnétiques Il s'agit d'une caractéristique universelle de tous les aimants qui se repoussent pour deux pôles égaux et s'attirent pour deux pôles de signes contraires. D'autres expériences montrent qu'il est impossible de séparer les pôles nord et sud de la manière que les charges + et - peuvent être séparés.
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Chapitre I – Electromagnétisme Ferromagnétiques et électroaimants Les ferromagnétiques Seuls certains matériaux, tels que le fer, le cobalt, le nickel et le gadolinium, présentent des effets magnétiques puissants. Ces matériaux sont appelés ferromagnétique (mot latin « fer » : Ferrum). Un groupe de matériaux fabriqués à partir des alliages des éléments des terres rares sont également utilisées comme des aimants solides et permanents ; une populaire est le néodyme. D'autres matériaux présentent des effets magnétiques faibles, qui sont détectables seulement avec des instruments sensibles. Non seulement les matériaux ferromagnétiques réagissent fortement à des aimants (le chemin de fer est attiré par un aimant), ils peuvent également être magnétisés eux-mêmes, c'est à dire qu'ils peuvent être amenés à être magnétique ou en faire des aimants permanents. A.DJELAILI
Chapitre I – Electromagnétisme Les ferromagnétiques Lorsqu'un aimant est amené à proximité d'un matériau ferromagnétique précédemment non magnétisé, il provoque une aimantation locale de la matière. (Cela se traduit par l'attraction de la matière précédemment non magnétisé à l'aimant.) Cette aimantation induite peut être rendue permanente si la matière est chauffée et ensuite refroidie, ou simplement engagé dans la présence d'autres aimants.
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Chapitre I – Electromagnétisme Les ferromagnétiques Lorsqu'un aimant est amené à proximité d'un matériau ferromagnétique précédemment non magnétisé, il provoque une aimantation locale de la matière. (Cela se traduit par l'attraction de la matière précédemment non magnétisé à l'aimant.) Cette aimantation induite peut être rendue permanente si la matière est chauffée et ensuite refroidie, ou simplement engagé dans la présence d'autres aimants.
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Chapitre I – Electromagnétisme Les ferromagnétiques Inversement, un aimant permanent peut être démagnétisé par un chauffage en l'absence d'un autre aimant. L’augmentation du mouvement thermique à haute température peut perturber l'orientation aléatoire et la taille du champ. Il existe une température bien définie pour les matériaux ferromagnétiques, ce qui est appelé : la température de Curie, au-dessus duquel ils ne peuvent pas être magnétisés. La température de Curie du fer est 1043 °K (770 ° C), ce qui est bien au-dessus de la température ambiante.
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Chapitre I – Electromagnétisme Les électroaimants Au début du 19ème siècle, on a découvert que les courants électriques provoquent des effets magnétiques. Le scientifique danois Hans Christian Oersted (1777-1851), dans sa première observation importante qui a constaté qu'une aiguille de la boussole est déviée par un fil porteur de courant. L'électromagnétisme est l'utilisation d'un courant électrique afin de fabriquer des aimants temporaire. Ces aimants temporairement sont appelés : électroaimants. Les électro-aimants sont utilisés pour : une grue de chantier de démolition qui soulève épaves automobiles ; contrôler le faisceau d'un accélérateur de particules de 90 km de circonférence ; aux aimants dans les machines d'imagerie médicale. A.DJELAILI
Chapitre I – Electromagnétisme Les électroaimants La figure montre que la réponse de la limaille de fer à une bobine conductrice de courant et à un barreau à aimantation permanente est semblable. En fait, l’électro-aimant et le barreau ferromagnétique ont la même base caractéristique, par exemple, ils ont des pôles nord et sud qui ne peuvent être séparés et que les pôles identiques se repoussent et ceux de signes contraires s'attirent.
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Chapitre I – Electromagnétisme Ferromagnétique et électromagnétique La combinaison d'un matériau ferromagnétique avec un électro-aimant peut produire des effets magnétiques particulièrement forts. Chaque fois que les effets magnétiques puissants sont nécessaires (comme les aimants pour la levée de la ferraille), des électro-aimants sont renforcées par des matériaux ferromagnétiques. La Limite de force des aimants peut être imposée par la résistance de la bobine (elle peut surchauffer et faire fondre le fil de la bobine au courant suffisamment élevé), et ainsi l’aimant supraconducteur qui peut être utilisés. Ceux-ci sont aussi limités, car les propriétés supraconductrices sont détruites par un grand champ magnétique.
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Chapitre I – Electromagnétisme La source de tous Magnétisme Un électro-aimant crée le magnétisme avec un courant électrique. Dans ce qui suit, une exploration plus quantitativement sur le magnétisme, pour trouver la force et la direction des champs magnétiques créés par divers courants. Une boucle de courant produit toujours un dipôle magnétique, c'est un champ magnétique qui agit comme un pôle nord et du pôle sud de la paire. Depuis isolé pôles magnétiques nord et sud, appelé monopôles magnétiques, ne sont pas respectées, les courants sont utilisés pour expliquer tous les effets magnétiques. Si des monopôles magnétiques ont existé, que tout le magnétisme est dû au courant électrique.
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Chapitre I – Electromagnétisme Les champs magnétiques et les lignes de champ magnétique Einstein est dit d’avoir été fasciné par une boussole, la façon dont l'aiguille agissait par une force sans contact physique direct. Sa capacité à dévier profondément et clairement sur l'action à distance, en particulier pour la force gravitationnelle, électrique, et magnétiques, plus tard, lui a permis de créer sa théorie révolutionnaire de la relativité. Il est très intéressant de faire une représentation graphique des lignes de champ magnétique, qui est très utile pour la visualisation de la force et la direction du champ magnétique. Comme le montre la figure, la direction des lignes de champ magnétique est définie comme étant la direction dans laquelle l’aiguille d’une boussole pointe. Le champ magnétique est traditionnellement appelé le champ B.
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Chapitre I – Electromagnétisme Les champs magnétiques et les lignes de champ magnétique La figure suivante montre comment le champ magnétique apparaît pour une boucle de courant et un long fil rectiligne, comme pourrait être explorée avec de petites boussoles. Une petite boussole placée dans ces champs, va aligner elle-même en parallèle aux lignes de champ B. Les propriétés des lignes de champ magnétique peuvent être résumées par ces règles : 1. La direction du champ magnétique est tangente à la ligne de champ en tout point de l'espace. 2. L'intensité du champ magnétique est proportionnelle à la proximité des lignes. Il est exactement proportionnel au nombre de lignes par unité de surface (appelé la densité surfacique). 3. Les lignes de champ magnétique ne peuvent jamais se croiser, ce qui signifie que le champ est unique à tout point de l'espace. 4. Lignes de champ magnétique sont continue, forment des boucles fermées sans début ni fin. Ils vont du pôle nord au pôle sud.
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Chapitre I – Electromagnétisme Loi fondamentales de l'électromagnétisme Tout magnétisme est causé par un courant : le flux de charge. Les champs magnétiques exercent des forces sur des charges en mouvement, et ils exercent des forces sur d'autres aimants, qui ont tous des charges en mouvement.
Règle de la main droite -1 La force magnétique est plus complexe, à la fois dans le nombre de facteurs qu'elle affecte et dans sa direction, qu’à la force de Coulomb qui est relativement simple. L'amplitude de la force magnétique F sur une charge q se déplaçant à une vitesse v dans un champ magnétique d'intensité B est donnée par : Où θ est l'angle entre les directions de v et B. Cette force est souvent appelée la force de Lorentz. En fait, c'est la façon dont la force du champ magnétique B est définie en fonction de la force exercée sur une particule chargée en mouvement dans un champ magnétique B. Nikola Tesla (1856-1943), a définie l'unité du champ magnétique B, appelé le tesla (T).
Chapitre I – Electromagnétisme Loi fondamentales de l'électromagnétisme Tout magnétisme est causé par un courant : le flux de charge. Les champs magnétiques exercent des forces sur des charges en mouvement, et ils exercent des forces sur d'autres aimants, qui ont tous des charges en mouvement.
Règle de la main droite -1 La force magnétique est plus complexe, à la fois dans le nombre de facteurs qu'elle affecte et dans sa direction, qu’à la force de Coulomb qui est relativement simple. L'amplitude de la force magnétique F sur une charge q se déplaçant à une vitesse v dans un champ magnétique d'intensité B est donnée par : Où θ est l'angle entre les directions de v et B. Cette force est souvent appelée la force de Lorentz. En fait, c'est la façon dont la force du champ magnétique B est définie en fonction de la force exercée sur une particule chargée en mouvement dans un champ magnétique B. Nikola Tesla (1856-1943), a définie l'unité du champ magnétique B, appelé le tesla (T).
Chapitre I – Electromagnétisme L'effet Hall Nous avons vu les effets d'un champ magnétique sur des charges libre en mouvements. Le champ magnétique affecte aussi les charges en mouvement dans un conducteur. Il en résulte l'effet Hall, qui a des implications et des applications importantes. La figure suivante montre ce qui arrive à des charges en mouvement à travers un conducteur dans un champ magnétique. Le champ est perpendiculaire à la vitesse de dérive des électrons et de la largeur du conducteur. Notez que le courant conventionnel se dirige à la droite dans les deux cas de figure. La création d'une tension aux bornes d'un conducteur porteur de courant par un champ magnétique est connue comme l'effet Hall, d’après le physicien américain Edwin Hall, qui l'a découvert en 1879.
Chapitre I – Electromagnétisme L'effet Hall Une utilisation très importante de l'effet Hall est de déterminer si les charges qui portent le courant sont positives ou négatives. L'effet Hall a d'autres utilisations telles que la détermination du débit sanguin dans la mesure de précision de l'intensité du champ magnétique. Afin de l'examiner quantitativement, l’expression de Hall est nécessaire, pour calculer la f.é.m., ε, à travers un conducteur. Considérons l'équilibre des forces sur une charge en mouvement dans une situation où B, V et L sont perpendiculaires entre eux. Bien que la force magnétique déplace les charges négatives d'un côté. Le champ électrique provoqué par leur séparation s'oppose à la force magnétique, F=q.v.B et la force électrique, Fe=q.E, éventuellement en égalité, c'est-à-dire que : q.E=q.v.B ou E=v.B.
Chapitre I – Electromagnétisme L'effet Hall A noter que le champ électrique E est uniforme à travers le conducteur, car le champ magnétique B est uniforme, comme il est dans le conducteur. Pour un champ électrique uniforme, la relation entre le champ électrique et de la tension est E= ε/l, où l est la largeur du conducteur et ε est la force électromotrice de Hall, on aura : ε/l=v. La résolution de cela pour la f.é.m. de Hall ε=B.l.v (B, v et l, perpendiculaires mutuellement) où ε est la tension d’effet Hall à travers un conducteur de largeur l dans laquelle des charges se déplacent à une vitesse v.
Chapitre I – Electromagnétisme L'effet Hall L’une des utilisations les plus courantes de l'effet Hall est la mesure de la force du champ magnétique B. Ces dispositifs, appelés sondes de Hall, peuvent avoir des tailles très petites. Ces Sondes Hall peuvent aussi être très précise, habituellement réalisé par un étalonnage prudent. L’application de l'effet Hall est de mesurer l'écoulement du fluide dans le liquide qui a des charges libres. Un champ magnétique appliqué perpendiculairement à la direction de l'écoulement produit une f.é.m. Hall ε comme indiqué sur la figure. Le signe de ε ne dépend pas du signe des charges, mais seulement sur les directions de B et v. La f.é.m. de Hall est égal à : ε=B.l.v où l est le diamètre du tuyau, de sorte que la vitesse moyenne v peut être déterminée par ε et les autres facteurs qui sont connus.
Chapitre I – Electromagnétisme Force magnétique sur un conducteur sous tension Comme les charges ne peuvent généralement pas échapper à un conducteur, la force magnétique sur les charges en mouvement dans un conducteur est transmise au conducteur lui-même.
Chapitre I – Electromagnétisme Force magnétique sur un conducteur sous tension
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Chapitre I – Electromagnétisme Force magnétique sur un conducteur sous tension Alors : F=I l B sinθ, est l'équation de la force magnétique sur une longueur l parcouru par un courant I dans un champ magnétique uniforme B. Si l'on divise les deux côtés de cette expression par l, nous constatons que la force magnétique par unité de longueur de fil l dans un champ uniforme est : F/l=I.B.sinθ. La direction de cette force est donnée par la figure.16, avec le pouce dans le sens du courant I. Ensuite, les doigts dans la direction de B et F est perpendiculaire au plan B,I.
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Chapitre I – Electromagnétisme Force magnétique sur un conducteur sous tension Les moteurs sont l'une des applications les plus courantes de la force magnétique sur les fils porteurs de courant. Les moteurs ont des boucles de fil en cuivre dans un champ magnétique. Lorsque le courant travers ces boucles, le champ magnétique exerce un couple sur les boucles, ce qui fait tourner un arbre. A ce moment, l'énergie électrique est convertie en travail mécanique dans le processus.
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Chapitre I – Electromagnétisme Force magnétique sur un conducteur sous tension
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Chapitre I – Electromagnétisme Force magnétique sur un conducteur sous tension La force sur chaque segment de la boucle dans la figure pour trouver les couples produits autour de l'axe de l'arbre vertical. Le champ magnétique B est considéré uniforme sur la boucle en forme rectangulaire qui a une largeur w et de hauteur l. Premièrement, les forces sur les deux segments haut et du bas sont en perpendiculaire à l'arbre, ne produisant pas de couple, par contre les autres segments verticaux produisant deux forces égaux en amplitude. Le couple est défini comme : T= r F sin θ, où F est la force, r est la distance du pivot jusqu’à la force appliquée, θ est l'angle entre r et F. La règle de la main droite, comme le montre la figure ci-dessus, donne les forces sur les côtés qui sont égaux en grandeur et de direction opposé. Cependant, chaque force produit un couple; T; qui se dirige vers le sens des aiguilles d'une montre.
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Chapitre I – Electromagnétisme Force magnétique sur un conducteur sous tension Comme r=w/2, le couple sur chaque segment vertical est : T1= (w/2) F sinθ, et les deux couple permettant de fournir un couple total : T= T1+T2 =(w/2) F sinθ+(w/2) F sinθ. Or, chaque segment vertical a une longueur l qui est perpendiculaire à B, de sorte que la force exercée sur chacun d’entre eux est : F=I l B. Si on remplace F dans l'expression précédente du couple : T=w I l B sinθ. Si cette boucle contienne plusieurs spires, c.-à-d. multiple de N spires, on obtient que N fois le couple d'une boucle. A notez que la surface de cette boucle est A, qui vaut : A=w l ; l'expression du couple devient : T=N I A B sinθ. A.DJELAILI
Chapitre I – Electromagnétisme Principe de fonctionnement d’un moteur
Le couple est au maximum comme vu dans l'exemple précédent, quand θ est un angle droit. Comme la bobine tourne, le couple diminue jusqu'à zéro à θ = 0. Le couple s’inverse alors une traversé fois θ = 0.Cela signifie que, si nous n'agissons pas, la bobine va osciller en avant et en arrière sur l'équilibre à θ = 0. Pour que la bobine continue à tourner dans la même direction (sens des aiguilles), nous pouvons inverser le sens du courant en passant par θ = 0 avec des interrupteurs automatiques appelés : ballais.
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Chapitre I – Electromagnétisme Champ magnétique créé par une longue ligne droite de fil transportant du courant Règle de la main droite – 2
Les champs magnétiques sont caractérisés à la fois par leur direction et leur grandeur. Comme indiqué précédemment, une façon plus simple pour explorer la direction d'un champ magnétique est avec une boussole. Le champ autour d'un fil d’une longue ligne droite est sous forme de boucles circulaires. La deuxième règle de la main droite se dégage de cette exploration et elle est valable pour tout segment traversé par un courant. En effet, le pouce de la main droite indique le sens du courant, et la courbure des quatre doigts détermine la direction des boucles créées par ce champ magnétique. A.DJELAILI
Chapitre I – Electromagnétisme Règle de la main droite – 2
Le champ magnétique autour d'un fil d’une longue ligne droite est sous forme de boucles circulaires. La deuxième règle de la main droite se dégage de cette exploration et elle est valable pour tout segment traversé par un courant. En effet, le pouce de la main droite indique le sens du courant, et la courbure des quatre doigts détermine la direction des boucles créées par ce champ magnétique.
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Chapitre I – Electromagnétisme Règle de la main droite – 2
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Chapitre I – Electromagnétisme Les champs magnétiques produits par les courants : la loi d'Ampère
Chaque segment de courant produit un champ magnétique, comme celle d'une ligne longue droite, et que le champ total étant la somme vectorielle des champs dus à chaque segment, c’est la loi de Biot-Savart. Afin de rendre la loi complète, un calcul intégral est nécessaire, appelée la loi d'Ampère, qui concerne le champ magnétique et le courant d'une manière générale. La loi d'Ampère, à son tour fait partie des équations de Maxwell, qui donnent une théorie complète de tous les phénomènes électromagnétiques. Les équations de Maxwell ont conduit à la théorie moderne de la relativité et la réalisation que les champs électriques et magnétiques sont des manifestations différentes. Gardons les caractéristiques générales à l'esprit, comme la deuxième règle de la main droite et les règles pour les lignes de champ magnétique énuméré dans les champs magnétiques, tout en se concentrant sur les domaines créés dans certaines situations importantes.
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Chapitre I – Electromagnétisme Champ magnétique produit par un courant traversant une boucle circulaire Le champ magnétique à proximité d'une boucle de fil traversée par un courant est illustré à la figure.20. La direction et la magnitude du champ magnétique produit par le courant traversant cette boucle sont complexes. La deuxième règle de la main droite peut être utilisée pour donner la direction du champ près de la boucle. La cartographie exacte du champ magnétique à l’aide des boussoles permettent d’avoir plus de détails sur la finalité des lignes du champ magnétique.
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Chapitre I – Electromagnétisme Champ magnétique produit par un courant traversant une boucle circulaire
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Chapitre I – Electromagnétisme Champ magnétique produit par un courant traversant une boucle circulaire Champ magnétique produit par un courant traversant un solénoïde Un solénoïde est une bobine de long fil (avec de nombreuses spires ou de boucles). En raison de sa forme, le champ magnétique à l'intérieur de ce solénoïde peut être très uniforme, et également très forte. Par contre, le champ à l'extérieur des bobines est proche de zéro. La figure.21 montre comment le champ ressemble et comment sa direction est donnée par la deuxième règle de la main droite.
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Chapitre I – Electromagnétisme Champ magnétique produit par un courant traversant une boucle circulaire Champ magnétique produit par un courant traversant un solénoïde
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Chapitre I – Electromagnétisme La force magnétique entre deux conducteurs parallèles On peut s’attendre que des forces importantes entre les fils conducteurs porteurs de courant, car les courants produisent des champs magnétiques importants et ces champs exercent des forces importantes sur eux-mêmes. La force entre les fils est utilisée pour définir l'ampère. Il peut être également surprenant d'apprendre que cette force est utilisée dans le disjoncteur, qui tente d'interrompre le circuit quand le courant est soudain important. La force entre deux conducteurs parallèles, rectilignes et longs séparés par une distance r peut être trouvée en appliquant ce qui été développé précédemment. La figure.22 montre les fils, les courants, les lignes des champs qu'ils créent, et les forces exercer (mutuellement) les unes sur les autres. Prenons le champ produit par le 1er conducteur et la force qu'il exerce sur le 2nd conducteur (appeler la force F2). Le champ magnétique créé en raison de I1 à une distance r est donnée par B1.
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Chapitre I – Electromagnétisme La force magnétique entre deux conducteurs parallèles Prenons le champ produit par le 1er conducteur et la force qu'il exerce sur le 2nd conducteur (appeler la force F2). Le champ magnétique créé en raison de I1 à une distance r est donnée par B1.
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Chapitre I – Electromagnétisme La force magnétique entre deux conducteurs parallèles
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Chapitre I – Electromagnétisme Les applications du magnétisme Spectrométrie de masse
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Chapitre I – Electromagnétisme Les applications du magnétisme Spectrométrie de masse Le processus commence avec une source d'ions, un dispositif comme un canon à électrons. La source d'ions fournit des ions de leur charge, les accélère à une certaine vitesse v, et dirige un faisceau d'entre eux dans la prochaine étape du spectromètre. Cette région est à côté d'un sélecteur de vitesse qui ne permet que des particules ayant une valeur particulière de v pour passer à travers.
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Chapitre I – Electromagnétisme Les applications du magnétisme Spectrométrie de masse La spectrométrie de masse est aujourd'hui utilisée largement dans les laboratoires de chimie et de biologie pour identifier les substances chimiques et biologiques en fonction de leurs rapports masse sur charge. En médecine, les spectromètres de masse sont utilisés pour mesurer la concentration d'isotopes utilisés comme traceurs. Habituellement, les molécules biologiques telles que les protéines sont très grandes, donc ils sont décomposés en fragments plus petits avant de les analyser. Récemment, de grandes particules de virus ont été analysés dans leur ensemble sur des spectromètres de masse. Parfois, un chromatographe en phase gazeuse ou chromatographie en phase liquide à haute performance fournit une séparation initiale des grosses molécules, qui sont ensuite entrées dans le spectromètre de masse.
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Chapitre I – Electromagnétisme Les applications du magnétisme Tubes cathodiques CRT Les tubes cathodiques, sous le vide, permettent d’accélérer les électrons, qui les rendent différents du canon à électrons. Beaucoup de ces appareils utilisent des champs magnétiques pour diriger les électrons accélérés. Comme le montre la figure.22, la construction de ce type de tube à rayons cathodique trouvé dans certains oscilloscopes, téléviseurs, écrans d'ordinateur (CRT), nécessite deux paires de bobines (une verticale et l'autre horizontale) pour diriger les électrons, jusqu'à leur destination souhaitée (l’écran), pour afficher l’image (la trace du signal dans un oscilloscope).
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Chapitre I – Electromagnétisme Les applications du magnétisme Imagerie par résonance magnétique L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est l'une des outils d'imagerie les plus utiles et en croissance rapide dans le milieu médical. Il produit de façon non invasive des images bidimensionnelles (2D) et tridimensionnelles (3D) du corps qui fournissent des informations médicales importantes sans dangers (pas comme les rayons x), pour faire un diagnostic. IRM est basée sur un effet dit de résonance magnétique nucléaire (RMN), dans lequel un champ magnétique appliqué de l'extérieur interagit avec les noyaux de certains atomes, en particulier ceux de l'hydrogène (protons). Ces noyaux possèdent leurs propres champs magnétiques.
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Chapitre I – Electromagnétisme Les applications du magnétisme
Autres utilisations médicales des champs magnétiques Les courants dans les cellules nerveuses et le cœur créent des champs magnétiques comme les autres courants. Ceux-ci peuvent être mesurés mais avec quelques difficultés car leurs forces sont 10-6 à 10-8 moins que le champ magnétique de la Terrestre. Enregistrement du champ magnétique du cœur comme il bat est appelé un magnétocardiogramme (MCG), tandis que les mesures de champ magnétique du cerveau est appelée magnétoencéphalogramme (MEG). Tous les deux donnent des informations qui diffèrent de celui obtenu en mesurant les champs électriques de ces organes (ECG et EEG), mais ils ne sont pas encore suffisamment importants pour rendre ces mesures difficiles communes.
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Exercice – Electromagnétisme Exercices Quelle est la direction de la force magnétique sur des charges ?
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Exercice – Electromagnétisme Exercices Quel est la direction du champ magnétique sachant que B est perpendiculaire à v ?
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Chapitre I – Electromagnétisme Force électromotrice induite La loi de Faraday Toute variation de flux à travers un circuit électrique donne naissance à une f.é.m. induite si le circuit est fermé le courant qui apparaît est appelé courant induit. ∆Ф f.é.m. induite i induite si circuit fermé ; Si l’on déplace le conducteur le millivoltmètre dévie. Exemple : 1) f.é.m. induite dans un conducteur ;
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Chapitre I – Electromagnétisme Force électromotrice induite La loi de Faraday Exemple : 2) f.é.m. induite dans un circuit ; Le milliampèremètre dévie si on bouge la bobine. Remarque: si on approche la bobine du pôle Sud (S), l’aiguille dévie d’un coté alors que si on éloigne la bobine l’aiguille dévie dans l’autre sens.
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Chapitre I – Electromagnétisme Force électromotrice induite La loi de Faraday Signe de la f.é.m. induite: d’après la loi de Lenz ; la f.é.m. induite s’opposant à la cause qui lui a donné naissance, cette cause étant toujours une variation de flux, la valeur algébrique de la f.é.m. est de signe négatif.
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Chapitre I – Electromagnétisme Force électromotrice induite Interdépendance des phénomènes électromagnétique Quand il y a une f.é.m. induite, il y a une f.é.m. et vise versa. Un conducteur se déplaçant dans un champ uniforme : Une f.é.m. induite courant induit, induction B s’oppose au déplacement. Couple résistant dans le générateurs
v
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Force électromagnétique qui
Chapitre I – Electromagnétisme Règle de la main droite & gauche Règle de la main droite
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Chapitre I – Electromagnétisme Courant de Foucault On fait tourner le disque dans l’entrefer, si les bobines ne sont pas alimentés le disque tourne librement, Si les bobines sont alimentées disque est freiné et s'échauffe car les bobines sont alimenter. Création d’un champ H, puisque le disque coupe les ligne de Champ magnétique H. Pour avoir des courant de Foucault, il faut soit : Soit H variable ou H fixe et le matériau tournant. Le courant de Foucault présente des pertes PF dans une machine ηF (la qualité des tôles) ; f ( la fréquence) ; V (le volume) ; e (l’épaisseur des tôles) ; Bmax (Le champ maximum).
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Chapitre I – Electromagnétisme Phénomène d’auto-induction ou de self induction Mise en évidence Auto-induction = phénomène d’induction électromagnétique provoque par un courant dans son propre circuit. On règle le rhéostat pour que la lampe fonctionne faiblement. Lorsqu’on ouvre K la lampe donne un éclat de lumière car : Ф→0 i induit dans la lampe. Moyen pour combattre les étincelles dans les commutateurs - Mettre une diode de roue libre en parallèle avec la bobine (self) ; - Ou bien un condensateur en parallèle avec le commutateur K.
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