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Aimants :
Auteur : Kolohama
Date : 15/04/2016
Sources : Fondements d'électronique (Floyd), Petit Robert 2014

Aimant naturel, pierre d'aimant ou magnétite est un minerai qui a la propriété d'attirer des matériaux tel que le fer, le nickel ou le cobalt. L'aimant possède deux pôles, un pôle nord et un pôle sud. Le principe est le suivant, quand deux pôles du même types sont mis l'un à côté de l'autre (nord|nord ou sud|sud), les deux extrémités se repoussent. Inversement, quand les deux extrémités sont différentes (sud|nord ou nord|sud) et placées l'une à côté de l'autre, elles sont attirées les unes vers les autres.
Il existe deux types d'aimants comme sur les images en dessous, les aimants naturels et les aimants artificiels.


aimantNaturel

* Plusieurs aimants permanants naturels.

aimantArtificiel

* Image de néodymes artificiels.



Les aimants naturels sur l'image de gauche sont retrouvés à l'état brut dans les mines puis sont taillés. Leur couleur est noire et leur texture est mate généralement. Tandis que les aimants artificiels (image de droite),sont fabriqué à la chaîne par induction du néodyme dans un champs magnétique. Le processus d'induction est vu un peu plus bas sur cette page.
Comme on peut le constater, le néodyme est généralement brillant contrairement à son concurrent naturel.

Champ magnétique :

Le champ magnétique existe mais reste invisible à l'oeil nu, le seul moyen de l'apercevoir est de placer un aimant dans de la limaille de fer. Le champ magnétique est composé de lignes de flux ou lignes de forces comme en témoignent les deux photos en dessous.


champMagnetique1

* schéma du champ magnétique d'un aimant.

champMagnetique2

* Aimant dans la limaille de fer.


Tout à gauche, le schéma directionnel des lignes de forces qui vont de du pôle nord au pôle sud et droite ses lignes de forces deviennent apparentes grâce à la limaille de fer. Les lignes de flux ou de forces, sont beaucoup plus nombreuses que sur le schéma présenté en haut à gauche. il faut aussi les imaginer en 3 dimensions et aussi qu'aucune ligne, ne touche sa voisine.

* Modification du champ magnétique :

Lorsqu'on introduit un objet d'une matière quelconque et surtout qui ne soit pas attirée par un aimant (papier, bois ou plastique), les lignes de flux ou de force ne changent pas de forme. Tandis que lorsqu'on glisse un objet en fer ou en nickel par exemple, les lignes de force se tordent et essaient de pénétrer le fer en question car plus conductible des lignes de force que l'aire dans lequel ils circulent.

Flux magnétique (Ф):

L'ensemble des lignes de forces émigrant du pôle nord au pôle sud ou lignes de flux sont appelés flux magnétique et leur symbole est (Ф) qui est la lettre grecque phi minuscule. Plus les lignes de forces sont nombreuses, plus le flux est intense. L'unité de mesure du flux magnétique est le weber (Wb), un Weber est égal à 108 lignes de flux.

Densité du flux magnétique (B):

La densité du flux magnétique est la quantité du flux magnétique par unité d'aire perpendiculaire au champ magnétique. Son symbole est B et son unité est le Tesla (T).Un Tesla vaut un Weber par mètre carré(Wb/m²). La formule de la densité du flux est la suivante:

B = ФA

- B : Densité du flux en Tesla.
- Ф : Flux magnétique en Wb.
- A : Aire de la section transversale en m².

Aimantation de différents matériaux non-magnétiques :

on remarque que lorsqu'un matériau tel que le fer ou le cobalt est en contact avec un aimant, ce dernier devient à son tour une sorte d'aimant qui lui aussi peut attirer d'autres éléments en fer. Une expérience très connue consiste à frotter une trombone ou un clou en acier avec un aimant permanant afin que celui-ci devienne à son tour un aimant. Malheureusement, ce genre d'aimant n'est pas permanant. L'explication est que dans les matériaux en fer, en nickel et en cobalt, il y'a des domaines magnétiques qui sont à la base désorganisés et c'est seulement au contact d'un champ magnétique que ces domaines s'alignent les uns par rapport aux autres et s'organisent. Ainsi le matériau en fer devient aimanté pendant un laps de temps.

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Electromagnetisme :
Auteur : Kolohama
Date : 6/05/2016
Sources : Fondements d'électronique (Floyd), Images, Google
Qu'est ce que l'électromagnétisme ?

L'électromagnétisme est l'étude de la production d'un champ magnétique grâce à un courant dans un conducteur. Plusieurs types de dispositifs utiles reposent sur le principe de l'électromagnétisme : Magnétophones, moteurs électriques, haut-parleurs ou encore bobines et relais.
Un courant dans un conducteur produit un champ magnétique, les lignes de forces invisibles du champ magnétique forment un motif circulaire concentrique autour du conducteur et sur toute sa longueur comme sur l'exemple en dessous.


resistance_conducteurs

* Lignes de force autour d'un conducteur.


Le champ magnétique n'est pas visible à l'oeil nu, pour l'apercevoir, il faut par exemple placer le conducteur tout en perçant une feuille blanche au milieu et y insérer ce dernier sans oublier de mettre de la limaille de fer tout autour. On remarque que le champ magnétique est intense près du conducteur et s'affaiblit au fur et à mesure que l'on s'éloigne de celui-ci.

* Sens des lignes de forces :

Lorsque le sens du courant va de gauche à droite et bien les lignes de force vont dans le sens horaire et lorsque le sens du courant va dans le sens opposé, les lignes de forces tournent autour du conducteur dans un sens antihoraire.
Il existe cependant une règle capable de détérminer le sens de la rotation du flux autour d'un conducteur. On l'appelle la règle de la main droite, prenez un conducteur avec votre main droite tout en laissant le pousse dans la direction du courant, quand vos doigts s'enroulent sur le conducteur, vos doigts vous indiquent la direction du sens des lignes de flux. L'exemple en dessous explique le principe de cette opération.


resistance_conducteurs

* Régle de la main droite.


L'électroaimant :

Un électroaimant de base est simplement une bobine de fil enroulée autour d'un noyau fait d'un matériau facile à aimanter. La forme d'un électroaimant peut être façonnée selon l'application. Lorsque la bobine de fil est connectée à une pile et qu'un courant s'installe, un champ magnétique apparait. Si le courant est inversé, le champ magnétique l'est aussi également.
Les images d'en dessous montrent à quoi ressemble un électroaimant de base, l'image de gauche montre un fil de cuivre enroulé autour d'un clou en fer connecté à une alimentation de courant continu. Tandis que l'image de droite montre une bobine ou électroaimant à noyau d'aire, le principe est le même, un champs magnétique apparaît dans les deux cas.

circuitParallele1

* Electroaimant rudimentaire de base.

circuitParallele2

* Bobine faisant office d'Electroaimant.


Quelques applications de l'électroaimant :

Les application de l'électroaimant sont nombreuses en électronique, élas nous ne pourrons pas en parler dans leur totalité. Voici deux applications courantes de l'électroaimant.

* Tête de lecture d'enregistrement magnétique :

Le principe est bien connu, mais ne date pas d'hier. Beaucoup de gens aujourd'hui, ne connaissent pas les anciennes bandes magnétiques disparues depuis l'apparition du CD puis du DVD. Ces anciennes bandes magnétiques, autrefois appelées K7, utilisaient un principe d'aimantation de la bande en question afin d'enregistrer de la musique ou de la vidéo. La tête liseuse et enregistreuse envoie un champ magnétique sur la bande pendant qu'elle défile pour permettre l'écriture sur celle-ci. Il fallait un champ magnétique dans le sens inverse pour effacer l'écriture de la bande.
A une certaine époque, beaucoup de technologies utilisaient ce principe. Citons par exemple les K7 audio et les Walkman, ou les lecteurs vidéo branchés à la télé qui permettaient de lire et d'enregistrer ce qui ce passe à la télé. Il faut dire que même les ordinateurs de l'époque utilisaient des K7 (qui ressemblaient beaucoup au K7 audio tout de même), et puis sont passés au disquettes remplacée aujourd'hui par de nouveaux périphériques (CD, DVD, Carte SD etc..).

* Disque magnéto-optique :

Le concept du disque magnéto-optique est plus complexe que le principe de la tête de lecture d'enregistrement magnétique. Car il utilise non seulement un électroaimant mais aussi un faisceau laser. C'est de cette façon que l'on fabrique des disques dure pour les ordinateurs. Lors de l'écriture, le faisceau laser chauffe le point sur le disque magnétique où il voudra écrire un 1 (Le concept du 1 et du 0 est purement numérique, pour cela veuillez consulter la page sur le numérique un peu plus loin) et l'électroaimant change la position sur le disque grâce un champ magnétique. Le disque à la base, n'est pas très sensible au champ magnétique, mais une fois chauffé grâce au laser, cela permet l'écriture.

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Principe d'induction :
Auteur : Kolohama
Date : 10/05/2016
Fondements d'électronique (Floyd), Images, Google

Lorsqu'un conducteur traverse un champ magnétique, une tension est créée dans le conducteur, ce concept s'appelle l'induction et la tension au bord du conducteur, s'appelle la tension induite. Comme nous allons le voir à la fin de cette page, l'induction électromagnétique est à l'origine de beaucoup d'inventions (Générateurs, transformateurs etc..).

Effet d'un conducteur dans un champ magnétique :

Lorsqu'un conducteur est déplacé dans un champ magnétique, on dit qu'il y'a un mouvement relatif et c'est également le cas, lorsqu'un champ magnétique coupe un conducteur fixe. Dans les deux cas le mouvement relatif provoque une tension induite dans le conducteur. L'amplitude de la tension induite, dépend de la vitesse relative entre le conducteur et le champ magnétique. Plus cette vitesse est élevée, plus la tension est grande.

Polarité de la tension induite :

Si le conducteur se trouvant dans un champ magnétique comme sur l'image en dessous est déplacé vers le haut, puis vers le bas. On remarque une que la polarité du courant va dans un sens puis dans l'autre. C'est à dire que lorsque le conducteur va vers le haut, le courant dans le conducteur va de haut en bas et inversement, lorsque le courant va vers le bas, le courant dans le conducteur va de bas en haut.


induction

* Conducteur dans un champ magnétique.


Loi de Faraday :

Michael Faraday découvre le principe de l'induction électromagnétique en 1831. Il découvre qu'en déplaçant un aimant dans une bobine de fil. Il y'avait induction d'une tension dans la bobine et que si l'on fermait le chemin, la tension induite produisait un courant. Les deux observations de Faraday peuvent s'exprimer ainsi :

1 - L'amplitude de la tension est directement proportionnelle aux taux de changement du champ magnétique par rapport à la bobine.
2 - L'amplitude de la tension induite dans une bobine est directement proportionnelle au nombre d'enroulements de fils dans la bobine.

L'énoncé de la loi de Faraday stipule : "La tension induite au bornes d'une bobine de fil est égale au nombre d'enroulements dans la bobine multiplié par le taux de changement du flux magnétique."

Loi de Lenz :

Inversement à la loi de Faraday, La loi de Lenz précise la polarité ou la direction de la tension induite.
Voici ce qu'elle stipule : "Lorsque le courant dans une bobine change, le sens de la tension induite créée par le champ magnétique variable s'oppose toujours au changement de courant."

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Machines utilisant le magnetisme :
Auteur : Kolohama
Date : 12/05/2016
Sources : Aucune, images, Google

Comme vu plutôt, il y'a plusieurs types d'engins utilisant le principe de l'induction électromagnétique. Parmi les plus connus, on retrouve les alternateurs, les génératrices à courant alternatif et continu, les moteurs électriques et les transformateurs, on pourrait si on le voulait parler de toutes les applications mais cela sort du cadre de ce site internet. Alors, nous verrons les principaux seulement, c'est à dire, la génératrice de courant alternative, le moteur électrique et les transformateurs.

Le générateur de courant alternatif :

La figure en dessous représente le principe d'une générateur à courant alternatif qui est formée d'un enroulement placé dans un champ magnétique permanant. Chaque extrémité des deux enroulements est attaché à un montage à bagues collectrices. Cet ensemble de bague collectrices est appelé un collecteur. Lorsque l'enroulement tourne dans le champ magnétique, les bagues collectrices tournent également. Chaque moitié du collecteur glisse sur des contacts fixés appelés balais qui connectent l'enroulement à un circuit extérieur (ici la lampe).


generateur1

* Principe de fonctionnement d'un générateur.


Grâce à une force mécanique extérieure, l'enroulement tourne dans le champ magnétique et coupe des lignes de flux à divers angles. Comme vu précédemment lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ magnétique, une tension est induite et d'après la loi de Faraday, celle-ci a une intensité proportionnelle au nombre de tours du conducteur et à la vitesse de son déplacement par rapport au champ magnétique. Au final, nous avons pour chaque passage de l'enroulement une période négative et une période positive, ce qui nous donne une tension alternative sinusoïdale (la tension sinusoïdale est vu plus en détail dans la prochaine section de la rubrique "électricité").

Le moteur électrique :

En principe, la conception d'un moteur électrique est identique à celle d'un générateur à courant continu, sauf qu'une source est branchée au circuit du collecteur pour produire un courant dans l'enroulement. la boucle conductrice se met à tourner par les forces d'attraction et de répulsion du champ électromagnétique crée par le courant de boucle et le champ magnétique statique. Comme dans le cas de la génératrice, le collecteur agit comme un commutateur pour inverser le sens du courant dans l'enroulement et ainsi produire une rotation continue. Alors que dans la génératrice, une énergie mécanique sert à produire de l'électricité, le moteur emploi l'électricité pour produire un effet inverse c'est à dire un effet mécanique.

Les transformateurs :

Un transformateur est une des autres applications de l'induction électromagnétique. Il sert à augmenter ou diminuer la tension d'alimentation des appareils électriques et électroniques. Il est constitué généralement de deux bobines en parallèle enroulées autour d'un noyau en fer ou d'une autre matière. Le premier enroulement est appelé primaire (celui qui est directement connecté à la source de courant), tandis que la seconde bobine est appelée secondaire. Le schéma en dessous montre le coeur d'un transformateur.


transformateur

* Transformateur avec deux enroulements autour d'un noyau.


Les transformateurs seront vus plus en détail dans la section électrotechnique, mais tout ce que l'on peut dire pour l'instant, c'est que le principe d'induction est bien présent car les deux bobines ne sont pas du tout connectées, leur seul lien est le vide. Les électrons passent d'une bobine à une autre grâce au champ électromagnétique. Lorsqu'on veut une tension inférieure à celle qui est sur le primaire, il suffit de diminuer le nombre de spires du secondaire et dans le cas inverse lorsqu'on veut que cette dernière augmente (la tension), il suffit d'augmenter le nombre de spires du secondaire.

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