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MAGNETISME - ELECTROMAGNETISME

 

 

Afin de permettre à tous de comprendre le fonctionnement des divers appareillages, nous allons étudier sommairement les bases du magnétisme et de l’électromagnétisme.

 

LE MAGNETISME

Aimants : Corps qui a la propriété d’attirer les métaux ferreux, ils existent naturellement dans la nature, mais on les fabrique artificiellement. Ils sont généralement en acier dur (cobalt).

Propriétés des aimants : Chaque aimant comprend un pôle Nord et un pôle Sud, situés respectivement à chaque extrémité de celui-ci. Si l’on met deux aimants en présence, les pôles identiques se repoussent, tandis que les pôles différents s’attirent. Voir figure 1.

 

figure 1

 

 

Un barreau aimanté A que l’on sectionnerait, donnerait naissance à plusieurs aimants B, ayant chacun, un pôle Nord et un pôle Sud. En plaçant ceux-ci bout à bout, on obtient à nouveau un aimant unique C, ayant un seul pôle Nord et un seul pôle Sud. Les pôles d’un aimant sont inséparables. Voir figure 2.

 

figure 2

 

 

Aimantation temporaire : Un barreau d’acier doux à l’état naturel n’attire pas la limaille ; Si celui-ci voisine un aimant ou un champ électrique important, il attirera la limaille. Après séparation il n’attirera plus la limaille et ne gardera pas son aimantation (non rémanent).

Aimantation rémanente : Un barreau d’acier dur, trempé qui voisinera un aimant ou un champ électrique important, conservera son aimantation une fois la séparation effectuéee, (rémanent).

Corps magnétiques ou ferromagnétiques : Corps attirés par un aimant ou un champ électrique, (matériaux ferreux) : Fer, fonte, acier, nickel, cobalt, vanadium.

Corps amagnétiques ou paramagnétiques : Corps non attirés par un aimant ou un champ électrique, (matériaux non ferreux) : Verre, aluminium, plomb, cuivre, laiton.

Champ magnétique : Espace dans lequel un aimant est actif, il est défini par des lignes de forces allant du pôle Nord au pôle Sud. Voir figure 3.

 

figure 3

 

 

 

L’ELECTROMAGNETISME

Définition : Un courant électrique circulant dans un conducteur crée un champ magnétique autour de celui-ci. Voir figure 4.

 

figure 4

 

 

Ce phénomène sera employé dans de nombreux cas : Electro-aimants, moteurs, relais, appareils de mesures, transformateurs, haut-parleur, généralement sous forme de bobinages appelés solénoïdes.

Solénoïde : On appelle solénoïde un enroulement de fil électrique à spires jointives enroulées sur un cylindre. L’induction du champ magnétique créée par une solénoïde est proportionnelle au nombre de spires le composant et à l’intensité le parcourant et inversement proportionnel à sa longueur.

Si l’on compare un solénoïde sous tension avec un aimant droit, nous pourrons dire que les lignes de forces à l’intérieur du solénoïde sont parallèles entre elles sur presque toute sa longueur, donnant ainsi un champ uniforme. A l’extérieur du solénoïde les lignes de forces seront identiques à celles d’un aimant droit.

Nous pourrons donc désigner par exemple, pôle Nord celui par lequel sortent les lignes de forces et Sud le pôle opposé. Pour les vérifier nous nous servirons d’une boussole, les polarités du solénoïde (N-S) étant fonction du sens du courant ainsi que du sens des enroulements, voir figure 5.

 

 

 

figure 5

 

Applications : L’exemple le plus démonstratif en modélisme se trouve sur un " moteur " d’aiguillage à électroaimants, en effet celui-ci se compose de deux solénoïdes bobinés en sens inverse. Ces derniers attirant ou repoussant un équipage mobile en fer doux relié aux aiguilles, Voir figure 6.

 

figure 6

 

 

Autre application, le relais, il se compose d’une bobine " appelant " un équipage mobile déplaçant des contacts lorsqu’elle est sous tension. Voir figure 7.

 

figure 7

 

 

Comme nous l’avons vu précédemment, les pôles d’un même signe se repoussent alors que les pôles différents s’attirent, ce qui est très utile dans bien des cas pour créer un mouvement.

Ce sera le cas de certains appareils de mesures, constitués d’un aimant fixe autour duquel un bobinage monté sur pivot, appelé cadre mobile déplacera une aiguille de lecture.

Lorsqu’un courant continu traversera le cadre, il se produira un champ magnétique opposé à celui de l’aimant fixe qui tendra à déplacer le cadre proportionnellement au courant le traversant. Voir figure 8.

 

figure 8

 

 

Très utile aussi le moteur à aimant permanent, qui emploi le même principe, à la seule différence près qu’il devra exécuter des rotations complètes autour de son axe.

Pour cela on utilisera plusieurs bobinages indépendants, enroulés autour d’un rotor (partie mobile), ces derniers seront alimentés à tour de rôle par un collecteur (lamelles de cuivre disposées en cylindre ou à plat et isolées entres elles). Le collecteur jouera grâce à des charbons ou balais frottant dessus, le rôle d’interrupteurs synchronisés et permettra l’alimentation au moment voulu du bobinage correspondant, déplaçant ainsi le rotor d’un angle donné, celui-ci étant fonction du nombre de pôles donc de bobinages constituant le rotor.

La partie fixe (stator) est constituée par un aimant permanent, qui s’oppose au champ électrique et permet ainsi la rotation. Voir figure 9.

figure 9

 

Nota : Plus le nombre de pôles d’un moteur est élevé et plus souple sera sa rotation, (surtout au ralenti et de surcroît avec l’emploi d’une alimentation pulsée). On veillera particulièrement lors du démontage d’un moteur à ce que le collecteur ne pivote pas sur son axe, sinon sa rotation s’en trouverait désynchronisée et provoquerait alors un échauffement du rotor.

Lors d’alimentation par courant pulsé (impitoyable pour ces derniers), il n’est pas rare d’être confronté à ce problème, même avec des moteurs neufs (légèrement décalés), ce qui explique quelquefois les différences de performances de deux modèles identiques.

Autre point important lors du démontage, le sens de positionnement de l’aimant permanent à remonter dans le sens initial, sinon vous aurez la surprise de le voir tourner en sens inverse, C.Q.F.D.

Autre application toute aussi démonstrative, le transformateur (que nous traiterons dans un autre article). Il fait appel à des bobinages séparés, reliés entre eux par un circuit magnétique constitué d’un empilement de tôles superposées. Celles-ci ont pour rôle de favoriser l’échange du flux magnétique d’un bobinage à un autre et ceci avec le moins de perte possible. Voir figure 10.

 

figure 10

 

 

Extra courant de rupture : Lorsqu’une bobine à fort nombre de spires sous tension est brutalement séparée de son alimentation, il se produit dans cette dernière une force contre électromotrice (f.c.e.m.) engendrant un courant dit " d’extra rupture ". Ce courant assez élevé, pourra vous le rappeler si au même moment vous laissiez vos doigts aux bornes de la bobine.

Ce courant est surtout néfaste pour les contacts, car lors de leur ouverture, le courant de rupture continu à se propager dans l'air pendant un très court instant, formant une étincelle destructrice. On pallie a cet inconvénient en plaçant un condensateur ou une diode (dans le bon sens) en parallèle sur la bobine.

 

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