Bases de l'électromagnétisme

Question 1

Définition des aimants ?

Answer 1

Corps capables d’attirer le fer, ces propriétés se manifestent aux extrémités : les pôles

Question 2

Quels sont les différents type d’aimant ?

Answer 2

• Aimants naturels (oxyde de fer) ou aimants artificiels (permanant)
• Différentes formes : Barreau/U/Aiguille

Question 3

Caractéristiques des pôles formés avec l’aimant ?

Answer 3

• On a un pôle nord et pôle sud
  *Pôle nord s’oriente vers le pôle nord magnétique terrestre
• Pôle sud s’oriente vers le pôle sud magnétique terrestre
• 2 pôles de même nom se repoussent, de noms différents s’attirent

Question 4

Soit une aiguille G aimantée suspendue à
un fil sans torsion, située à proximité d’un
barreau aimanté ou d’un circuit parcouru
par un courant, qu’observe-t-on ?

Answer 4

• déviation du fil : aiguille est attirée par l’aimant
• orientation dans une position d’équilibre
• A proximité de l’aimant : il existe des forces : forces magnétiques

Question 5

Champs magnétique définition ?

Answer 5

On appelle champ magnétique toute région de l’espace dans laquelle une aiguille aimantée est soumise à des forces magnétiques

Question 6

Quelles sont les sources principales de champs magnétique ?

Answer 6

• Les sources principales de champ magnétique sont les aimants ou les circuits parcourus par un courant
• Il existe un champ magnétique terrestre faible, qui peut être souvent négliger par rapport au champ créé par les autres sources

Question 7

Champs magnétique terrestre en France ?

Answer 7

0,5 10^-4 T

Question 8

Champs magnétique dans une IRM ?

Answer 8

1,5 - 3T

Question 9

Définition du vecteur champ magnétique ?

Answer 9

Il est définit par :
- Direction
- Sens SN de l’aiguille
- Intensité : Tesla (T)

Question 10

Définition d’un champ uniforme ?

Answer 10

On dit qu’un champ magnétique est uniforme quand il a même direction, même sens et même intensité en tout point de espace champ

Question 11

Que sont les lignes de champ ?

Answer 11

=> courbes tangentes en chacun de leurs points au champ et orientées dans le sens du champ
* les lignes de champ sont orientées du pôle Nord vers le pôle Sud à l’extérieur de l’aimant ( cas particulier de l’aimant en U)

Question 12

Définition d’un champ magnétique vectoriel créé par un courant rectiligne ?

Answer 12

• Direction : Perpendiculaire au plan défini par le conducteur et M
• Sens : dépend du sens du courant
• Intensité : proportionnelle à i et inversement proportionnelle à d

Question 13

Comment définit-on le sens du courant ?

Answer 13

Règle de l’observateur d’Ampère : sens donné par son bras gauche quand le courant lui rentre par les pieds

Question 14

Calcul de l’intensité du champ magnétique créé par un courant rectiligne ?

Answer 14

B = (µ0i)/(2π*d)
B en Tesla, i en ampère , d en mètre, µ0 perméabilité du vide

Question 15

Comment est généré un champ magnétique crée par un courant circulaire (spire) ?

Answer 15

Un courant circulaire présente la symétrie de révolution autour de l’axe X’X perpendiculaire au cercle et passant par son centre

Question 16

Définition d’un champ magnétique vectoriel créé par un courant circulaire ?

Answer 16

• Direction : B est contenu dans le plan méridien donc perpendiculaire à la spire
• Sens : donné par le bras gauche de l’observateur d’Ampère
• Intensité : proportionnelle à i et inversement proportionnelle à d

Question 17

Calcul de l’intensité du champ magnétique créé par un courant circulaire ?

Answer 17

=> Loi de Biot et Savart appliquée à un courant circulaire
B= (µ0Ni)/(2R)
B en Tesla, i en ampère , R (le RAYON) en mètre, µ0 perméabilité du vide

Question 18

Lignes de champ d’un champ magnétique crée par un courant circulaire ?

Answer 18

• Lignes de champ : traversent le circuit vers la gauche de l’Observateur d’Ampère qui regarde l’intérieur du circuit
  => On peut définir une face nord et une face sud de la spire

Question 19

Face sud de la spire ?

Answer 19

Face sud = Le courant circule dans le sens des aiguilles d’une montre

Question 20

Face nord de la spire ?

Answer 20

Face nord = Le courant circule dans le sens inverse des aiguilles d’une montre

Question 21

Définition d’un solénoïde ?

Answer 21

*Portion de circuit constituée d’un fil conducteur enroulé régulièrement en hélice de sorte que les spires se touchent (spires jointives) ou restent très voisines, appelé aussi bobine longue
* Chaque spire est assimilable à un courant circulaire

Question 22

Définition d’un champ magnétique vectoriel créé par un solénoïde (à l’intérieur du solénoïde) ?

Answer 22

• B est uniforme
• Contenu dans le plan méridien (passant par l’axe du système)
• Sens défini par l’observateur d’Ampère
• Permet de définir un pôle Nord et un pôle Sud
• Intensité (Biot et Savart): B = µ0ni
  B en Tesla, i en ampère , n = N/l = nbre de spires par mètre

Question 23

Champs magnétique à l’extérieur du solénoïde ?

Answer 23

• Divergence des lignes de champ
• Diminution de l’intensité du champ B

Question 24

Définition de la force électromagnétique ?

Answer 24

• Loi de Laplace : caractérisation de F
• Direction : perpendiculaire au plan défini par B et l’élément de courant
• Sens varie avec le sens de i et celui de B
• Intensité proportionnelle à i, à la longueur
  de l’élément de courant et à B sinα

Question 25

Loi de Laplace ?

Answer 25

La force électromagnétique exercée par un champ magnétique B, uniforme, sur un élément de circuit MN de longueur l, traversé par un courant d’intensité i :
F = i l B sinα
B en Tesla, i en ampère , l en mètre, F en Newton

Question 26

Définition du vecteur de la force électromagnétique ?

Answer 26

• une direction perpendiculaire au plan (B,MN)
• un sens défini par la règle des 3 doigts
  de la main droite
• une intensité définie par la formule de Laplace

Question 27

Travail des forces électromagnétiques si B est perpendiculaire au plan des rails sur lesquels roule la barre cylindrique MN sous l’effet de F ?

Answer 27

• W = F . MM’ or
• F = i. NM. B et
• S = MM’. NM d’où
  => W = i . S . B
  W en J, i en A, S en m2 et B en T

Question 28

Travail des forces électromagnétiques si B n’est pas perpendiculaire au plan des rails sur lesquels roule la barre cylindrique MN sous l’effet de F ?

Answer 28

• le travail de la force F se réduit à celui de sa
  composante normale
  => W= i . S . B cos θ
  W en J, i en A, S en m2 et B en T

Question 29

Qu’est-ce que la grandeur : SBcosθ ?

Answer 29

– cette grandeur est appelée ϕ : Flux d’induction coupé ou balayé à travers un circuit plan (et s’exprime en Weber Wb)
=> ϕ = S B cosθ
=> ϕ = S B si cosθ = 1 (B normal au circuit)

Question 30

Rapport entre la force électromagnétique, le travail et ϕ ?

Answer 30

Lorsqu’un élément de courant se déplace dans un champ magnétique, la force électromagnétique qui s’exerce sur lui effectue un travail égal au produit de i par ϕ : flux d’induction que l’élément de courant coupe au cours de son déplacement

Question 31

Expression de W en fonction de ϕ ?

Answer 31

– W= i . S . B cosθ, on a ϕ = S B cosθ
– Donc W = i ϕ

Question 32

Variation du flux à travers le circuit ?

Answer 32

• Soient S1 et S2 les surfaces avant et après le déplacement MM’ de la barre MN et ϕ1 et ϕ2
  les flux à travers ces surfaces
  => Variation de flux d’induction:
  ϕ2- ϕ1 = (S2- S1)Bcosθ = SBcosθ = ϕ

Question 33

Expression de W avec la variation de flux ?

Answer 33

W = i (ϕ2- ϕ1)

Question 34

Que dit la loi de Maxwell ?

Answer 34

– Lorsqu’un circuit se déplace dans un champ magnétique, le travail des forces électromagnétiques qui s’exercent sur lui est égal au produit de l’intensité du courant par la variation de flux qui le traverse
– On compte les flux positivement si les lignes d’induction traversent le circuit de la face Sud à la face Nord

Question 35

Que dis la règle du flux maximal ?

Answer 35

Un circuit parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique tend à se déplacer vers une position d’équilibre telle que le flux d’induction qui le traverse de sa face sud à sa face nord soit maximal

Question 36

Type de travail lorsqu’un circuit se déplace sous l’action des forces électromagnétiques ?

Answer 36

Il est moteur car positif car ϕ2>ϕ1

Question 37

Que produit le déplacement relatif d’un circuit fermé et d’un champ magnétique ?

Answer 37

Un courant induit

Question 38

Rôle de la variation de flux dans la création d’un courant induit lors du déplacement relatif d’un circuit fermé et d’un champ magnétique ?

Answer 38

Cette variation de flux est la cause du courant induit => ce courant induit s’annule dès que le flux cesse de varier

Question 39

Production d’un courant induit sans déplacement ?

Answer 39

• Le circuit du solénoïde est le circuit
  inducteur => avec le générateur
• La variation de flux est appelée variation du
  flux inducteur
• Le circuit S est le circuit induit => sans générateur

Question 40

Lois générales de l’induction électromagnétique ?

Answer 40

– Toute variation du flux d’induction à travers un circuit fermé s’accompagne de la production d’un courant induit dans ce circuit
– Le courant induit apparaît dès que commence la variation de flux ; il disparaît dès que cesse cette variation

Question 41

Loi de Lenz ?

Answer 41

– Le sens du courant induit est tel que par ses effets, il tend à s’opposer à la cause qui lui a donné naissance

Question 42

Relation entre la circulation d’un courant induit, une force électromotrice d’induction et la variation du flux inducteur ?

Answer 42

La circulation d’un courant induit dans un circuit fermé traversé par un flux d’induction variable est liée à une force électromotrice d’induction f.e.m, liée à la variation du flux inducteur et à la durée de cette variation

Question 43

Relation entre la f.e.m, la variation de flux et la durée de cette variation ?

Answer 43

a f.e.m est proportionnelle à la variation de flux et inversement proportionnelle à la duré de cette variation : E = Δϕ/Δt

Question 44

Loi de Pouillet ?

Answer 44

e = RI d’où I = e / R (I en ampère, e en volts, R en ohm)

Question 45

Que se passe-t-il si les f.e.m produisent un déplacement quand un circuit fermé se déplace dans un champs magnétique ?

Answer 45

=> Moteur électrique

Question 46

Que se passe-t-il si les f.e.m s’oppose au déplacement quand un circuit fermé se déplace dans un champs magnétique ?

Answer 46

=> générateur électromagnétique (dynamo)