Applications des courants induits

Schéma

 Organes de base (Fig. 36-18) : o un aimant

o une bobine assemblée à une membrane (+ grille de protection)

 l’aimant : permet de créer un champ magnétique B

 bobine : peut se déplacer parallèlement à l’axe de l’aimant.

Figure 36-18

Lorsque la membrane reçoit, à travers la grille, une vibration sonore, elle entre en vibration.

Ce mouvement est automatiquement transmis à la bobine. Celle-ci se déplace au voisinage de l’aimant et il se crée un courant induit dans cette bobine. Celui-ci est récupéré par deux fils et amener vers un amplificateur.

Si la membrane reçoit un son de fréquence f, le mouvement de la bobine est aussi de fréquence f tout comme le courant produit.

Son Fréquence f

Mouvement alternatif de la

membrane

Courant alternatif Fréquence f

Le microphone transforme un son en un courant alternatif de même fréquence.

6.5.2 Tête de lecture de magnétophone

Une bande magnétique supporte des particules aimantées sur toute sa longueur. D’un endroit cette aimantation varie en fonction de l’enregistrement : lorsque la bande défile devant la tête de lecture, une petite bobine de fil conducteur, une tension électromotrice très faible est induite à ses bornes. Un dispositif électronique amplifie alors cette tension. Un principe similaire est appliqué dans la conception des lecteurs de disquettes informatiques. (Figure 36-19)

Figure 36-20

Pour l’enregistrement, le système fonctionne à l’envers.

6.5.3 La magnéto de vélo

Lorsque le cycliste pédale, la molette solidaire de l’aimant central frotte contre la roue en mouvement. Il apparaît ainsi une variation du flux magnétique à travers la bobine fixe entourant l’aimant et donc un courant induit. Plus le cycliste roule vite, plus la variation de flux est rapide et plus l’intensité du courant induit est grande. (Fig. 36-21)

Nous comprenons maintenant comment la rotation d’un aimant (inducteur) à l’intérieur d’une bobine (induit) peut entraîner l’apparition d’un courant de manière à faire briller les deux phares du vélo.

Dans le cas de la magnéto dessinée ci-dessus, l’inducteur tournant est un aimant permanent. Ces dispositifs installés sur les bicyclettes sont souvent improprement appelés « dynamos ».

Pour corriger cette idée incorrecte, rappelons que le mot « dynamo » s’oppose à « magnéto » par le fait que la dynamo, l’inducteur est un bobinage alors que pour la magnéto, l’inducteur est un aimant.

L’inducteur bobiné d’une dynamo est fixe ; il induit dans les bobinages du rotor des courants alternatifs redressés mécaniquement par un collecteur et des balais sur lesquels on recueille les courants continus produits.

Le belge Zénobe Gramme est l’inventeur de la dynamo qui de nos jours sont essentiellement utilisées dans les voitures pour recharger les batteries.

La figure 36-22 est un exemple de dynamo où l’inducteur est un aimant fixe. En faisant tourner le disque de cuivre dans le sens indiqué, les porteurs de charge se déplacent à une vitesse v. Ils subissent alors une

force radiale vers la périphérie du disque dans le cas de porteurs positifs ou vers le centre dans le cas de porteurs négatifs. (Il suffit d’appliquer la règle de la main gauche). Dans les deux cas, un courant vers la périphérie du disque est produit. Ce dispositif est un générateur de courant continu, qui transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique.

Figure 36-22

Figure 36-21

Le Belge Zénobe Gramme (1826-1901) fut le premier à réaliser

une dynamo. Charpentier de formation, il a travaillé d’abord

dans une société française de construction d’appareils électriques, puis il devint chercheur autodidacte.

6.5.4 Les courants de Foucault

Le courant induit est plus important lorsque la résistance des conducteurs est très faible (Loi d’Ohm : I = E / R). C’est le cas de conducteur de grosse section et des conducteurs massifs.

Les courants induits dans des conducteurs massifs s’appellent courants de Foucault.

a) Echauffement d’un corps métallique

Four à induction

Dans un four à induction, un corps conducteur est chauffé en le plaçant à l’intérieur d’un bobinage parcouru par un courant alternatif de haute fréquence. (Fig. 36-23) L’usage de la haute fréquence (HF) permet de créer des variations de flux très rapides et donc des courants induits intenses.

Figure 36-23 Cuisinière à induction.

Dans l’appareil de cuisson, un circuit électrique alimente une bobine appelée inducteur, placée sous la zone de cuisson. Cet inducteur crée un très fort champ magnétique variable. Lorsqu’on place un récipient conducteur sur la plaque vitrocéramique, il se crée dans le fond de celui-ci un courant induit. C’est celui-ci qui chauffe le fond du récipient et indirectement, chauffe les aliments contenus dans le récipient. (Fig. 36-24)

Figure 36-24 : Principe de fonctionnement d’une plaque à induction. Une bobine située sous la plaque engendre un champ magnétique variable. Des courants de Foucault s’établissent alors dans le fond de la casserole, qui s’échauffe par effet Joule.

Moteur électrique et transformateur

Dans le cas du moteur électrique et du transformateur, cet échauffement est indésirable. Pour le diminuer fortement, on peut « feuilleter » le corps conducteur : tôles minces, empilées, isolées les unes des autres et disposées parallèlement aux lignes de champ (Fig. 3-86). A travers ces surfaces conductrices, le flux magnétique est constamment nul et il n’y a donc plus de courant de Foucault.

b) Forces de freinage (dans le cas où le corps conducteur est en mouvement dans le champ magnétique)

Le freinage est dû aux forces électromagnétiques exercées par le champ sur le courant induit.

Faisons osciller un pendule constitué d’une plaque d’un métal non magnétique, tel que l’aluminium ou le cuivre, qui passe dans passe dans l’entrefer d’un électroaimant. (Fig. 36-26, a et b)

Si aucun courant ne passe dans l’électroaimant, le pendule oscille librement. Si le courant passe dans l’électroaimant, le mouvement est très vite amorti et les oscillations s’arrêtent très rapidement. En effet, à mesure que la plaque entre dans l’entrefer, elle est traversée par un flux croissant (en valeur absolue) donnant lieu à des courants de Foucault circulant dans

le corps conducteur dans le sens anti-horlogique, de manière à créer un champ magnétique induit qui s’oppose à l’augmentation du flux. Ce courant induit subit une force électromagnétique qui produit le freinage lorsque la plaque entre dans l’entrefer de l’électroaimant.

Lorsqu’à l’autre sens. Il s’ensuit encore un freinage.

Ces courants de Foucault sont utilisés dans de nombreux cas comme dispositifs de freinage.

(Fig. 36-27)

Figure 36-26 (b)

Figure 36-25 : Le rotor d’un moteur électrique (à gauche) et le noyau de fer

La rotation, à travers l’électroaimant, du disque métallique couplé à l’axe des roues, engendre des courants de Foucault dans le disque, ce qui provoque le freinage. Plus la vitesse est grande, plus la variation de flux est rapide et plus les courants induits sont intenses.

Figure 36-27

La force de freinage augmente donc avec la vitesse du camion, contrairement aux freins ordinaires. C’est un intérêt majeur des freins magnétiques.

Figure 36-28 : Un disque de cuivre en tournant dans un champ magnétique perpendiculaire. Des boucles de courant de Foucault sont induites dans le disque. Ces courants circulent dans des sens tels que l’action que le champ extérieur B exerce sur eux, importante dans la région centrale, freine la rotation du disque

Courant

induit Champ magnétique appliqué

Figure 36-28