Le magnétisme est le phénomène physique par lequel des charges électriques en mouvement et des matériaux magnétiques exercent des forces les uns sur les autres. Il se décrit par un champ magnétique, le flux magnétique Φ se mesurant en webers et la densité de flux B en teslas.
Learning objectives
- Définir le flux magnétique et la densité de flux
- Calculer la densité de flux à partir du flux et de la section
- Calculer la force exercée sur un conducteur parcouru par un courant
- Expliquer comment une bobine produit un champ magnétique
- Décrire le rôle des noyaux magnétiques et leurs pertes
Progressive explanation
Start with the plain-language idea, then move into the engineering detail. Each level stands on its own, so you can stop at the depth you need.
Beginner The core idea
Le magnétisme compte en électrotechnique car moteurs, génératrices, transformateurs et relais fonctionnent tous en créant et en modifiant des champs magnétiques.
Intermediate How it behaves in a circuit
Le champ magnétique d’une bobine est proportionnel au courant et au nombre de spires ; un noyau ferromagnétique concentre le flux car sa perméabilité est bien supérieure à celle de l’air. La saturation limite le flux qu’un noyau donné peut transporter.
Advanced Limits, assumptions, engineering detail
Formulas and variables
Units of measurement
| Quantity | Symbol | Unit |
|---|---|---|
| Flux magnétique | Φ | weber (Wb) |
| Densité de flux | B | tesla (T) |
| Champ magnétique | H | ampère par mètre (A/m) |
| Force | F | newton (N) |
Worked examples
Densité de flux dans un noyau
Problem. Un flux magnétique de 2 mWb traverse une section de 0,005 m². Trouvez la densité de flux.
Solution. B = Φ/A = 0,002/0,005.
Force sur un conducteur
Problem. Un conducteur de 0,3 m parcouru par 20 A est placé à 90° dans un champ de 0,5 T. Quelle force s’exerce sur lui ?
Solution. F = BIL sin 90° = 0,5 × 20 × 0,3 × 1.
Solénoïde à noyau d’air
Problem. Un solénoïde à noyau d’air de 0,5 m comporte 500 spires et transporte 2 A. Estimez la densité de flux à l’intérieur.
Solution. B = µ0NI/l = (4π × 10⁻⁷ × 500 × 2)/0,5.
Practical applications
- Moteurs et génératrices électriques
- Transformateurs et inductances
- Relais et contacteurs
- Capteurs magnétiques et codeurs
- Séparation et levage magnétiques
- Imagerie par résonance magnétique
Automotive applications
Les capteurs à effet Hall et à réluctance variable détectent la rotation grâce aux champs magnétiques, et les moteurs, alternateurs, bobines d’allumage et relais reposent tous sur le magnétisme. Les moteurs de traction des véhicules électriques utilisent des aimants permanents puissants ou des rotors excités pour produire du couple.
Industrial applications
Les moteurs, transformateurs et aimants de levage industriels sont conçus autour de circuits magnétiques, et le contrôle non destructif utilise des particules magnétiques pour révéler les fissures superficielles des pièces ferromagnétiques.
Measurement procedure
- Utilisez un gaussmètre ou un teslamètre pour mesurer la densité de flux, et un fluxmètre pour le flux.
- Éloignez les outils aimantés et les aimants puissants des instruments et des supports magnétiques.
- Mesurez dans une direction définie, car la densité de flux est un vecteur et les sondes sont directionnelles.
- Tenez compte de la surface et de l’orientation de la sonde lors de la conversion entre flux et densité de flux.
Common mistakes
- Confondre flux magnétique et densité de flux ; ils diffèrent par la surface.
- Utiliser des degrés au lieu de radians, ou oublier sin θ, dans la formule de force.
- Ignorer la saturation et supposer que le flux croît indéfiniment avec le courant.
- Supposer que le champ est uniforme alors que la géométrie le concentre.
Safety considerations
- Les champs magnétiques puissants peuvent attirer brutalement des objets métalliques et perturber les stimulateurs cardiaques et implants.
- Tenez les aimants éloignés des supports magnétiques et des appareils électroniques sensibles.
- Les composants magnétiques peuvent chauffer en fonctionnement ; laissez-les refroidir avant de les manipuler.