Les matériaux magnétiques

1	Qu'appelle-t-on lignes de force ?
2	Comment peut-on définir le sens des lignes de force magnétique ?
3	Qu'est-ce que le spectre magnétique ?
4	Qu'est-ce que le Spin de l'électron ?
5	Donner deux noms de matériaux pour chaque classe de matériaux magnétique.
6	Peut-on comparer le potentiel magnétique au potentiel électrique ?
7	Compléter les figures ci-dessous en dessinant les lignes de force magnétique :
8	Ecrire la relation qui définit le flux magnétique F
9	Quelle est la différence entre l'induction B et le flux F ?
10	Qu'exprime-t-on au moyen de la perméance ?
11	A quoi peut-on comparer la perméance ?
12	Quel est l'avantage de placer un noyau magnétique au centre d'une bobine ?
13	Effectuer le développer littéral qui permet de justifier votre réponse.
14	Quelle est la valeur de la perméabilité du vide (ou de l'air) ?
15	Dans la règle de la main droite, quelle est la signification des doigts ?
16	Que désigne le mot SPIN ?
17	Que se passe-t-il si le courant augmente dans une bobine dont le noyau est à saturation ?
18	Qu'est-ce que l'induction rémanente ?
19	Comment s'appelle le champ qu'il faut opposer pour annuler l'induction rémanente ?
20	Pourquoi le cycle d'hystérésis n'est-il pas identique pour tous les matériaux ?
21	Quel est l'effet du noyau dans une bobine ?
22	Dessiner le cycle d'hystérésis pour une tôle de transformateur :
23	Dessiner le cycle d'hystérésis d'un aimant permanent :
24	Justifiez vos réponses pour les deux courbes précédentes.

Un courant de 3 [A] traverse une bobine de 500 spires.

Combien de spires devrait avoir une bobine pour obtenir le même champ d'induction si le courant passe à 900 [mA] ?

Une bobine sans noyau présente une induction de 1.5 [T]. elle est composée de 1000 spires et parcourue par un courant de 2 [A].

a) Quel sera le nombre de spires si nous utilisons un noyau de perméabilité m_r = 200 ?
b) Quel sera le courant dans la bobine si nous conservons le même nombre de spires mais que nous utilisons un noyau de m_r = 300 ?

Avec un fil de cuivre d'une longueur de 150 [m] et d'un diamètre de 500 [m m] ,
nous réalisons une bobine sans noyau de 200 spires jointives. Elle est raccordée sur une tension continue de 1.5 [V].

Calculer l'induction et la longueur de cette bobine.

4. Nous considérons un anneau de rayon intérieur de 3 [cm] et un rayon extérieur de 4 [cm]. Nous trouvons dans cet anneau, un entrefer d'une longueur de 1 [mm]. Cet anneau est placé dans l'air (voir tabelle). Calculer le champ d'induction dans l'entrefer si :

A_fer = 6 [cm²] A_air = 8 [cm²] (à cause de la dispersion) m r = 1000 N = 100 I = 1 [A]

Calculer la valeur du courant si l'on voulait obtenir le même champ d'induction dans un entrefer 10 fois plus grand. Attention aux unités de longueur et d'aire !

5. Un fluxmètre, placé avec un angle d'inclinaison de 42° par rapport à un aimant permanent en TICONAL, indique une valeur de [100 m Wb] dans un milieu qui est de l'air.

L'aimant a les dimensions suivantes :

longueur L = 10 [cm] largeur l = 1 [cm] hauteur h = 5 [mm]

Calculer le champ d'induction magnétique B de l'aimant.

On réalise une bobine à spires jointives à une seule couche sur un support non magnétique d'un diamètre de 5 [cm]. Le fil a une longueur de 160 [m] et une section de 1 [mm²] .Elle est raccordée sur une source de tension de 6 [V].

Calculer l'intensité du champ magnétique de cette bobine.

7. Tracer sur une feuille quadrillée la courbe d'aimantation du matériau dont les caractéristiques sont les suivantes :

H	39	117	195	312	585	780	975	[A/m]
B	90	254	400	540	690	730	750	[mT]

Calculer la perméabilité relative du matériau pour plusieurs points de la courbe et établir une constatation.

Calculer la force à laquelle est soumis un conducteur parcouru par un courant de 20 [A] lorsqu'il est placé dans l'entrefer d'un électroaimant où règne une induction de 1.5[T].

Le côté de l'électroaimant est de 14 [cm], et on admet la perpendicularité des lignes de force.

Calculer la longueur l des conducteurs de la planchette de démonstration des forces électromagnétiques, sachant qu'un dynamomètre (appareil de mesure des forces) indique 10 [N].

Un ampèremètre mesure un courant de 80 [A] et un fluxmètre nous donne 10 [m Wb]. Le diamètre de l'aire est de 4 [mm]. Cette expérience est réalisée dans un milieu qui est l'air, avec des grandeurs perpendiculaires les unes aux autres.

Compléter le dessin en indiquant soit :

la direction du déplacement du conducteur,
le sens du courant qui le parcoure, ou le pôle de l'aimant

Tracer l'allure d'un matériau donnant les valeurs suivantes lors d'un essai en laboratoire :

H	39	117	195	312	585	780	975	[A/m]
B	0.09	0.254	0.40	0.54	0.69	0.73	0.75	[T]

Calculer la perméabilité relative de ce matériau.

On désire obtenir une induction de 1.5 [T] dans un tore magnétique fermé en fer, dont le diamètre moyen est de 30 [cm].

Quel doit-être le nombre de spires si le courant est de 6 [A] et la perméabilité relative de 1040 ?

Pour avoir une induction de 1.2 [T] dans une bobine à noyau magnétique en fer doux, il faut un champ de 550 [A× m^-1]. Il faut 11400 [A×m^-1] pour obtenir la même induction dans une bobine avec un noyau en fonte.

Calculer la perméabilité relative des deux matériaux.

Une bobine de 1 [m] de longueur comporte 2500 spires et elle est parcourue par un courant de 4 [A] .

Calculer l'intensité du champ et l'induction magnétique à l'intérieur de la bobine.

Nous reprenons la même bobine pour essayer différents matériaux magnétiques. Que va devenir l'induction si nous utilisons des noyaux de perméabilité suivante ?

a) 150 b) 20000 c) bois d) cuivre

Réponses :

1. N = 1667 spires

2. N = 5 spires I = 6.67 [mA]

3. long. = 23.87 [cm] B = 280.5 [m T]

4. B = 569 [m T] I = 10 [A]

5. B = 2.69 [T]

8. 1899 [A/m]

9. 4.2 [N]

10. l = 15.7 [cm]

11. A) Nord - Sud B) il monte C) il descend D) le courant sort du conducteur

13. N = 180 spires

14. Fer m_r = 1736 fonte m_r = 84

15. H = 10'000 [A/m] B = 12.56 [mT]

16. a) B = 1.875 [T] b) B = 250 [T] c) et d) matériaux non magnétiques m_r = 1