Une spire circulaire parcourue par un courant produit un champ magnétique caractérisé par son moment magnétique .
Point clé 1 – Moment magnétique d’une spire ♥︎
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
Si on fait tendre vers le rayon d’une spire circulaire en gardant constant son moment magnétique, on obtient un dipôle magnétique.
Le dipôle magnétique est un système ponctuel. Le dipôle magnétique est le plus simple système ayant un moment magnétique.
Fig. 1. – Spire
Fig. 2. – Dipôle magnétique
Fig. 3. – Aimant
Les champs magnétiques créés par une spire, un dipôle magnétique et un aimant sont similaires lorsqu’on se place suffisamment loin du système.
Point clé 2 – Champ magnétique créé par un dipôle magnétique
Hypothèses :
Le moment magnétique est orienté selon .
Le système de coordonnées est sphérique.
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
Point clé 3 – Équation des lignes de champ magnétique créées par un dipôle magnétique
Hypothèses :
Le moment magnétique est orienté selon .
Le système de coordonnées est sphérique.
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
Application 1 ✍
Tracer l’allure des lignes de champ magnétique créées par un dipôle magnétique.
Application 2 ✍
À l’aide de Python, tracer l’allure des lignes de champ magnétique créées par un dipôle magnétique.
1.2. Champ créé par un aimant
Si on se place suffisamment loin, les champs créés par un aimant, par une spire et par un dipôle magnétique sont similaires. On définit le moment magnétique d’un aimant comme le moment magnétique du dipôle magnétique ayant le même champ magnétique à grande distance.
Application 3 ✍
Déterminer la norme du champ magnétique à la surface de la terre à Quimper (). On donne et .
1.3. Action subie par un moment magnétique
Lorsqu’un système possédant un moment magnétique est placé dans un champ magnétique extérieur, il subit des actions de sa part.
Point clé 4 – Énergie potentielle d’interaction entre un système possédant un moment magnétique et un champ magnétique extérieur
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
L’énergie potentielle est minimale lorsque le moment magnétique est aligné au champ. Un moment magnétique a tendance à s’aligner au champ magnétique.
Point clé 5 – Force subie par un système possédant un moment magnétique
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
Point clé 6 – Couple subi par un système possédant un moment magnétique
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
On retrouve un couple nul lorsque le moment magnétique est aligné avec le champ magnétique.
Application 4 ✍
Déterminer la période d’oscillation d’une aiguille de boussole (, selon ) dans le champ magnétique terrestre. La liaison pivot entre l’aiguille et son support est supposée idéale.
Point clé 7 – Quantification du moment magnétique atomique ♥︎✍
Hypothèses :
L’électron décrit une trajectoire circulaire autour d’un noyau.
L’électron a un moment cinétique quantifié avec .
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
2. Équations de Maxwell dans un milieu magnétique
2.1. Aimantation
Les particules qui constituent la matière peuvent porter un moment magnétique (moment magnétique orbital des électrons, spin des électrons et des noyaux).
L’aimantation est le moment magnétique par unité de volume.
Point clé 8 – Définition de l’aimantation ♥︎
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
Il est possible de définir des courants fictifs qui, s’ils existaient, donneraient lieu à la même aimantation
Point clé 9 – Courants liés ♥︎
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
2.2. Vecteur excitation magnétique
Les effets de l’aimantation sont pris en compte dans les équations de Maxwell à travers les courants liés.
Point clé 10 – Équation de Maxwell-Ampère dans un milieu magnétique ♥︎✍
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
Les sources de l’excitation magnétique sont donc les courants électriques libres.
Les sources du champ magnétique sont les courants électriques libres et l’aimantation.
2.3. Équations de Maxwell intégrées
Dans les milieux magnétiques, l’équation de Maxwell-Faraday est inchangée donc la loi de Lenz-Faraday s’applique toujours.
Dans les milieux magnétiques, l’équation de Maxwell-Thomson est inchangée donc le champ magnétique est toujours à flux conservatif.
Point clé 11 – Théorème d’Ampère dans un milieu magnétique ♥︎✍
Hypothèse : Dans l’ARQS magnétique.
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
3. Milieux ferromagnétiques
3.1. Présentation
Un matériau ferromagnétique est un matériau dans lequel les dipôles magnétiques (de spin, orbital, …) ont tendance à s’aligner sur le champ magnétique extérieur. Dans un milieu ferromagnétique, l’aimantation et le champ magnétique croissent avec l’excitation magnétique .
Un matériau ferromagnétique canalise les lignes de champ magnétique. Lorsque des lignes de champ sortent d’un matériau ferromagnétique, elles sortent perpendiculairement à l’interface.
Fig. 4. – Lignes de champ magnétique dans un circuit magnétique sans entrefer.
Fig. 5. – Lignes de champ magnétique dans un circuit magnétique avec deux entrefers.
3.2. Présentation empirique : le cycle d’hystérésis
Pour un matériau ferromagnétique, le champ magnétique et l’aimantation dépendent de l’excitation magnétique. Cette dépendance comporte une hystérésis.
Schéma 1 – Cycle d’hystérésis
L’aimantation peut saturer, ce qui correspond à un état où tous les dipôles magnétiques sont orientés dans le même sens que l’excitation magnétique .
L’aimantation rémanente et le champ magnétique rémanent sont l’aimantation et le champ magnétique subsistant lorsque l’excitation magnétique est nulle.
L’excitation coercitive est l’excitation qu’il faut appliquer pour que le champ magnétique et l’aimantation soient nuls1.
Un matériau ferromagnétique dur est un matériau ferromagnétique dont le cycle d’hystérésis est large.
Schéma 2 – Cycle d’hystérésis d’un matériau ferromagnétique dur
Un matériau dur a une grande aimantation rémanente et un grand champ magnétique rémanent.
Les matériaux ferromagnétiques durs sont utilisés pour fabriquer des aimants permanents.
Exemple 1
Les alliages à base de néodyme (NdFeB) et les alnicos sont des matériaux ferromagnétiques durs.
3.3. Matériaux ferromagnétiques doux
Un matériau ferromagnétique doux est un matériau ferromagnétique dont le cycle d’hystérésis est fin et linéaire dans une certaine zone.
Les matériaux ferromagnétiques doux sont utilisés pour fabriquer les transformateurs et les machines électriques.
Exemple 2
Le fer doux et la ferrite sont des matériaux ferromagnétiques doux.
Schéma 3 – Cycle d’hystérésis d’un matériau ferromagnétique doux
Point clé 12 – Perméabilité magnétique ♥︎
Hypothèses :
Pour un matériau ferromagnétique doux.
Dans la zone de linéarité d’un matériau ferromagnétique doux.
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
La perméabilité magnétique relative est de l’ordre de .
4. Circuits ferromagnétiques
4.1. Circuit magnétique sans entrefer
4.1.1. Présentation générale
Un circuit magnétique sans entrefer est constitué d’un matériau ferromagnétique formant une boucle autour duquel est enroulé un fil parcouru par un courant électrique.
Schéma 4 – Circuit magnétique sans entrefer
Le matériau guide les lignes de champ, elles ont donc une forme similaire à celle du circuit magnétique. Pour étudier le système, on s’intéresse à une ligne de champ moyenne.
4.1.2. Relations entre grandeurs électriques et électromagnétiques
Point clé 13 – Relation champ magnétique - tension ✍
Hypothèses :
Dans l’ARQS magnétique.
Le circuit magnétique a une section constante .
Le circuit magnétique ne comporte pas d’entrefer.
Le champ magnétique est uniforme dans le matériau ferromagnétique.
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
Cette relation est mise à profit pour mesurer le champ magnétique et tracer le cycle d’hystérésis : intégrer la tension donne le champ magnétique.
Point clé 14 – Relation excitation magnétique - courant ✍
Hypothèses :
Dans l’ARQS magnétique.
Le circuit magnétique a une section constante .
Le circuit magnétique ne comporte pas d’entrefer.
L’excitation magnétique est uniforme dans le matériau ferromagnétique.
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
Cette relation est mise à profit pour mesurer l’excitation magnétique et tracer le cycle d’hystérésis.
4.2. Bobine à noyau ferromagnétique
Le circuit magnétique sans entrefer peut être utilisé pour réaliser une bobine. Pour cela, on utilise un matériau ferromagnétique doux hors saturation.
4.2.1. Inductance propre
Point clé 15 – Inductance propre d’une bobine avec noyau ferromagnétique ✍
Hypothèses :
Dans l’ARQS magnétique.
L’excitation magnétique et le champ magnétique sont uniformes dans le matériau ferromagnétique.
Le matériau ferromagnétique est doux et hors saturation.
Le circuit magnétique ne comporte pas d’entrefer.
Le circuit magnétique a une section constante.
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
Cette inductance propre est fois plus grande que celle d’un tore sans cœur ferromagnétique de dimensions équivalentes.
4.2.2. Aspect énergétique
Point clé 16 – Densité volumique d’énergie magnétique dans un matériau ferromagnétique doux ♥︎✍
Hypothèses :
Dans l’ARQS magnétique.
Le matériau ferromagnétique est doux et hors saturation.
La formule établie pour un circuit magnétique sans entrefer peut être généralisée.
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
4.2.3. Pertes
La présence d’un milieu ferromagnétique au cœur de la bobine induit des pertes.
Point clé 17 – Pertes par hystérésis ✍
Hypothèses :
Dans l’ARQS magnétique.
L’excitation magnétique et le champ magnétique sont uniformes dans le matériau ferromagnétique.
Le circuit magnétique a une section constante.
Le circuit magnétique ne comporte pas d’entrefer.
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
Pour limiter les pertes par hystérésis, on utilise des matériaux ferromagnétiques doux.
Le circuit magnétique étant un conducteur électrique placé dans un champ magnétique variable, des courants de Foucault y sont induits. Pour limiter les pertes par courant de Foucault, on utilise le feuilletage.
Pertes par courant de Foucault et pertes par hystérésis sont appelées les pertes fer car elles se produisent dans le matériau ferromagnétique.
Des pertes par effet Joule se produisent également dans le bobinage, souvent réalisé en cuivre. Les pertes par effet Joule sont appelées pertes cuivre.
4.3. Circuit magnétique avec entrefer
Un entrefer est une zone de l’espace vide2 au sein du circuit magnétique. Un circuit magnétique avec entrefer est appelé un électroaimant car il permet de réaliser un champ magnétique dans une zone de l’espace grâce à un courant électrique.
Schéma 5 – Circuit magnétique avec entrefer
Point clé 18 – Champ magnétique dans l’entrefer d’un électroaimant ✍
Hypothèses :
Dans l’ARQS magnétique.
L’excitation magnétique et le champ magnétique sont uniformes dans le matériau ferromagnétique.
Le circuit magnétique a une section constante.
Les effets de bord sont négligés dans l’entrefer3.
Le matériau ferromagnétique est doux et hors saturation.
avec le moment magnétique () ; la surface orientée () ; le courant électrique () ; le champ magnétique () ; la perméabilité magnétique du vide () ; l’énergie potentielle d’interaction () ; le champ magnétique extérieur () ; la force () ; le couple () ; le magnéton de Bohr () ; l’aimantation () ; l’excitation magnétique () ; le vecteur densité volumique de courant lié () ; le vecteur densité volumique de courant libre () ; le courant libre enlacé () ; la perméabilité magnétique du matériau () ; la tension aux bornes de l’enroulement () ; le nombre de spires (sans unité) ; la longueur du circuit magnétique () ; l’inductance propre () ; la section du circuit magnétique () ; la densité volumique d’énergie magnétique () ; la perméabilité relative du matériau (sans unité) ; la puissance dissipée par hystérésis () ; le volume du matériau () ; la fréquence () ; l’aire du cycle d’hystérésis () ; l’épaisseur de l’entrefer () ; le champ magnétique dans l’entrefer () ; un entier relatif (sans unité).
1En toute rigueur, l’excitation magnétique qu’il faut pour avoir n’est pas exactement celle qu’il faut appliquer pour avoir , mais elles sont très proches.