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| formation:documentation:bobines [2024/04/11 16:01] – [Les relais] sylvainf | formation:documentation:bobines [2024/04/13 06:08] (Version actuelle) – [Les bobines] sylvainf |
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| Bien que les bobines créent un champ magnétique ce dernier n'est pas forcément très fort surtout si le courant électrique n'est pas très grand. Afin d'augmenter la force du champ magnétique il est fréquent de rajouter un métal à l'intérieur de la bobine qui va devenir à son tour un aimant et de ce fait augmenter le champ magnétique. On place souvent du fer doux à l'intérieur d'une bobine. Cela permet de multiplier la force du champ magnétique par 100. | Bien que les bobines créent un champ magnétique ce dernier n'est pas forcément très fort surtout si le courant électrique n'est pas très grand. Afin d'augmenter la force du champ magnétique il est fréquent de rajouter un métal à l'intérieur de la bobine qui va devenir à son tour un aimant et de ce fait augmenter le champ magnétique. On place souvent du fer doux à l'intérieur d'une bobine. Cela permet de multiplier la force du champ magnétique par 100. |
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| | === Bobine et courant continu === |
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| | Que se passe-t-il si on branche une bobine à une source de tension continu tel qu'une pile ? La bobine n'étant qu'un fil, on peut se dire que l'on va créer un court-circuit. Pas forcément car pour une bobine la résistance du fil est souvent non négligeable. Donc la bobine se comportera plutôt comme une résistance. L'intensité qui passera dans la bobine sera égal à I = U/R avec U la tension et R la résistance de la bobine. Quelle différence avec une résistance classique. Premièrement, la bobine a tendance à s'opposer au changement d'intensité la traversant. Ainsi avant d'être branché la bobine a une intensité nulle la traversant. Lorsqu'on la branche à la pile son intensité va devenir I = U/R mais cela va prendre un certain temps qui est souvent tellement petit qu'il est imperceptible. Ce temps correspond à la création du champ magnétique autour de la bobine. Un fois que le courant est arrivé à U/R, le champ magnétique est lui aussi constant. Une bobine traversée par un courant constant est un peu comme une résistance avec un champ magnétique autour d'elle. Que se passe-t-il quand on coupe le circuit ? Ici encore la bobine va s'opposer au changement de l'intensité la traversant. En coupant le circuit, on va faire passer l'intensité de I à 0 en un temps très court, une fois que l'intensité sera nulle son champ magnétique le sera aussi. C'est l'énergie du champ magnétique qui va tenter de s'opposer au changement d'intensité en poussant les charges électriques. Ainsi lorsque l'on coupe le circuit, le champ magnétique va décroître et créer une surtension à l'endroit où l'on coupe le circuit afin de laisser passer le courant. Le résultat est la formation d'une étincelle parfois visible avec de grosses bobines et de grands courant électriques. Cette étincelle est dûe au passage de l'électricité dans l'air. Normalement, l'air est un très bon isolant et l'électricité ne passe pas à travers l'air. Cependant pour des tensions assez grandes et des fils assez proche l'air peut devenir conducteur via la formation d'un éclair miniature. C'est le même phénomène qui se passe mais à plus grande échelle avec les éclairs. Cette faculté de créer des étincelles peut être utile par exemple pour enclencher une combustion. |
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| | Pour une autre approche voir : |
| | [[https://www.youtube.com/watch?v=16TAJREID_0 | Les inducteurs expliqués]] |
| | [[https://www.youtube.com/watch?v=0seLdss_Nm4 | Les bases des solénoïdes expliqués]] |
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| | === Test de compréhension === |
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| | Vrai ou Faux : |
| | * La densité des spires dépend de la longueur du cylindre et du nombre de spires |
| | * La longueur du fil d'une bobine défini le nombre de spire |
| | * Une bobine se comporte comme une résistance |
| | * Une bobine n'a pas de résistance |
| | * La résistance d'un fil dépend uniquement de sa longueur et de son diamètre |
| | * La résistivité d'un fil dépend de sa forme et non de sa nature |
| | * Plus une bobine est longue, plus son champ est grand |
| | * Une bobine a toujours la même polarité |
| | * Deux bobines cylindriques alignées peuvent s'attirer ou se repousser |
| | * Si vous multipliez par trois l'intensité d'une bobine vous faîtes de même pour son champ magnétique |
| | * En multipliant par deux la densité des spires d'une bobine, on multiplie par quatre son champ magnétique |
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| | Un peu de calcul : |
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| | 1) Soit une bobine de longueur de 2 mètres avec un diamètre de 2 cm et du fil de 2 mm de diamètre. Combien de spire à-t-elle ? Si les spires sont collées côte à côte, quelle est la longueur du cylindre et donc la densité des spires ? |
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| | 2) Soit une bobine de cuivre faite d'un fil de cuivre d'un diamètre de 1 mm et de 200 spires de 3 cm de diamètre. Quelle est la longueur du fil ? Quelle est la résistance de la bobine ? |
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| | 3) Soit une bobine créant un champ magnétique de 1 mT (milli-Tesla). Si on lui triple son intensité et double sa densité spirale, quel sera son champ magnétique ? |
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| | Réponse : |
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| | Vrai ou Faux : |
| | * Vrai, densité = nombre de spire / longueur cylindre |
| | * Faux, il faut aussi prendre en compte le diamètre des spires |
| | * Faux, une bobine a une résistance mais elle ne se comporte pas comme une résistance par exemple elle crée un champ magnétique ce que ne fait pas une résistance |
| | * Faux, toute bobine a une résistance plus ou moins grande |
| | * Faux, cela dépend aussi de la nature du fil |
| | * Faux, cela dépend seulement de la nature du fil, cuivre, fer, etc |
| | * Faux, vous pouvez avoir une bobine très longue mais avec peu de spires et un plus courte mais avec bien plus de spire. C'est la deuxième qui aura le champ magnétique le plus fort car sa densité de spires est plus grande à intensité égale |
| | * Faux, la polarité dépend du sens du courant électrique |
| | * Vrai, cela dépend de leur polarité donc du sens du courant électrique |
| | * Vrai, le champ magnétique est proportionnel à l'intensité |
| | * Faux, le champ magnétique est proportionnel à la densité des spires ; multipliez l'un par deux l'autre sera aussi multipliez par deux |
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| | Un peu de calcul : |
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| | 1) |
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| | 2) |
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| | 3) |
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| ==== Les électro-aimants ==== | ==== Utilisation d'une bobine ==== |
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| | === Les électro-aimants === |
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| Lorsqu'une bobine est utilisé pour ses propriétés magnétiques, on parle d'électro-aimant. La bobine souvent muni de fer doux en son centre est en effet un aimant qui est piloté par le courant électrique passant par elle ; c'est donc un aimant électrique. Avec un courant assez fort, un électro-aimant est capable de porter des pièces métalliques de plusieurs dizaines voire centaines de kilos. Cela peut être utile pour déplacer des pièces métalliques dans une casse automobile par exemple. | Lorsqu'une bobine est utilisé pour ses propriétés magnétiques, on parle d'électro-aimant. La bobine souvent muni de fer doux en son centre est en effet un aimant qui est piloté par le courant électrique passant par elle ; c'est donc un aimant électrique. Avec un courant assez fort, un électro-aimant est capable de porter des pièces métalliques de plusieurs dizaines voire centaines de kilos. Cela peut être utile pour déplacer des pièces métalliques dans une casse automobile par exemple. |
| ==== Les relais ==== | |
| | === Les relais === |
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| En électronique, il est intéressant de pouvoir manipuler un interrupteur automatiquement sans intervention humaine. Le relais est une des possibilités de réaliser cela.Il existe plusieurs type de relais mais le plus simple est constitué de quatre pattes : deux servant pour l'interrupteur (noté A et B) et deux pour contrôler cet interrupteur (C et D). A vide, les pattes A et B ne sont pas relié électriquement. Cependant, si un courant électrique assez fort passe entre C et D, cela créera une liaison électrique entre A et B comme si on avait actionné un interrupteur. | En électronique, il est intéressant de pouvoir manipuler un interrupteur automatiquement sans intervention humaine. Le relais est une des possibilités de réaliser cela.Il existe plusieurs type de relais mais le plus simple est constitué de quatre pattes : deux servant pour l'interrupteur (noté A et B) et deux pour contrôler cet interrupteur (C et D). A vide, les pattes A et B ne sont pas relié électriquement. Cependant, si un courant électrique assez fort passe entre C et D, cela créera une liaison électrique entre A et B comme si on avait actionné un interrupteur. |
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| Souvent il n'est pas indiqué quelles pattes sont reliées à la bobine et quelles autres sont utilisées pour l'interrupteur. Pour trouver les pattes lié à la bobine, il faut tester au ohmmètre toutes les pairs de pattes jusqu'à trouver une résistance non nulle et non infinie, il y a de grande chance alors que les pattes soient reliées à la bobine. | Souvent il n'est pas indiqué quelles pattes sont reliées à la bobine et quelles autres sont utilisées pour l'interrupteur. Pour trouver les pattes lié à la bobine, il faut tester au ohmmètre toutes les pairs de pattes jusqu'à trouver une résistance non nulle et non infinie, il y a de grande chance alors que les pattes soient reliées à la bobine. |
| ==== Les haut-parleurs ==== | |
| | Sur les relais vous pouvez lire l'indication 12 ou 24 V. On pourrait penser qu'il faut une tensions de 12 ou 24 V pour enclencher le relais. Ce n'est pas si simple. Par contre ce qui est simple c'est que si vous donnez du 12 ou 24 V constant à un relais, il va s'enclencher. Mais vous pourriez l'enclencher avec un tension plus faible. Souvent un relais peut s'enclencher avec une tension proche de la moitié de celle indiquée. Il n'est pas clair à quelle tension précisément le relais s'enclenche. De plus une fois enclenché, il ne se désenclenche pas pour la même tension. Prenons pour exemple un relais 24 V que l'on enclenche avec une tension constante minimale de 16 V. Il faudra peut être descendre à 5 V pour le désenclencher. Ainsi pour être sûr de passer d'un interrupteur ouvert à fermé, il faut être à 0 ou 24 V et éviter l'entre deux. |
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| | Par contre cette propriété de flottement pour le voltage d'enclenchement/désenclenchement permet de faire assez facilement une clignotant. Il faut pour cela prendre un relais inverseur de 24 V avec un condensateur de 1 mF et une source de tension constante de 24 V aussi et une résistance. Le principe est de faire augmenter lentement la tension du condensateur en parallèle de la bobine. Quand le condensateur sera assez chargé il enclenchera la bobine qui coupera l'arrivé du courant au condensateur pour le donner à une LED. Le condensateur se videra dans la bobine, sa tension chutera jusqu'à arriver à la tension de désenclenchement du relais. Un fois désenclenché, la LED s'éteint, le relais redonne du courant au condensateur qui se recharge et qui réenclenche le relais et tout recommence. |
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| | === Les haut-parleurs === |
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| Le son est une vibration de l'air. Si on peut faire vibrer rapidement une membrane dans l'air, alors on peut créer du son. C'est sur ce principe que sont fait les haut-parleurs. Mais comment faire vibrer rapidement une membrane. C'est là qu'est utiliser une bobine. En effet, la membrane du haut-parleur est reliée solidement à une bobine. Au centre de cette bobine se trouve un aimant fixe. En faisant passer un courant alternatif dans la bobine, cette dernière va se comporter comme un aimant qui change rapidement de polarité. Ainsi la bobine va interagir avec l'aimant qui lui ne change pas de polarité. Tantôt la bobine va être poussé vers le haut, tantôt vers le bas et ainsi elle entraîne la membrane qui va elle aussi osciller. Le résultat est l'émission d'un son directement relié au courant passant par la bobine. | Le son est une vibration de l'air. Si on peut faire vibrer rapidement une membrane dans l'air, alors on peut créer du son. C'est sur ce principe que sont fait les haut-parleurs. Mais comment faire vibrer rapidement une membrane. C'est là qu'est utiliser une bobine. En effet, la membrane du haut-parleur est reliée solidement à une bobine. Au centre de cette bobine se trouve un aimant fixe. En faisant passer un courant alternatif dans la bobine, cette dernière va se comporter comme un aimant qui change rapidement de polarité. Ainsi la bobine va interagir avec l'aimant qui lui ne change pas de polarité. Tantôt la bobine va être poussé vers le haut, tantôt vers le bas et ainsi elle entraîne la membrane qui va elle aussi osciller. Le résultat est l'émission d'un son directement relié au courant passant par la bobine. |
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| | Si vous alimentez un haut-parleur avec une tension continu, vous verrez la membrane bouger lorsque vous fermerez et ouvrirez le circuit. Attention à ne pas mettre une tension trop forte car les résistances des haut-parleurs ne sont pas très élevé et vous risqueriez de le faire surchauffer. Si vous le faite assez rapidement, vous entendrez un grésillement et verrez la membrane bouger. Avec une tension alternative assez basse pour ne pas le faire surchauffez vous pourrez entendre un son qui sera une note grave de 50 Hz. |
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| ==== Les moteurs à courant continu ==== | === Les moteurs à courant continu === |
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| Une utilisation très importante des bobines est le monde des moteurs électriques. Bien qu'il existent des moteurs de tout type travaillant avec des puissances très différentes et avec des courants différents (continu, alternatif, triphasé), tous les moteurs électriques fonctionnent sur le même principe la répulsion de champ magnétique. | Une utilisation très importante des bobines est le monde des moteurs électriques. Bien qu'il existent des moteurs de tout type travaillant avec des puissances très différentes et avec des courants différents (continu, alternatif, triphasé), tous les moteurs électriques fonctionnent sur le même principe la répulsion de champ magnétique. |
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| ==== Les transformateurs ==== | ==== Les transformateurs ==== |
