Formule et unités d'induction électromagnétique, fonctionnement et exemples

Le induction électromagnétique il est défini comme l'induction d'une force électromotrice (tension) dans un milieu ou un corps proche en raison de la présence d'un champ magnétique variable. Ce phénomène a été découvert par le physicien et chimiste britannique Michael Faraday, au cours de l'année 1831, par la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique.

Faraday a effectué des tests expérimentaux avec un aimant permanent entouré d'une bobine de fil et a observé l'induction d'une tension sur ladite bobine et la circulation d'un courant sous-jacent.

Cette loi indique que la tension induite sur une boucle fermée est directement proportionnelle au taux de variation du flux magnétique lors du franchissement d'une surface, par rapport au temps. Ainsi, il est possible d'induire la présence d'une différence de tension (tension) sur un corps adjacent en raison de l'influence de champs magnétiques variables.

Cette tension induite provoque à son tour la circulation d'un courant correspondant à la tension induite et à l'impédance de l'objet d'analyse. Ce phénomène est le principe d'action des systèmes d'alimentation et des appareils d'usage quotidien, tels que: moteurs, générateurs et transformateurs électriques, fours à induction, inducteurs, batteries, etc.

Index

• 1 Formule et unités
  • 1.1 Formule
  • 1.2 Unité de mesure
• 2 Comment ça marche?
• 3 exemples
• 4 références

Formule et unités

L'induction électromagnétique observée par Faraday a été partagée avec le monde scientifique grâce à une modélisation mathématique qui permet de reproduire ce type de phénomènes et de prédire leur comportement.

Formule

Pour calculer les paramètres électriques (tension, courant) associés au phénomène d’induction électromagnétique, il faut d’abord définir quelle est la valeur de l’induction magnétique, actuellement appelée champ magnétique.

Pour connaître le flux magnétique traversant une certaine surface, le produit de l'induction magnétique doit être calculé par cette zone. Donc:

Où:

Flux: Flux magnétique [Wb]

B: induction magnétique [T]

S: Surface [m²]

La loi de Faraday indique que la force électromotrice induite sur les corps environnants est donnée par le taux de variation du flux magnétique par rapport au temps, comme indiqué ci-dessous:

Où:

ε: force électromotrice [V]

En remplaçant la valeur du flux magnétique dans l'expression précédente, nous avons les éléments suivants:

Si des intégrales sont appliquées aux deux côtés de l'équation afin de délimiter une trajectoire finie pour la zone associée au flux magnétique, une approximation plus précise du calcul requis est obtenue.

De plus, le calcul de la force électromotrice en circuit fermé est également limité de cette manière. Ainsi, en appliquant l'intégration dans les deux membres de l'équation, on obtient que:

Unité de mesure

L'induction magnétique est mesurée dans le système international d'unités (SI) de Teslas. Cette unité de mesure est représentée par la lettre T et correspond à l'ensemble des unités de base suivantes.

Une tesla est équivalente à l'induction magnétique de caractère uniforme qui produit un flux magnétique de 1 weber sur une surface d'un mètre carré.

Selon le système d'unités cégésimales (CGC), l'unité de mesure de l'induction magnétique est Gauss. La relation d'équivalence entre les deux unités est la suivante:

1 tesla = 10 000 gauss

L'unité de mesure de l'induction magnétique doit son nom à l'ingénieur, physicien et inventeur serbo-croate Nikola Tesla. Il a été nommé ainsi au milieu des années 1960.

Comment ça marche?

On l'appelle induction car il n'y a pas de connexion physique entre les éléments primaire et secondaire; par conséquent, tout se passe par des connexions indirectes et intangibles.

Le phénomène de l'induction électromagnétique se produit étant donné l'interaction des lignes de force d'un champ magnétique variable sur les électrons libres d'un élément conducteur proche.

Pour cela, l'objet ou le moyen sur lequel l'induction se produit doit être disposé perpendiculairement par rapport aux lignes de force du champ magnétique. De cette façon, la force exercée sur les électrons libres est plus grande et, par conséquent, l’induction électromagnétique est beaucoup plus forte.

A son tour, le sens de circulation du courant induit est donné par la direction donnée par les lignes de force du champ magnétique variable.

D'autre part, il existe trois méthodes permettant de faire varier le flux du champ magnétique pour induire une force électromotrice sur un corps ou un objet proche:

1- Modifiez le module de champ magnétique en fonction des variations d'intensité du flux.

2- Changer l’angle entre le champ magnétique et la surface.

3- Modifier la taille de la surface inhérente.

Ensuite, une fois qu'un champ magnétique a été modifié, une force électromotrice est induite dans l'objet voisin qui, en fonction de la résistance au flux de courant qu'elle possède (impédance), produira un courant induit.

Dans cet ordre d'idées, la proportion de ce courant induit sera supérieure ou inférieure au primaire, en fonction de la configuration physique du système.

Des exemples

Le principe de l'induction électromagnétique est la base du fonctionnement des transformateurs de tension électriques.

Le rapport de transformation d'un transformateur de tension (réducteur ou élévateur) est donné par le nombre d'enroulements que comporte chaque enroulement du transformateur.

Ainsi, en fonction du nombre de bobines, la tension dans le secondaire peut être plus élevée (transformateur élévateur) ou inférieure (transformateur abaisseur), en fonction de l'application dans le système électrique interconnecté.

De la même manière, les turbines produisant de l'électricité dans les centrales hydroélectriques fonctionnent également grâce à l'induction électromagnétique.

Dans ce cas, les pales de la turbine déplacent l'axe de rotation situé entre la turbine et le générateur. Cela se traduit alors par la mobilisation du rotor.

À son tour, le rotor est constitué d'une série d'enroulements qui, lorsqu'ils sont en mouvement, donnent lieu à un champ magnétique variable.

Ce dernier induit une force électromotrice dans le stator du générateur, qui est connectée à un système qui permet de transporter en ligne l'énergie générée pendant le processus.

À l'aide des deux exemples exposés précédemment, il est possible de détecter comment l'induction électromagnétique fait partie de notre vie dans les applications élémentaires de la vie quotidienne.

Références

1. Induction électromagnétique (s.f.). Récupéré de: electronics-tutorials.ws
2. Induction électromagnétique (s.f.). Extrait de: nde-ed.org
3. Aujourd'hui dans l'histoire 29 août 1831: Induction électromagnétique découverte. Récupéré de: mx.tuhistory.com
4. Martín, T. et Serrano, A. (s.f.). Induction magnétique Université Polytechnique de Madrid. Madrid Espagne. Récupéré de: montes.upm.es
5. Sancler, V. (s.f.). Induction électromagnétique Extrait de: euston96.com
6. Wikipedia, l'encyclopédie libre (2018). Tesla (unité). Extrait de: en.wikipedia.org