ÉLECTRICITÉ Lois et applications
L'électromagnétisme
L'induction électromagnétique
Variation de flux magnétique et force électromagnétique induite
Encyclopædia Universalis France
Alors que la magnétostatique traite de champs magnétiques et de courants constants, la loi de l'induction de Lenz-Faraday introduit la notion de grandeur électrique variable au cours du temps. Elle indique que toute variation de flux ϕ du champ magnétique dans un circuit fermé(
Dans le cas des courants « lentement variables » (A.E.Q.S.), on peut toujours utiliser les lois des régimes continus en y ajoutant la loi de l'induction, ce qui revient à négliger le rayonnement électromagnétique.
On utilise les phénomènes d'induction électromagnétique pour la production de l'énergie électrique. Un circuit magnétique fixe, l'inducteur, produit un champ magnétique qui développe une fem induite dans un circuit mobile en rotation, l'induit. Dans les alternateurs, la fem produite est alternative alors qu'un dispositif de commutation permet d'obtenir une fem continue dans les dynamos génératrices. Dans les microphones électrodynamiques, les vibrations sonores provoquent une translation de l'induit dans un champ magnétique, la fem induite reproduit le signal acoustique. Le fonctionnement des transformateurs est également fondé sur le phénomène d'induction. Un premier circuit (bobinage de n1 spires), le primaire, est soumis à une différence de potentiel alternative v1. Il crée un champ magnétique alternatif qui induit dans le second enroulement (n2 spires), le secondaire, une différence de potentiel également alternative v2. La tension au secondaire s'exprime en fonction des nombres de spires n1 et n2 : v1/v2 = n1/n2. Le réseau européen actuel fournit une tension alternative de fréquence f = 50 Hz.
Les équations de Maxwell, les ondes
Les équations générales de l'électromagnétisme sont constituées par les quatre équations de Maxwell auxquelles il faut ajouter la loi donnant la force subie par une charge q animée d'une vitesse v dans un champ électromagnétique (E, B) : F = q v × B.
La première équation relie le champ électrique aux distributions de charges, elle prend une forme identique en régime permanent (électrostatique). La deuxième équation indique que le flux du champ magnétique est nul à travers une surface fermée, elle prend la même forme qu'en régime permanent (magnétostatique). La troisième équation exprime la loi de l'induction de Lenz-Faraday. Enfin, la quatrième équation apporte une nouveauté par rapport aux régimes permanents : elle relie les variations du champ électrique à celle du champ magnétique.
Dès lors, lorsqu'ils sont fonction du temps, on ne peut plus séparer le champ électrique du champ magnétique, on parle de champ électromagnétique. C'est cette quatrième équation qui introduit la notion de propagation et d'onde électromagnétique. En effet, lorsqu'un courant est variable dans le temps, il crée un champ magnétique B variable qui lui-même induit un champ électrique E également variable : le champ électromagnétique se propage. La vitesse de propagation dépend du milieu et ne peut dépasser celle de la lumière dans le vide, qui a une valeur proche de c = 300 000 km.s—1 (indépendamment de tout référentiel).
Longueurs d'onde et fréquences des radiations électromagnétiques
Encyclopædia Universalis France
Un cas particulier très important est celui où la variation temporelle est périodique (par exemple sinusoïdale). La fréquence f (ou la longueur d'onde λ = c/f) de variation devient un paramètre caractéristique. L'énergie se propage d'autant mieux que la fréquence est plus élevée : le rayonnement est plus important à haute qu'à basse fréquence. Pour des fréquences qui vont de la centaine de kHz jusqu'à la dizaine de GHz (1 GHz = 109 Hz),[...]
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Écrit par
- Jean-Marie DONNINI : agrégé de physique, maître de conférences
- Lucien QUARANTA : maître de conférences
Classification
Médias
Principaux phénomènes électriques et lois fondamentales qui les régissent
Encyclopædia Universalis France
La fée électricité
Encyclopædia Universalis France
Création d'un champ électrique
Encyclopædia Universalis France
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AMPÈRE ANDRÉ-MARIE (1775-1836)
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Jusqu'en 1820, on connaissait l'électricité grâce à la pile de Volta et à la balance de Coulomb. On connaissait aussi le magnétisme et la lumière. Mais entre ces trois ordres de phénomènes, on n'établissait aucune relation, et, ignorant leur nature intime, on ne savait même pas déterminer et régler... -
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