ÉLECTRO-AIMANTS
Les électro-aimants sont des appareils destinés à produire un champ magnétique à partir d'une source d'énergie électrique. Ils comprennent des bobinages d'excitation parcourus par un courant électrique et peuvent comporter un circuit magnétique destiné à renforcer la valeur de l'induction ou à imposer une carte de champ particulière. Leur technologie a accompli des progrès spectaculaires dans la seconde moitié du xxe siècle. Cela est essentiellement dû à l'utilisation de matériaux hyperconducteurs ou supraconducteurs pour réaliser les bobinages, au développement des accélérateurs de particules ou des chambres à « traces », et aux recherches dans le domaine de la physique en champ magnétique intense.
Principe physique
Le principe fondamental de l'électro-aimant repose sur la propriété, découverte en 1820 par Hans Christian Œrsted puis par François Arago, que possède tout système de courants électriques de créer un champ magnétique qui lui est associé, en vertu de la loi d'Ampère.
Électro-aimant : principe
Encyclopædia Universalis France
Un exemple simple d'électro-aimant est représenté sur la figure : sur un tore à section circulaire, dont la longueur de la ligne moyenne est L, est enroulé un bobinage de N spires régulièrement réparties, connectées en série, de façon qu'elles soient parcourues par le même courant I. Le tore est constitué d'un matériau ferromagnétique et est muni d'une fente de largeur l (petite devant L) perpendiculaire à la ligne moyenne. Cette fente est appelée entrefer.
Au vecteur champ magnétique H (appelé aussi excitation magnétique) créé par le système de courants circulant dans le bobinage est associé un vecteur induction magnétique B. Dans le vide, les deux vecteurs sont liés par la relation :
Les lois générales de l'électromagnétisme permettent de calculer le module B du vecteur induction magnétique dans l'entrefer. En particulier, si μr est suffisamment grand devant l'unité et l assez petit devant L, on trouve pratiquement, dans l'entrefer :
Si le tore était constitué d'un matériau ayant la perméabilité du vide, la valeur du module B de l'induction, mesurée sur la ligne moyenne, serait :
La comparaison des expressions (3) et (4) montre que, pour un courant donné, l'utilisation d'un circuit magnétique permet d'accroître la valeur du champ magnétique dans une région déterminée (ici, l'entrefer).
C'est en 1825 que fut réalisé par William Sturgeon le premier électro-aimant comportant un circuit magnétique ; celui-ci, en forme de fer à cheval, était aimanté par un enroulement de cuivre.
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Écrit par
- Jean-Pierre CHABRERIE : docteur ès sciences, directeur de recherche au C.N.R.S.
- Alain MAILFERT : professeur à l'École nationale polytechnique de Lorraine
Classification
Médias
Électro-aimant : principe
Encyclopædia Universalis France
Relais électromagnétique
Encyclopædia Universalis France
Électro-aimant de laboratoire
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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