Inductance

Physics II

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Overview

Source : Yong P. Chen, PhD, département de physique & astronomie, Faculté des sciences, Université de Purdue, West Lafayette, Indiana

Cette expérience utilise bobines inductives pour démontrer le concept de l’inducteur et l’inductance. Induction magnétique sera démontrée à l’aide d’un aimant de tige insérée dans ou extraites de la base d’une bobine pour induire une tension transitoire force électromotrice (emf) dans la bobine, mesurée par un voltmètre. Cette expérience démontrera également l’inductance mutuelle entre deux spires, où tournant sous ou hors tension un courant circulant dans une bobine peut induire une tension emf dans une deuxième bobine est proche. Enfin, l’expérience démontrera la self-inductance d’une bobine, lorsqu’un courant de commutation induit un CAG pour allumer une ampoule connectée en parallèle avec la bobine.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Notions essentielles de physique II. Inductance. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Conformément à la Loi de Faraday, un champ magnétique de changeant (dépendant du temps) B induit un champ électrique, connu comme le champ de force électromotrice (emf). Si le champ magnétique est transversal sur une boucle unique de la bobine, le champ de l’emf génère une tension emf V dans l’ensemble les deux extrémités de la bobine :

Equation 1(Équation 1)

Le flux magnétique à travers la boucle est,

Equation 2

où A est l’aire de la boucle, et si le champ magnétique B est le long d’une direction générale, B doit être remplacé par sa composante perpendiculaire à la région de la boucle et ΔΦ/Δt sont le taux de sa variation. Le signe moins dans l’équation 1 indique la direction de la FEM induite (ou tension) : il essaie toujours de s’opposer à la modification du champ B externe en générant un courant dans la bobine qui produit son propre champ magnétique dans la direction opposée de la modification du champ B. La direction du champ magnétique induit est liée à la direction du courant dans la bobine par la règle de la main rouge (envelopper les doigts de la main droite autour de la direction actuelle, les points de pouce dans la direction du champ magnétique produits par le courant). Par exemple, si le champ B est le long de la + direction (est de la région de la boucle dans le plan yz) x et augmente avec le temps, alors le champ magnétique généré par les emf induit et le courant sera dans le x - direction ; Si le champ B est en baisse, l’emf induit et le courant génère un champ magnétique dans le signe + direction x. C’est le phénomène de l’induction magnétique. Pour une « » bobine de N spires, la tension de l’emf générée par chaque tour s’ajoutera jusqu'à une tension totale de emf. Au cours de l’induction magnétique, la bobine peut être considérée comme un analogue d’une pile qui aurait une tension de sortie et (si certains se chargement est connectée) un courant. Dans cette expérience, ce phénomène sera démontré en utilisant une augmentation ou diminution de champ magnétique B produit par : (1) un aimant permanent déplacé vers ou loin de la bobine (Figure 1) ; (2) une autre bobine avec un courant I qui circule dans la bobine, où je peux être allumé ou éteint (Figure 2) ; et (3) la bobine elle-même avec un courant I traversant, où je peux être allumé ou éteint (Figure 3). Dans le cas (3), l’induction est dénommée auto-induction (et le solénoïde est un exemple d’un « inducteur »). Pour les cas (2) et (3), étant donné que le flux magnétique ou champ magnétique (dont changement provoque l’induction) est proportionnel au courant I, la tension de la FEM induite est proportionnelle au taux de la variation du courant (ΔI/Δt), avec le facteur proportionnel L connu comme le mutual inductance comme dans le cas (2) ou self-inductance comme c’est le cas (3) , respectivement :

Equation 3(Équation 2)

La direction de la tension V est déterminée de manière similaire comme décrit ci-dessus : le CEM V va essayer de produire un courant I et son propre champ magnétique qui s’oppose au changement dans le champ magnétique d’origine B.

Procedure

1. l’Induction magnétique

  1. Obtenir une bobine de solénoïde (avec un noyau creux) et un aimant de la tige (avec ses pôles Nord et Sud marqué).
  2. Obtenir un ampèremètre analogique bipolaire avec une aiguille de l’indicateur. L’aiguille est nominalement la position centrale en zéro lecture et va dévier vers la droite ou la gauche selon le sens de circulation du courant (positif lecture signifie que le courant passe de la borne positive à et la borne négative à l’intérieur de l’ampèremètre).
  3. Branchez les deux extrémités de l’aimant pour le « + » et « − » bornes de l’ampèremètre, comme dans la Figure 1. La connexion peut être établie avec les câbles avec des pinces ou des fiches banane en recevant des ports sur les instruments.
  4. Faire l’aimant de tige plus près de la bobine et insérer son extrémité nord dans son noyau, tel qu’illustré à la Figure 1. Observez l’ampèremètre et le signe de sa lecture. Pour toutes les observations être menée par la suite, toujours enregistrer le signe ainsi l’ampleur approximative de la lecture.
  5. Extrait de l’aimant de la bobine et observer la lecture sur l’ampèremètre.
  6. Avec l’aimant de tige loin de la bobine, retournez-le et maintenant passer l’extrémité du Sud plus près à la bobine. Insérez l’extrémité sud dans le noyau de la bobine et observer la lecture sur l’ampèremètre.
  7. Extraire l’aimant de la bobine à nouveau et observer la lecture sur l’ampèremètre.
  8. Répéter les étapes 1.6 et 1.7 ci-dessus (insérer et extraire le pôle sud de l’aimant) mais avec un plus lent, puis une vitesse plus rapide et observez et comparez la lecture sur l’ampèremètre.

Figure 1
Figure 1 : Schéma montrant un aimant se déplaçant vers/à partir d’une bobine pour induire un courant dans la bobine (induction magnétique).

2. Inductance mutuelle

  1. Obtenir une deuxième bobine de solénoïde (dénommée bobine #2) et apportez-la à proximité de la première bobine (appelée bobine #1), tel qu’illustré à la Figure 2. Les deux bobines sont alignés approximativement le long d’un axe commun.
  2. Branchez les deux extrémités de la bobine #2 à une source de tension DC avec un interrupteur, comme illustré à la Figure 2. Bobine #1 est toujours connecté à l’ampèremètre analogique.
  3. Avec le commutateur ouvrir, affectez à la source de tension + 2 V, puis fermer l’interrupteur pour permettre un courant de circuler dans la bobine #2 et observer la lecture sur l’ampèremètre connecté à bobine #1 lorsque l’interrupteur est allumé.
  4. Maintenant Ouvrez l’interrupteur et la lecture sur l’ampèremètre.
  5. Définissez la source de tension −2 V (ou, subsidiairement, swap, les deux fils reliés à la plus et moins les bornes de la source de tension pour inverser le signe de la tension et le courant à appliquer à la bobine #1), répétez les étapes 2.3 (interrupteur sur) et 2.4 (éteindre) et observer l’ampèremètre connecté bobine #1.
  6. Maintenant, bobine insert #2 dans le noyau de bobine #1 autant que possible, répétez l’étape ci-dessus 2.5 et observer que la lecture sur l’ampèremètre connecté bobine #1.

Figure 2
Figure 2 : Schéma montrant qu’une commutation courant allumé ou éteint dans une bobine induirait actuel en un autre à proximité de la bobine (induction mutuelle).

3. self-inductance

  1. Obtenir une ampoule il se raccordent en série avec l’ampèremètre, puis connectez la combinaison à bobine #2 en parallèle avec l’alimentation en volts, tel qu’illustré à la Figure 3. La tension de l’alimentation en volts est fixée à 1 V.
  2. Fermer l’interrupteur pour permettre l’écoulement du courant dans la bobine. L’ampoule doit être dim car la bobine a une résistance beaucoup plus petite que l’ampoule d’éclairage, et la plupart du courant s’écoule à travers la bobine.
  3. Ouvrir l’interrupteur afin que la volt couper du reste du circuit et observez l’ampoule et l’ampèremètre lecture lorsque l’interrupteur est vient d’ouvrir.

Figure 3
Figure 3 : Schéma montrant un circuit pour démontrer l’auto-induction, où tuning hors courant dans une bobine induit une tension transitoire et le courant dans une ampoule relié.

Inductances--généralement sous forme de bobines--sont couramment utilisés dans de nombreuses applications de circuit. Leur but est de stocker l’énergie magnétique lorsqu’un flux actuels de l’état d’équilibre.

Dans une boucle qui forme un circuit fermé, le champ magnétique changeant induit une force électromotrice qui anime le courant. Ce phénomène s’appelle l’induction électromagnétique. Un inducteur est simplement une bobine de fil et il a la propriété de self-inductance, ce qui a trait à la tension entre ses bornes avec le changement dans son propre champ magnétique.

Cette vidéo va illustrer les concepts qui sous-tendent l’inductance et alors démontrer une expérience d’induction à l’aide d’une barre d’aimant et une bobine. Enfin, nous passerons en revue quelques-unes des applications actuelles pour les inductances.

Flux magnétique peut être considéré comme le montant du champ magnétique, en passant par une zone. Pour un champ magnétique uniforme B perpendiculaire à une zone A, le flux magnétique phi est simplement le produit des deux. Conformément à la Loi de Faraday de l’induction, un flux magnétique changeant dans une boucle de fil génère une force électromotrice ou EMF, le long de la boucle. Cette EMF est égale au négatif du taux de variation de flux magnétique dans le temps.

Taux de flux magnétique de changement détermine la polarité de la force électromotrice induite. Le signe négatif dans l’expression de la Loi de Faraday signifie que, si le champ magnétique diminue avec le temps, l’EMF est positif. Si elle augmente avec le temps, l’EMF est négatif. Lorsque la boucle est un circuit fermé, les lecteurs EMF induits actuel qui génère à son tour son propre champ magnétique. Ce champ magnétique a une orientation donnée par la règle de la main droite. Si les doigts de la main droite se courbent autour de la direction du courant dans la boucle, puis le pouce de la main droite serait pointent dans la direction du champ magnétique généré. Le courant induit doit circuler dans le sens qui crée un champ magnétique, s’opposant à taux de champ magnétique extérieur du changement.

Par exemple, le champ magnétique de cet aimant pointe vers le haut à travers une boucle simple de fil. Déplacer l’aimant de la boucle diminue l’intensité du champ magnétique à travers la boucle. La variation de flux magnétique-représenté par un vecteur pointant vers le bas-induit un EMF positive qui pousse actuellement vers la gauche comme illustré. Par la règle de la main droite, le courant crée un champ magnétique qui pointe vers le haut dans la boucle pour s’opposer à la baisse champ magnétique ou du flux. En revanche, l’aimant vers la boucle mobile augmente le champ magnétique il. La variation de flux magnétique est représentée par un vecteur pointant vers le haut. Dans ce cas, il induit une EMF négatif qui pousse actuellement dans le sens horaire. Par la règle de la main droite, le courant dans ce sens crée un champ magnétique qui pointe vers le bas dans la boucle pour s’opposer au champ magnétique ou du flux croissant.

Maintenant nous allons passer d’une boucle à un solénoïde, qui est simplement plusieurs boucles de fil enroulé autour d’un noyau d’air ou un matériau magnétique. C’est un inducteur couramment utilisé dans les circuits électriques. Si le courant circule à travers un solénoïde, il crée un champ magnétique au sein de l’inducteur. La direction de ce champ magnétique est donnée par la règle de la main droite. À son tour, ce domaine produit un flux magnétique dans le sens identique à celui du champ et le montant de ce flux est proportionnel au courant. Par conséquent, si le courant passe avec le temps, donc ne le flux magnétique. Après la Loi de Faraday, le flux changeant induit une tension qui anime le courante dans la bobine tel que le champ magnétique du courant induit s’oppose au changement du flux original. On appelle ce phénomène d’induction de la tension entre ses propres bornes en réponse à courant variable auto-induction, et la tension induite totale à travers le solénoïde est le nombre de spires N, multiplié par l’EMF d’une seule boucle.

Maintenant que nous avons expliqué les bases, nous allons voir Comment étudier l’induction électromagnétique dans un laboratoire de physique.

Toutes les expériences suivantes utilisent un ampèremètre analogique bipolaire, ce qui a une aiguille qui dévie vers la droite ou la gauche du point zéro, selon la direction du courant.

Tout d’abord, obtenir un solénoïde avec un noyau creux, un aimant de tige avec les pôles clairement marqués vers le Nord et le sud et l’ampèremètre analogique bipolaire. Connectez ensuite l’électrovanne à l’ampèremètre. Pour le premier essai, Munir l’extrémité du solénoïde relié à la borne négative de l’ampèremètre sur le pôle Nord de l’aimant. Observez l’ampèremètre et la polarité et l’ampleur approximative de déviation de l’aiguille. Retirer l’aimant sur le solénoïde et noter la polarité et l’ampleur approximative de déviation de l’aiguille de l’ampèremètre.

Maintenant l’aimant faire demi-tour et insérer et retirer le pôle sud de l’extrémité de l’électro-aimant relié à la borne négative de l’ampèremètre. Répéter cette expérience en y insérant le pôle sud de l’aimant de la bobine et puis la suppression de TI et unième plus lentement puis plus rapidement que lors du premier procès. Lorsque le pôle Nord se déplace près et pénètre dans le solénoïde, il induit courant qui provoque une déformation instantanée positive de l’ampèremètre. Lorsque le pôle nord est supprimé de l’électrovanne, la déviation est négative. Inverser l’orientation de l’aimant inverse également la réponse de l’ampèremètre.

Enfin, la vitesse de mouvement affecte le changement du champ magnétique avec le temps, ce qui détermine la tension induite et le courant. Une trajectoire plus lente induit moins de courant et une lecture plus petite et plus rapide mouvement induit plus de courant et une lecture plus grande.

Pour l’expérience de self-inductance, branchez une ampoule, l’enroulement inducteur, tension d’alimentation fixé à volt un positif, commutateur et l’ampèremètre analogique, tel qu’illustré. Assembler le circuit avec le commutateur ouvert donc non courant passe.

Fermer l’interrupteur pour vous connecter à la source de tension à la fois l’ampoule et la bobine d’inductance. Observer l’ampoule, ce qui semble être faiblement éclairé. Ouvrir l’interrupteur pour débrancher l’alimentation électrique du circuit. Observer l’ampoule et l’ampèremètre au moment où que l’interrupteur est ouvert, puis enregistrer le résultat. L’ampoule éclaire brièvement et l’ampèremètre indique une lecture positive en même temps. Cela se produit en raison d’auto-induction et plusieurs événements ont lieu durant cette brève période de temps.

Au début, lorsque l’interrupteur est fermé, le flux de courant dans la bobine et l’ampoule, mais beaucoup plus courant traverse la bobine par rapport à l’ampoule, depuis la bobine a une résistance plus faible par rapport à l’ampoule. Ouverture de l’interrupteur déconnecte de la source de tension. Cela provoque le courant traversant l’inductance pour diminuer.

Cette évolution actuelle par le biais de l’inducteur provoque un changement dans son flux magnétique, qui induit à son tour un courant transitoire qui s’oppose à la baisse par circulant dans la même direction que le courant original. La combinaison des deux - original et courant--transitoire donne l’inductance totale actuelle, qui aujourd'hui traverse l’ampoule et il s’allume brièvement et en même temps provoque une déviation dans l’ampèremètre indique un courant positif.

Induction électromagnétique comporte de nombreuses applications dans les appareils modernes et est une méthode fondamentale de transfert d’énergie et informations sans contact physique.

L’induction est le principe de base derrière le fonctionnement des dispositifs appelés transformateurs. Un transformateur a une paire de bornes d’entrée connectées à un enroulement primaire- ou bobine- et une paire de bornes de sortie connecté à un enroulement secondaire. Un noyau composé d’acier, ferrite ou même simplement d’air, couples magnétiquement les deux enroulements. Une tension aux bornes d’un enroulement provoque courant s’écouler à travers elle, créant un champ magnétique. Flux magnétique, ou la densité du champ magnétique, est ensuite couplée à l’enroulement secondaire autour du noyau, où il induit une tension. Ce principe est appelé induction mutuelle.

Une autre application des inducteurs est moteurs à induction AC qui sont les chevaux de labour d’industrie moderne en raison de leur simplicité, robustesse et fiabilité. Un moteur à induction comporte seulement deux parties principales. La première est la partie fixe, appelée stator, qui est constitué de bobines fixes autour d’une cavité. Suspendus dans la cavité est le rotor, qui est une paire d’anneaux d’extrémité couvrant un arrangement cylindrique de barres. Un moteur à induction triphasé AC utilise l’alimentation triphasée, avec chaque phase connectée à son propre ensemble distinct des bobines de stator. Les bobines sont disposées selon un schéma qui génère un champ magnétique pour chaque phase de l’alimentation. Le champ magnétique net résultant, appelé « champ magnétique du stator » tourne avec une vitesse constante.

Le flux magnétique rotatif induit le courant dans le rotor, de la même manière qu’un transformateur transfère le pouvoir de la bobine primaire au secondaire. Le courant qui traverse les barres du rotor à son tour crée son propre champ magnétique, appelé « champ magnétique induit du rotor. » L’interaction entre ces deux champs produit une force sur le rotor, ce qui oblige à suivre le champ magnétique du stator, comme un fer à repasser bar suivant les aimants autour d’elle.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE à inductance électromagnétique. Vous devez maintenant comprendre comment un champ magnétique variable de temps induit une force électromotrice dans un conducteur, et comment le courant qui en résulte produit son propre champ magnétique. Merci de regarder !

Results

Des résultats représentatifs de ce qui peut être observé sur l’ampèremètre lecture pour les Sections 1 et 2 (setups dans les Figures 1 et 2) sont résumées dans les tableaux 1 et 2 ci-dessous.

Étape de la procédure Orientation de l’aimant de la tige Mouvement de l’aimant Lecture sur l’ampèremètre
1.4 Sud-Nord (le nord est à l’extrémité droite de la tige, comme dans la Figure 1) S’orientant vers la bobine (extrémité gauche) Positif
1.5 Nord-Sud S’éloignant de la bobine Négatif
1.6 Nord-Sud S’orientant vers la bobine Négatif
1.7 Nord-Sud S’éloignant de la bobine Positif

Tableau 1 : Résultats représentatifs pour la Section 1. Pour l’étape 1.8, observer qu’une vitesse plus rapide du mouvement donne une plus grande (plus grande déviation de l’aiguille) de lecture sur l’ampèremètre.

Étape de la procédure Volts d’alimentation réglage Interrupteur d’action Lecture sur l’ampèremètre
2.3 + 2 V Mise en marche Positif
2.4 + 2 V Mise hors tension Négatif
2.5 −2 V Mise en marche Négatif
2.5 −2 V Mise hors tension Positif

Tableau 2 : Résultats représentatifs pour la Section 2. Pour l’étape 2.6, observer que placer la bobine #2 à l’intérieur de la bobine #1 donne une lecture plue (alors que les signes de la lecture restent les mêmes) sur l’ampèremètre par rapport à l’étape 2.5 pour chaque action de commutateur correspondant.

Pour l’article 3, si au départ le courant en raison de l’alimentation en volts (+ 1 V) passe de la droite vers la gauche dans la bobine, l’éteindre (ouverture de l’interrupteur) induit un courant transitoire dans la même direction. L’ampoule s’allume brièvement et l’ampèremètre va enregistrer une lecture positive pour la connexion donnée à la Figure 3.

Applications and Summary

Dans cette expérience, nous avons démontré comment modifier un champ magnétique (en déplaçant un aimant) induit un courant dans une bobine, et aussi comment changer le courant dans la bobine induit actuelle dans une autre bobine (induction mutuelle). Nous avons aussi démontré que changer le courant dans une bobine induit une tension et courant dans la bobine même (auto-induction).

Inductances (habituellement sous la forme de bobines) sont utilisées dans de nombreuses applications de circuit, comme pour stocker l’énergie magnétique lorsqu’un flux actuels de l’état d’équilibre. Ils sont utiles pour le signal électrique de transformation ; par exemple, en tenant le dérivé ou l’intégrale d’un signal électrique, pour le filtrage et pour les circuits de résonance. Ils sont également utilisés dans les transformateurs pour modifier la tension des signaux AC.

L’auteur de l’expérience reconnaît l’aide de Gary Hudson pour la préparation du matériel et Chuanhsun Li pour démontrer les étapes dans la vidéo.

1. l’Induction magnétique

  1. Obtenir une bobine de solénoïde (avec un noyau creux) et un aimant de la tige (avec ses pôles Nord et Sud marqué).
  2. Obtenir un ampèremètre analogique bipolaire avec une aiguille de l’indicateur. L’aiguille est nominalement la position centrale en zéro lecture et va dévier vers la droite ou la gauche selon le sens de circulation du courant (positif lecture signifie que le courant passe de la borne positive à et la borne négative à l’intérieur de l’ampèremètre).
  3. Branchez les deux extrémités de l’aimant pour le « + » et « − » bornes de l’ampèremètre, comme dans la Figure 1. La connexion peut être établie avec les câbles avec des pinces ou des fiches banane en recevant des ports sur les instruments.
  4. Faire l’aimant de tige plus près de la bobine et insérer son extrémité nord dans son noyau, tel qu’illustré à la Figure 1. Observez l’ampèremètre et le signe de sa lecture. Pour toutes les observations être menée par la suite, toujours enregistrer le signe ainsi l’ampleur approximative de la lecture.
  5. Extrait de l’aimant de la bobine et observer la lecture sur l’ampèremètre.
  6. Avec l’aimant de tige loin de la bobine, retournez-le et maintenant passer l’extrémité du Sud plus près à la bobine. Insérez l’extrémité sud dans le noyau de la bobine et observer la lecture sur l’ampèremètre.
  7. Extraire l’aimant de la bobine à nouveau et observer la lecture sur l’ampèremètre.
  8. Répéter les étapes 1.6 et 1.7 ci-dessus (insérer et extraire le pôle sud de l’aimant) mais avec un plus lent, puis une vitesse plus rapide et observez et comparez la lecture sur l’ampèremètre.

Figure 1
Figure 1 : Schéma montrant un aimant se déplaçant vers/à partir d’une bobine pour induire un courant dans la bobine (induction magnétique).

2. Inductance mutuelle

  1. Obtenir une deuxième bobine de solénoïde (dénommée bobine #2) et apportez-la à proximité de la première bobine (appelée bobine #1), tel qu’illustré à la Figure 2. Les deux bobines sont alignés approximativement le long d’un axe commun.
  2. Branchez les deux extrémités de la bobine #2 à une source de tension DC avec un interrupteur, comme illustré à la Figure 2. Bobine #1 est toujours connecté à l’ampèremètre analogique.
  3. Avec le commutateur ouvrir, affectez à la source de tension + 2 V, puis fermer l’interrupteur pour permettre un courant de circuler dans la bobine #2 et observer la lecture sur l’ampèremètre connecté à bobine #1 lorsque l’interrupteur est allumé.
  4. Maintenant Ouvrez l’interrupteur et la lecture sur l’ampèremètre.
  5. Définissez la source de tension −2 V (ou, subsidiairement, swap, les deux fils reliés à la plus et moins les bornes de la source de tension pour inverser le signe de la tension et le courant à appliquer à la bobine #1), répétez les étapes 2.3 (interrupteur sur) et 2.4 (éteindre) et observer l’ampèremètre connecté bobine #1.
  6. Maintenant, bobine insert #2 dans le noyau de bobine #1 autant que possible, répétez l’étape ci-dessus 2.5 et observer que la lecture sur l’ampèremètre connecté bobine #1.

Figure 2
Figure 2 : Schéma montrant qu’une commutation courant allumé ou éteint dans une bobine induirait actuel en un autre à proximité de la bobine (induction mutuelle).

3. self-inductance

  1. Obtenir une ampoule il se raccordent en série avec l’ampèremètre, puis connectez la combinaison à bobine #2 en parallèle avec l’alimentation en volts, tel qu’illustré à la Figure 3. La tension de l’alimentation en volts est fixée à 1 V.
  2. Fermer l’interrupteur pour permettre l’écoulement du courant dans la bobine. L’ampoule doit être dim car la bobine a une résistance beaucoup plus petite que l’ampoule d’éclairage, et la plupart du courant s’écoule à travers la bobine.
  3. Ouvrir l’interrupteur afin que la volt couper du reste du circuit et observez l’ampoule et l’ampèremètre lecture lorsque l’interrupteur est vient d’ouvrir.

Figure 3
Figure 3 : Schéma montrant un circuit pour démontrer l’auto-induction, où tuning hors courant dans une bobine induit une tension transitoire et le courant dans une ampoule relié.

Inductances--généralement sous forme de bobines--sont couramment utilisés dans de nombreuses applications de circuit. Leur but est de stocker l’énergie magnétique lorsqu’un flux actuels de l’état d’équilibre.

Dans une boucle qui forme un circuit fermé, le champ magnétique changeant induit une force électromotrice qui anime le courant. Ce phénomène s’appelle l’induction électromagnétique. Un inducteur est simplement une bobine de fil et il a la propriété de self-inductance, ce qui a trait à la tension entre ses bornes avec le changement dans son propre champ magnétique.

Cette vidéo va illustrer les concepts qui sous-tendent l’inductance et alors démontrer une expérience d’induction à l’aide d’une barre d’aimant et une bobine. Enfin, nous passerons en revue quelques-unes des applications actuelles pour les inductances.

Flux magnétique peut être considéré comme le montant du champ magnétique, en passant par une zone. Pour un champ magnétique uniforme B perpendiculaire à une zone A, le flux magnétique phi est simplement le produit des deux. Conformément à la Loi de Faraday de l’induction, un flux magnétique changeant dans une boucle de fil génère une force électromotrice ou EMF, le long de la boucle. Cette EMF est égale au négatif du taux de variation de flux magnétique dans le temps.

Taux de flux magnétique de changement détermine la polarité de la force électromotrice induite. Le signe négatif dans l’expression de la Loi de Faraday signifie que, si le champ magnétique diminue avec le temps, l’EMF est positif. Si elle augmente avec le temps, l’EMF est négatif. Lorsque la boucle est un circuit fermé, les lecteurs EMF induits actuel qui génère à son tour son propre champ magnétique. Ce champ magnétique a une orientation donnée par la règle de la main droite. Si les doigts de la main droite se courbent autour de la direction du courant dans la boucle, puis le pouce de la main droite serait pointent dans la direction du champ magnétique généré. Le courant induit doit circuler dans le sens qui crée un champ magnétique, s’opposant à taux de champ magnétique extérieur du changement.

Par exemple, le champ magnétique de cet aimant pointe vers le haut à travers une boucle simple de fil. Déplacer l’aimant de la boucle diminue l’intensité du champ magnétique à travers la boucle. La variation de flux magnétique-représenté par un vecteur pointant vers le bas-induit un EMF positive qui pousse actuellement vers la gauche comme illustré. Par la règle de la main droite, le courant crée un champ magnétique qui pointe vers le haut dans la boucle pour s’opposer à la baisse champ magnétique ou du flux. En revanche, l’aimant vers la boucle mobile augmente le champ magnétique il. La variation de flux magnétique est représentée par un vecteur pointant vers le haut. Dans ce cas, il induit une EMF négatif qui pousse actuellement dans le sens horaire. Par la règle de la main droite, le courant dans ce sens crée un champ magnétique qui pointe vers le bas dans la boucle pour s’opposer au champ magnétique ou du flux croissant.

Maintenant nous allons passer d’une boucle à un solénoïde, qui est simplement plusieurs boucles de fil enroulé autour d’un noyau d’air ou un matériau magnétique. C’est un inducteur couramment utilisé dans les circuits électriques. Si le courant circule à travers un solénoïde, il crée un champ magnétique au sein de l’inducteur. La direction de ce champ magnétique est donnée par la règle de la main droite. À son tour, ce domaine produit un flux magnétique dans le sens identique à celui du champ et le montant de ce flux est proportionnel au courant. Par conséquent, si le courant passe avec le temps, donc ne le flux magnétique. Après la Loi de Faraday, le flux changeant induit une tension qui anime le courante dans la bobine tel que le champ magnétique du courant induit s’oppose au changement du flux original. On appelle ce phénomène d’induction de la tension entre ses propres bornes en réponse à courant variable auto-induction, et la tension induite totale à travers le solénoïde est le nombre de spires N, multiplié par l’EMF d’une seule boucle.

Maintenant que nous avons expliqué les bases, nous allons voir Comment étudier l’induction électromagnétique dans un laboratoire de physique.

Toutes les expériences suivantes utilisent un ampèremètre analogique bipolaire, ce qui a une aiguille qui dévie vers la droite ou la gauche du point zéro, selon la direction du courant.

Tout d’abord, obtenir un solénoïde avec un noyau creux, un aimant de tige avec les pôles clairement marqués vers le Nord et le sud et l’ampèremètre analogique bipolaire. Connectez ensuite l’électrovanne à l’ampèremètre. Pour le premier essai, Munir l’extrémité du solénoïde relié à la borne négative de l’ampèremètre sur le pôle Nord de l’aimant. Observez l’ampèremètre et la polarité et l’ampleur approximative de déviation de l’aiguille. Retirer l’aimant sur le solénoïde et noter la polarité et l’ampleur approximative de déviation de l’aiguille de l’ampèremètre.

Maintenant l’aimant faire demi-tour et insérer et retirer le pôle sud de l’extrémité de l’électro-aimant relié à la borne négative de l’ampèremètre. Répéter cette expérience en y insérant le pôle sud de l’aimant de la bobine et puis la suppression de TI et unième plus lentement puis plus rapidement que lors du premier procès. Lorsque le pôle Nord se déplace près et pénètre dans le solénoïde, il induit courant qui provoque une déformation instantanée positive de l’ampèremètre. Lorsque le pôle nord est supprimé de l’électrovanne, la déviation est négative. Inverser l’orientation de l’aimant inverse également la réponse de l’ampèremètre.

Enfin, la vitesse de mouvement affecte le changement du champ magnétique avec le temps, ce qui détermine la tension induite et le courant. Une trajectoire plus lente induit moins de courant et une lecture plus petite et plus rapide mouvement induit plus de courant et une lecture plus grande.

Pour l’expérience de self-inductance, branchez une ampoule, l’enroulement inducteur, tension d’alimentation fixé à volt un positif, commutateur et l’ampèremètre analogique, tel qu’illustré. Assembler le circuit avec le commutateur ouvert donc non courant passe.

Fermer l’interrupteur pour vous connecter à la source de tension à la fois l’ampoule et la bobine d’inductance. Observer l’ampoule, ce qui semble être faiblement éclairé. Ouvrir l’interrupteur pour débrancher l’alimentation électrique du circuit. Observer l’ampoule et l’ampèremètre au moment où que l’interrupteur est ouvert, puis enregistrer le résultat. L’ampoule éclaire brièvement et l’ampèremètre indique une lecture positive en même temps. Cela se produit en raison d’auto-induction et plusieurs événements ont lieu durant cette brève période de temps.

Au début, lorsque l’interrupteur est fermé, le flux de courant dans la bobine et l’ampoule, mais beaucoup plus courant traverse la bobine par rapport à l’ampoule, depuis la bobine a une résistance plus faible par rapport à l’ampoule. Ouverture de l’interrupteur déconnecte de la source de tension. Cela provoque le courant traversant l’inductance pour diminuer.

Cette évolution actuelle par le biais de l’inducteur provoque un changement dans son flux magnétique, qui induit à son tour un courant transitoire qui s’oppose à la baisse par circulant dans la même direction que le courant original. La combinaison des deux - original et courant--transitoire donne l’inductance totale actuelle, qui aujourd'hui traverse l’ampoule et il s’allume brièvement et en même temps provoque une déviation dans l’ampèremètre indique un courant positif.

Induction électromagnétique comporte de nombreuses applications dans les appareils modernes et est une méthode fondamentale de transfert d’énergie et informations sans contact physique.

L’induction est le principe de base derrière le fonctionnement des dispositifs appelés transformateurs. Un transformateur a une paire de bornes d’entrée connectées à un enroulement primaire- ou bobine- et une paire de bornes de sortie connecté à un enroulement secondaire. Un noyau composé d’acier, ferrite ou même simplement d’air, couples magnétiquement les deux enroulements. Une tension aux bornes d’un enroulement provoque courant s’écouler à travers elle, créant un champ magnétique. Flux magnétique, ou la densité du champ magnétique, est ensuite couplée à l’enroulement secondaire autour du noyau, où il induit une tension. Ce principe est appelé induction mutuelle.

Une autre application des inducteurs est moteurs à induction AC qui sont les chevaux de labour d’industrie moderne en raison de leur simplicité, robustesse et fiabilité. Un moteur à induction comporte seulement deux parties principales. La première est la partie fixe, appelée stator, qui est constitué de bobines fixes autour d’une cavité. Suspendus dans la cavité est le rotor, qui est une paire d’anneaux d’extrémité couvrant un arrangement cylindrique de barres. Un moteur à induction triphasé AC utilise l’alimentation triphasée, avec chaque phase connectée à son propre ensemble distinct des bobines de stator. Les bobines sont disposées selon un schéma qui génère un champ magnétique pour chaque phase de l’alimentation. Le champ magnétique net résultant, appelé « champ magnétique du stator » tourne avec une vitesse constante.

Le flux magnétique rotatif induit le courant dans le rotor, de la même manière qu’un transformateur transfère le pouvoir de la bobine primaire au secondaire. Le courant qui traverse les barres du rotor à son tour crée son propre champ magnétique, appelé « champ magnétique induit du rotor. » L’interaction entre ces deux champs produit une force sur le rotor, ce qui oblige à suivre le champ magnétique du stator, comme un fer à repasser bar suivant les aimants autour d’elle.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE à inductance électromagnétique. Vous devez maintenant comprendre comment un champ magnétique variable de temps induit une force électromotrice dans un conducteur, et comment le courant qui en résulte produit son propre champ magnétique. Merci de regarder !

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