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Inductance

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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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