Forces électromagnétiques - Loi de Laplace

1. Forces électromagnétiques :

• 1.2. Lois de Laplace :

  Lorsqu'un conducteur rectiligne de longueur L, parcouru par un courant d'intensité I, est placé dans un champ magnétique , il est soumis à une force appelée force de Laplace , son expresion est:

  ou: prend le sens et la derction de courant.

• 1.2. Caractéristiques de la force de Laplace: :

  * Point d'application: milieu de la portion du conducteur qui se trouve dans le champ magnétique.

  * Direction : perpendiculaire au plan déterminé par le conducteur et le vecteur champ magnétique .

  * Sens : déterminée déterminée de manière à ce que les grandeurs vectorielless forment une base directe. Et on l'obtient en appliquant soit :

  · Regle de l'observateur d'ampere:

  

  On considere un observateur allongé dans la direction du conducteur ,de tel sorte que le courant le traverse des pieds vers la téte. et son oeil regarde la direction du champ magnétique 𝐵. ddonc sa main gauche pointe dans la direction de la force magnétique F

  · la règle de la main droite:

  En plaçant la main droite selon la direction du courant, telle qu'elle sort du bout des doigts, et la paume de la main est dirigée vers la direction de . Le pouce indique la direction de après qu'il est séparé des autres doigts .

  · La règle des trois doigts de la main droite :

  L'index indique la direction de , le majeur indique la direction de , et donc le pouce indique la direction de après avoir formé un angle droit entre le pouce et le plan de l'index et du majeur.

  * Intensité:

  Où : α est l'angle formé entre et .

2. Utilisation de la loi de Laplace pour expliquer certaines expériences :

• 1.2. Tige mobile sur deux rails :

  Prédisez ce qui se passera dans chacun des cas suivants, en justifiant votre réponse.

  · cas 1:

  

  Selon la loi de Laplace, la tige est soumise à la force de Laplace.

  * Point d'application: : mi-tige.

  * Direction: parallèle aux deux coups..

  * Sens: de gauche à droite.

  * Intensité: Puisque : α =90° alors : F=I.l .B .

  Ainsi la tige se déplacera de gauche à droite selon les deux coups.

  · cas 2:

  

  D'après la loi de Laplace on a :

  Puisque : α =0° alors :

  Ainsi, la jambe reste au repos..

  · cas 3:

  On applique le champ magnétique tel que : 0° < α < 90°

  La tige est soumise à une force intense , soit : 0 < F < I.l.B

  Ainsi la jambe est en mouvement mais à une vitesse inférieure par rapport au cas 1.

• 2.2. l'interaction entre deux courants parallèles :

  

  · Prédisez ce qui se passera dans chacun des cas suivants:

  Les deux fils devraient se rapprocher l'un de l'autre. (cas 1)

  

  · Prédis ce qui se passerait si nous inversions l'un des deux courants..

  les deux fils devraient s'éloigner l'un de l'autre. (cas 2)

3. Applications de la force de Laplace :

• 1.3. Haut-parleur électrodynamique :

  Haut-parleur électrodynamique se compose de:

  · Un aimant de forme circulaire, qui crée un champ magnétique radial.

  · Une bobine qui peut se déplacer le long du pôle nord de l'aimant..

  · Membrane relié à la bobine.

  * orsqu'un courant électrique, I, traverse la bobine, chaque enroulement est soumis à une force de Laplace.

  * Considérons la force totale appliquée à toutes les spires de la bobine..

  * Si le courant I est périodique, alors est périodique, ce qui entraîne le mouvement de la membrane de manière périodique, affectant à son tour l'air, provoquant un son..

  * On dit donc que le haut-parleur électrodynamique convertit l'énergie électrique en énergie mécanique .

• 2.3. Moteur électrique à courant continu :

  Le moteur à courant continu est principalement composé de :

  · Stator : C'est un aimant qui crée un champ magnétique qui passe par l'axe de rotation.

  · Rotor : est la partie mobile et se compose d'un cylindre en acier entouré d'un grand nombre de fils conducteurs en cuivre.

  

  * Lorsqu'un courant électrique traverse les enroulements du rotor, il est soumis aux forces de Laplace qui le font tourner.

  * Lorsque l'angle de rotation dépasse 180°, Les forces de Laplace font tourner le Rotor dans le sens opposé.

  * Afin de conserver le même sens de rotation, le sens du courant électrique doit être inversé à chaque fois que le rotor effectue un demi-tour. C'est ce que font le groupe [les deux les balais (brosses) ; collecteur (réflecteur)].