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Cours 5 Terminale GET M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 1 http://maphysiqueappliquee.free.fr Chapitre 5 : magnétisme et champs tournants A Rappels sur le magnétisme I mise en évidence expérimentale de l’induction électromagnétique II Application : alternateur III loi de Lenz IV flux magnétique V tension induite, loi de Faraday VI application : alternateur B champs tournants I qu’est ce qu’un champ tournant 1. première expérience 2. deuxième expérience 3. troisième expérience 4. quatrième expérience II principes des machines

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Cours 5 Terminale GET

M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 1 http://maphysiqueappliquee.free.fr

Chapitre 5 : magnétisme et champs tournants A ⁄ Rappels sur le magnétisme

I ⁄ mise en évidence expérimentale de l’induction électromagnétique

II ⁄ Application : alternateur

III ⁄ loi de Lenz

IV ⁄ flux magnétique

V ⁄ tension induite, loi de Faraday

VI ⁄ application : alternateur

B ⁄ champs tournants

I ⁄ qu’est ce qu’un champ tournant

1. première expérience

2. deuxième expérience

3. troisième expérience

4. quatrième expérience

II ⁄ principes des machines

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A. Rappels sur le magnétisme I ⁄ mise en évidence expérimentale de l’induction électromagnétique

on approche le nord d’un aimant droit : on visualise une tension ……positive……… On éloigne ce nord :…… on visualise une tension négative……………………………………………………………….. On approche un sud : :…… on visualise une tension négative………………………………………………………………………………………………….. On éloigne un sud : :…… on visualise une tension positive………………………………………………………………………………………………….

Dès que l’on approche ou éloigne une source de champ magnétique d’un circuit électrique fixe, le champ magnétique qui traverse celui ci varie et il se crée aux bornes du circuits une tension : tension induite

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II ⁄ Application : alternateur On fait tourner un aimant droit devant une bobine

Il se crée ……………une tension alternative, quasi sinusoïdale. …………………………………………………………………………………………………………………………………… III ⁄ Loi de Lenz Le courant induit, par ses effets, s’oppose à la cause qui lui a donné naissance. IV ⁄ Flux magnétique Le flux magnétique Φ s’exprime en …Weber (Wb)………

A une spire de surface S, on associe un vecteur d’orientation S . Pour cela on choisit un sens de parcours sur la spire et avec la règle d’orientation de l’espace (règle de la main droite) on oriente S.

Le flux magnétique s’exprime par : Où Φ en Weber (Wb) B en Tesla (T) S en m²

ΦΦΦΦ = B×××× S ×××× cos α

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V ⁄ tension induite , loi de Faraday La fém induite dans un circuit qui embrasse un flux ϕ qui varie en fonction du temps est égale à : e en V ϕ en Wb t en s VI ⁄ Application : alternateur Quand l’aimant droit tourne autour de son axe , l’angle θ entre S et B évolue …sinusoïdalement….. Or e=-dϕ/dt donc la tension induite varie ……… sinusoïdalement ………………

e = - dϕϕϕϕ/dt

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B. Champs tournants I ⁄ Qu’est ce qu’un champ tournant

1. Première expérience

• L’aimant en U crée …un champ magnétique……. • Quand l’aimant reste immobile, l’aiguille aimantée s’oriente dans le sens

du …… champ ……………… • Dès que l’aimant tourne, l’aiguille ……tourne…… dans le même sens

et à la même ……vitesse…..

• L’aiguille entraînée par le champ magnétique (créé par l’aimant en U) tourne à la même vitesse que ce dernier.

• On dit que la rotation est synchrone. • La vitesse de rotation du champ est appelée ………vitesse de synchronisme…….que l’on

note ΩS (en rad.s-1) ou nS (en tour.s-1).

2. Deuxième expérience

• Les axes de 3 bobines identiques forment entre eux des angles de 120°.

• Ces bobines sont alimentées par …un réseau triphasé de tension…………..

• L’aiguille tourne alors spontanément dans un sens • Si on inverse l’ordre des phases d’alimentation

alors l’aiguille tourne dans …le sens inverse……, à la même vitesse.

• Les trois bobines disposées à 120° l’une de l’autre et alimentées par un réseau triphasé créent

un champ magnétique tournant dont le sens dépend de l’ordre des phases d’alimentation des bobines.

• La vitesse de synchronisme ΩS varie avec la pulsation ω du réseau.

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3. Troisième expérience

• On reprend le même aimant en U que précédemment et on place un disque plein et conducteur.

• Le disque …tourne…. quand l’aimant…… tourne ., dans le même sens , mais ……moins vite………...

• Le champ tournant provoque la rotation du conducteur, mais à une vitesse inférieure à la vitesse de synchronisme.

• On dit que la rotation est ……asynchrone………….

4. Quatrième expérience

• On reprend le dispositif précédent et l’on place au milieu des bobines, un disque plein et conducteur.

• Ce disque tourne quand les bobines sont

alimentées mais plus lentement que l’aiguille aimantée précédente.

• Le sens de rotation s’inverse quand

on…inverse…deux phases du réseau d’alimentation

• Le champ tournant créé par les trois bobines provoque la rotation du conducteur, mais à une vitesse inférieure à la vitesse de synchronisme : on dit que la rotation est … asynchrone …

II ⁄ Principes des machines

• On transpose ces résultats pour les machines électriques. • L’ensemble des lignes de champ créées par un stator de machine électrique (3 bobines à 120°

l’une de l’autre alimentées par le réseau triphasé) tourne à la vitesse de synchronisme ΩS. • La vitesse de synchronisme dépend de la pulsation ω de l’alimentation.

• Les deux premières expériences illustrent le fonctionnement de la machine synchrone : le rotor (aimant) tourne à la même vitesse que le champ créé par le stator (3 bobines…)

Les deux dernières expériences illustrent le fonctionnement de la machine asynchrone : le rotor (disque conducteur) tourne plus lentement que le champ créé par le stator (bobines…)

Où p est un entier (paire de pôles de la machine) ωωωω = p. ΩΩΩΩS

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Chapitre 5 : MAGNETISME ET CHAMPS TOURNANTS

A. Rappels sur le magnétisme I ⁄ mise en évidence expérimentale de l’induction électromagnétique

on approche le nord d’un aimant droit : on visualise une tension …………………… On éloigne ce nord :………………………….. ……………………………………………………………………………………………….. On approche un sud : ………………………… ………………………………………………………………………………………………………………….. On éloigne un sud : ……………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….

Dès que l’on approche ou éloigne une source de champ magnétique d’un circuit électrique fixe, le champ magnétique qui traverse celui ci varie et il se crée aux bornes du circuits une tension : tension induite

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II ⁄ Application : alternateur On fait tourner un aimant droit devant une bobine

Il se crée …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… III ⁄ Loi de Lenz Le courant induit, par ses effets, s’oppose à la cause qui lui a donné naissance. IV ⁄ Flux magnétique Le flux magnétique Φ s’exprime en ………………………

A une spire de surface S, on associe un vecteur d’orientation S . Pour cela on choisit un sens de parcours sur la spire et avec la règle d’orientation de l’espace (règle de la main droite) on oriente S.

Le flux magnétique s’exprime par : Où Φ en Weber (Wb) B en Tesla (T) S en m²

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V ⁄ tension induite , loi de Faraday La fém induite dans un circuit qui embrasse un flux ϕ qui varie en fonction du temps est égale à : e en V ϕ en Wb t en s VI ⁄ Application : alternateur Quand l’aimant droit tourne autour de son axe , l’angle θ entre S et B évolue …………………….. Or e=-dϕ/dt donc la tension induite varie ………………………………………

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B. Champs tournants I ⁄ Qu’est ce qu’un champ tournant

1. Première expérience

• L’aimant en U crée ………………………………………………. • Quand l’aimant reste immobile, l’aiguille aimantée s’oriente dans le sens

du ………………………… • Dès que l’aimant tourne, l’aiguille ………………… dans le même sens

et à la même …………………..

• L’aiguille entraînée par le champ magnétique (créé par l’aimant en U) tourne à la même vitesse que ce dernier.

• On dit que la rotation est synchrone. • La vitesse de rotation du champ est appelée

………………………………………………….que l’on note ΩS (en rad.s-1) ou nS (en tour.s-1).

2. Deuxième expérience

• Les axes de 3 bobines identiques forment entre eux des angles de 120°.

• Ces bobines sont alimentées par ………… ………………………………………………..

• L’aiguille tourne alors spontanément dans un sens • Si on inverse l’ordre des phases d’alimentation

alors l’aiguille tourne dans ………………………, à la même vitesse.

• Les trois bobines disposées à 120° l’une de l’autre et alimentées par un réseau triphasé créent

un champ magnétique tournant dont le sens dépend de l’ordre des phases d’alimentation des bobines.

• La vitesse de synchronisme ΩS varie avec la pulsation ω du réseau.

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3. Troisième expérience

• On reprend le même aimant en U que précédemment et on place un disque plein et conducteur.

• Le disque ……………. quand l’aimant………………., dans le même sens , mais ………………………………...

• Le champ tournant provoque la rotation du conducteur, mais à une vitesse inférieure à la vitesse de synchronisme.

• On dit que la rotation est …………………………………….

4. Quatrième expérience

• On reprend le dispositif précédent et l’on place au milieu des bobines, un disque plein et conducteur.

• Ce disque tourne quand les bobines sont

alimentées mais plus lentement que l’aiguille aimantée précédente.

• Le sens de rotation s’inverse quand

on………………deux phases du réseau d’alimentation

• Le champ tournant créé par les trois bobines provoque la rotation du conducteur, mais à une vitesse inférieure à la vitesse de synchronisme : on dit que la rotation est ……………………

II ⁄ Principes des machines

• On transpose ces résultats pour les machines électriques. • L’ensemble des lignes de champ créées par un stator de machine électrique (3 bobines à 120°

l’une de l’autre alimentées par le réseau triphasé) tourne à la vitesse de synchronisme ΩS. • La vitesse de synchronisme dépend de la pulsation ω de l’alimentation.

• Les deux premières expériences illustrent le fonctionnement de la machine synchrone : le rotor (aimant) tourne à la même vitesse que le champ créé par le stator (3 bobines…)

Les deux dernières expériences illustrent le fonctionnement de la machine asynchrone : le rotor (disque conducteur) tourne plus lentement que le champ créé par le stator (bobines…)

Où p est un entier (paire de pôles de la machine)