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ÉLECTRICITÉ Lois et applications

L'électromagnétisme

L'induction électromagnétique

Variation de flux magnétique et force électromagnétique induite - crédits : Encyclopædia Universalis France

Variation de flux magnétique et force électromagnétique induite

Alors que la magnétostatique traite de champs magnétiques et de courants constants, la loi de l'induction de Lenz-Faraday introduit la notion de grandeur électrique variable au cours du temps. Elle indique que toute variation de flux ϕ du champ magnétique dans un circuit fermé(

) crée une force électromotrice de valeur e = — dϕ/dt (fig. 4). Ainsi, le flux peut varier si on déplace le circuit (variation de dS) ou si B dépend du temps.

Dans le cas des courants « lentement variables » (A.E.Q.S.), on peut toujours utiliser les lois des régimes continus en y ajoutant la loi de l'induction, ce qui revient à négliger le rayonnement électromagnétique.

On utilise les phénomènes d'induction électromagnétique pour la production de l'énergie électrique. Un circuit magnétique fixe, l'inducteur, produit un champ magnétique qui développe une fem induite dans un circuit mobile en rotation, l'induit. Dans les alternateurs, la fem produite est alternative alors qu'un dispositif de commutation permet d'obtenir une fem continue dans les dynamos génératrices. Dans les microphones électrodynamiques, les vibrations sonores provoquent une translation de l'induit dans un champ magnétique, la fem induite reproduit le signal acoustique. Le fonctionnement des transformateurs est également fondé sur le phénomène d'induction. Un premier circuit (bobinage de n1 spires), le primaire, est soumis à une différence de potentiel alternative v1. Il crée un champ magnétique alternatif qui induit dans le second enroulement (n2 spires), le secondaire, une différence de potentiel également alternative v2. La tension au secondaire s'exprime en fonction des nombres de spires n1 et n2 : v1/v2 = n1/n2. Le réseau européen actuel fournit une tension alternative de fréquence f = 50 Hz.

Les équations de Maxwell, les ondes

Les équations générales de l'électromagnétisme sont constituées par les quatre équations de Maxwell auxquelles il faut ajouter la loi donnant la force subie par une charge q animée d'une vitesse v dans un champ électromagnétique (E, B) : F = q v × B.

La première équation relie le champ électrique aux distributions de charges, elle prend une forme identique en régime permanent (électrostatique). La deuxième équation indique que le flux du champ magnétique est nul à travers une surface fermée, elle prend la même forme qu'en régime permanent (magnétostatique). La troisième équation exprime la loi de l'induction de Lenz-Faraday. Enfin, la quatrième équation apporte une nouveauté par rapport aux régimes permanents : elle relie les variations du champ électrique à celle du champ magnétique.

Dès lors, lorsqu'ils sont fonction du temps, on ne peut plus séparer le champ électrique du champ magnétique, on parle de champ électromagnétique. C'est cette quatrième équation qui introduit la notion de propagation et d'onde électromagnétique. En effet, lorsqu'un courant est variable dans le temps, il crée un champ magnétique B variable qui lui-même induit un champ électrique E également variable : le champ électromagnétique se propage. La vitesse de propagation dépend du milieu et ne peut dépasser celle de la lumière dans le vide, qui a une valeur proche de c = 300 000 km.s—1 (indépendamment de tout référentiel).

Longueurs d'onde et fréquences des radiations électromagnétiques - crédits : Encyclopædia Universalis France

Longueurs d'onde et fréquences des radiations électromagnétiques

Un cas particulier très important est celui où la variation temporelle est périodique (par exemple sinusoïdale). La fréquence f (ou la longueur d'onde λ = c/f) de variation devient un paramètre caractéristique. L'énergie se propage d'autant mieux que la fréquence est plus élevée : le rayonnement est plus important à haute qu'à basse fréquence. Pour des fréquences qui vont de la centaine de kHz jusqu'à la dizaine de GHz (1 GHz = 109 Hz),[...]

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Médias

Principaux phénomènes électriques et lois fondamentales qui les régissent - crédits : Encyclopædia Universalis France

Principaux phénomènes électriques et lois fondamentales qui les régissent

La fée électricité - crédits : Encyclopædia Universalis France

La fée électricité

Création d'un champ électrique - crédits : Encyclopædia Universalis France

Création d'un champ électrique

Autres références

  • AMPÈRE ANDRÉ-MARIE (1775-1836)

    • Écrit par Louis POUDENSAN
    • 1 788 mots
    • 1 média
    Jusqu'en 1820, on connaissait l'électricité grâce à la pile de Volta et à la balance de Coulomb. On connaissait aussi le magnétisme et la lumière. Mais entre ces trois ordres de phénomènes, on n'établissait aucune relation, et, ignorant leur nature intime, on ne savait même pas déterminer et régler...
  • BIPM (Bureau international des poids et mesures)

    • Écrit par Céline FELLAG ARIOUET
    • 1 575 mots
    ...maintient des étalons de référence utilisés pour conduire ces comparaisons et assure des étalonnages dans le cadre de ces comparaisons. Pour le domaine de l’électricité, par exemple, le BIPM effectue des comparaisons et des étalonnages des étalons primaires nationaux pour les grandeurs électriques les plus...
  • BRAUN KARL FERDINAND (1850-1918)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 272 mots

    Né le 6 juin 1850 à Fulda (Allemagne), Karl Ferdinand Braun fit ses études universitaires à Marburg et à Berlin. Après une thèse sur l'oscillation des cordes élastiques, il obtint divers postes d'enseignant qui le menèrent successivement à Würzburg, Leipzig, Marburg, Strasbourg (alors allemande),...

  • CAVENDISH HENRY (1731-1810)

    • Écrit par Jacques GUILLERME
    • 1 852 mots
    • 1 média
    C'est en se fondant sur le modèle newtonien de l'attraction qu'il entreprit de déterminer les interactions des charges électriques sur les conducteurs ; non seulement il formule une théorie correcte de la distribution des charges dans les condensateurs, mais vérifie expérimentalement que les actions...
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Voir aussi