ÉLECTRO-AIMANTS
Carte mentale
Élargissez votre recherche dans Universalis
Les applications des électro-aimants
Dans leurs différentes utilisations, le fonctionnement des électro-aimants peut être associé soit à un travail mécanique, soit à la création d'un champ magnétique de morphologie bien définie ou à celle de champs magnétiques intenses. Les considérations du chapitre précédent ont permis de préciser la constitution des électro-aimants appartenant aux deux classes définies (électro-aimants avec et sans circuit magnétique). Pour une application donnée, le choix de telle ou telle classe d'électro-aimant se fait selon des critères techniques (valeur du champ magnétique recherchée, morphologie de ce champ, poids de l'installation) ou économiques. On trouve, en fait, des électro-aimants avec ou sans circuit magnétique dans les différents types d'utilisation.
Électro-aimants associés à un travail mécanique
Ils utilisent les forces qui s'exercent sur les matériaux ferromagnétiques soumis à un champ magnétique non uniforme ou bien sur les conducteurs électriques transportant un courant et soumis à un champ magnétique (loi de Laplace).
Les machines électriques tournantes (dynamos, alternateurs, etc.) sont constituées en général d'une combinaison d'électro-aimants, en mouvement relatif les uns par rapport aux autres. Leur technologie et leur fonctionnement particuliers sortent du cadre de cet article.
Les appareils de levage, utilisés pour la manutention de matériaux ferromagnétiques, sont une des applications industrielles les plus anciennes des électro-aimants. Ces dispositifs sont constitués essentiellement d'un enroulement conducteur d'excitation, aimantant un circuit magnétique qui, en l'absence de charge, est ouvert (les lignes de flux magnétique se referment dans l'air). En présence d'une charge ferromagnétique, le flux se referme dans cette charge. Il existe alors une force de portage dont la valeur (par unité de surface de contact entre l'électro-aimant et la charge) est B2/2μ0, où B est le module de l'induction magnétique au contact et μ0 la perméabilité magnétique du vide.
Les relais électromagnétiques sont des dispositifs dont la mise en action demande une puissance électrique faible, mais qui peuvent fermer ou ouvrir un circuit électrique transportant un courant élevé, et par là-même commander une puissance beaucoup plus élevée que la puissance d'excitation. Ils sont constitués d'un circuit magnétique en matériau doux, muni d'une ou de plusieurs bobines recevant la puissance d'excitation, et comportant une partie mobile reliée mécaniquement au système interrupteur du courant principal.
Principe d'un relais électromagnétique.
Crédits : Encyclopædia Universalis France
De nombreux autres dispositifs semblables existent, dans lesquels les électro-aimants sont une partie de l'organe moteur qui transforme en travail mécanique l'énergie reçue sous forme électrique.
Électro-aimants créant un champ magnétique de morphologie déterminée
À cette classe se rattachent certains électro-aimants de laboratoire et les systèmes d'électro-aimants des accélérateurs de particules.
La figure représente le schéma de principe d'un électro-aimant de laboratoire classique, à circuit magnétique. Les pièces polaires sont constituées d'un matériau ferromagnétique de haute qualité. Les enroulements conducteurs sont placés le plus près possible de l'entrefer pour diminuer le flux de fuites (c'est-à-dire la fraction du flux magnétique qui traverse le bobinage mais se referme en dehors de l'entrefer). La largeur de l'entrefer est souvent réglable et les pièces polaires sont interchangeables, ce qui permet d'obtenir des champs magnétiques de géométries différentes. Les inductions créées dans l'entrefer de ces appareils dépassent rarement 2,5 teslas. Pour des valeurs supérieures, on utilise couramment les électro-aimants supraconducteurs.
Électro-aimant de laboratoire classique.
Crédits : Encyclopædia Universalis France
Des champs de haute homogénéité sont indispensables pour plusieurs expériences de physique. En particulier, la résonance magnétique nucléaire nécessite une homogénéité inférieure à 10-5 dans le volume de l'échantillon. L'homogénéité se définit dans un certain volume comme le rapport ΔH/H de la différence maximale des modules du champ observée dans le volume donné à la valeur maximale du champ dans ce volume. Cette caractéristique peut être obtenue au moyen d'électro-aimants classiques ou supraconducteurs. Les électro-aimants classiques à haute homogénéité comportent des pôles de fer pur très homogène ; la planitude et le parallélisme des faces sont particulièrement soignés et l'homogénéité est ajustée au moyen de systèmes [...]
1
2
3
4
5
…
pour nos abonnés,
l’article se compose de 6 pages
Écrit par :
- Jean-Pierre CHABRERIE : docteur ès sciences, directeur de recherche au C.N.R.S.
- Alain MAILFERT : professeur à l'École nationale polytechnique de Lorraine
Classification
Autres références
« ÉLECTRO-AIMANTS » est également traité dans :
AIMANTS
Dans le chapitre « Introduction » : […] Un aimant permanent fournit à l'espace qui l'environne un certain flux magnétique ou, ce qui revient au même, il crée autour de lui un champ magnétique dont l'action peut s'exercer : – sur d'autres aimants ou corps ferro-magnétiques (forces d'attraction mécanique, forces d'orientation) ; – sur des courants électriques (transformation d'énergie électrique en énergie mécanique et réciproquement) ; – […] Lire la suite
AMPÈRE ANDRÉ-MARIE (1775-1836)
Dans le chapitre « L'inventeur » : […] Ses travaux de laboratoire amènent Ampère à imaginer et à réaliser, de ses propres mains, des montages et des dispositifs ingénieux. Leur portée pratique est immense. Certains sont à la base d'appareils de mesure électrique : l'ampèremètre, pour la mesure de l'intensité, le voltmètre, pour la mesure des différences de potentiel. Parmi les dispositifs expérimentaux on peut citer : – La boussole as […] Lire la suite
ÉLECTRICITÉ - Histoire
Dans le chapitre « D'Œrsted à Maxwell » : […] Ayant observé dès le début du xviii e siècle l'aimantation du fer par la foudre, on se préoccupa donc logiquement de savoir s'il existait des rapports entre l'électricité et le magnétisme. C'est une réponse positive qu'apporta en 1819 Hans Christian Œrsted (1777-1851), quand il observa qu'une aiguille aimantée (mobile sur un pivot), placée parallèlement à un fil métallique et en dessous, quitte […] Lire la suite
E.S.R.F. (European Synchrotron Radiation Facility)
Dans le chapitre « Anatomie de la source E.R.S.F. » : […] Pour accélérer des électrons et produire des rayons X, quelques étapes intermédiaires sont nécessaires. Les électrons sont produits dans un canon à électrons dont le principe est identique à celui qui équipe un récepteur de télévision. Ils transitent à travers un accélérateur linéaire qui leur fournit une énergie de 200 millions d'électronvolts, soit deux cent millions de fois supérieure à celle q […] Lire la suite
EXPÉRIENCE DE FARADAY
Dans le chapitre « Début des recherches » : […] Ce jour-là, Michael Faraday travaille dans le prolongement de l’expérience réalisée par le Danois Hans Christian Œrsted (1777-1851) deux années auparavant et publiée le 21 juillet 1820. Celle-ci avait mis en évidence l’action magnétique d’un courant électrique à travers la déviation d’une aiguille aimantée. Expérimentateur surdoué, Michael Faraday étudie ainsi avec soin le comportement d’une tel […] Lire la suite
MAGNÉTISME (notions de base)
Dans le chapitre « Aimants et électroaimants » : […] On appelle aimant tout matériau capable d’attirer le fer en produisant un champ magnétique qui s’étend à l’extérieur de ses limites. On observe que tout aimant possède deux pôles qu’on appelle pôle nord et pôle sud, en référence aux pôles géographiques terrestres vers lesquels ils sont attirés. On ne connaît pas d’objet qui soit un monopôle magnétique ; si on divise en deux un aimant, chaque part […] Lire la suite
MÉMOIRES NUMÉRIQUES
Dans le chapitre « Accès mixte » : […] L'accès mixte ou semi-séquentiel combine les deux types précédents. C'est le cas, par exemple, du fonctionnement du disque dur (fig. 7 ). Le disque magnétique qui le compose comporte plusieurs pistes, et chaque piste contient plusieurs secteurs. Le disque magnétique est relié à un moteur d'entraînement qui le fait tourner à grande vitesse (de 5 000 à 10 000 tours par minute) sur son axe. L' électr […] Lire la suite
MICROSCOPIE
Dans le chapitre « Microscope conventionnel à transmission » : […] La colonne d'un microscope électronique est formée d'un empilement, généralement vertical, d'éléments : le canon à électrons, les lentilles au milieu desquelles est placé l'échantillon, la chambre d'observation. Ces trois parties servent respectivement à produire et à accélérer les électrons, à les dévier et à les focaliser le long de trajectoires les amenant à traverser l'échantillon dans des […] Lire la suite
MUMÉTAL
Alliage composé de 78,5 p. 100 de nickel et de 21,5 p. 100 de fer, possédant de remarquables propriétés magnétiques, notamment une perméabilité magnétique bien supérieure à celle du fer pur. Cette propriété est mise à profit dans la fabrication de certains électro-aimants qu'on désire utiliser dans des relais électromagnétiques de grande sensibilité. La présence dans ces relais d'un noyau en mumét […] Lire la suite
OPTIQUE - Optique électronique
Dans le chapitre « Prismes magnétiques » : […] En utilisant un électro-aimant à deux pôles symétriques par rapport à un plan, constituant un secteur d'ouverture angulaire θ, on peut dévier d'un angle θ un faisceau de particules chargées . Si l'induction B est homogène entre les pôles, les trajectoires, qui sont rectilignes avant et après le prisme, sont des arcs de cercle de rayon R à l'intérieur de l'entrefer, avec R = m v /e B = p/e B. Da […] Lire la suite
Voir aussi
Pour citer l’article
Jean-Pierre CHABRERIE, Alain MAILFERT, « ÉLECTRO-AIMANTS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 08 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/electro-aimants/